《无言的宇宙》《迷人的材料》姊妹篇。“未读·探索家”畅销科普系列新重磅产品。

《诗意的原子(8种连结你和宇宙万物的无形元素)》从原子角度解读你与宇宙万物之间的联系，给你多一双眼睛审视自然，审视自己。

科学上向爱因斯坦、文学上向惠特曼的致敬之作。诗人将一个个单字排列成一首诗，上帝将一颗颗“原子”排列成你、我——具有生命的我们——充满诗意的存在。

天马行空的科学联想，初中理科水平轻松看懂。你血中的铁与超新星爆炸有什么关系？你呼出的CO2会变成树的一部分？你肌肉中的氮会让天空呈现蓝色？……“我们都是星尘，是几十亿高龄的碳原子”这样的观察视角颇具美学与哲理意味。

杜克大学生物学与地质学博士、保罗史密斯学院自然科学教授科特·施塔格，30年科普心血之作。

原子与你的生活有什么关系？在《诗意的原子》一书中，科特·施塔格揭示了它们与宇宙中不可思议的事情之间的联系。

你血中的铁，是组成血红蛋白的重要元素，也是造成2亿年前一次恒星爆炸的元凶；你呼吸中的碳元素，可能变成树干的一部分；你肌肉中的氮，会帮助天空变为蓝色；钠将把你眼中的泪水与远古时就消失的沧海联系在一起……组成世界万物的元素，和组成你身体的每一种元素是毫无二致的。你如何理解——你是一个活生生的生命同时也是一堆无生命的原子？

书中讲述了8种对人来说重要的元素：氧、氢、铁、碳、钠、氮、钙、磷。你会发现，你不只是由原子组成，你就是原子，这本书就是一本原子世界的漫游指南。

前言 原子的你

1 生命之火——氧

 关键的发现

 氧的人体之旅

 地球的“呼吸”

 人与植物间的氧交换

 你的氧诞生于远古的恒星爆炸

 氧在空间和时间里的循环

2 原子之舞——氢

 绚丽的舞姿——布朗运动的发现

 因热而舞

 人与环境之间的氢交换

 水分子的人体之旅

 原子传承的三个案例

 氢——生命的始祖

3 创造与毁灭——铁

 铁的非凡特性

 来自恒星的遗产

 蓝皮肤的人

 铁与血之间的秘密

 关于铁的反思

4 生命之链——碳

 没有人是一座孤岛

 自然界的流通货币

 CO2的穹顶之下

 令人震撼的二氧化碳浓度地图

 化石燃料是我们深埋在地下的亲戚

 用碳13追踪你与世界之间的联系

5 地球之泪——钠

 钠为何对动物有神奇的吸引力

 钠与氯，几亿年的爱恋

 如果你体内的钠消失了……

 神经靠钠离子波传递信号

6 生存，毁灭，和来自空气的面包——氮

 天空为什么是蓝的

 空气中的氮如何转化为我们的肉体

 能做面包也能做炸弹

 科学天才与战争魔鬼

 鲑鱼洄游和氮的食物链轮回之旅

 远古人类的食谱

7 骨与石——钙，磷

 钙与磷的传奇

 你的骨头是活的

 你的骨头来自岩石

 隐藏在地下的原子交易市场

 生命也能创造出矿物

8 增长的极限——磷

 蓝藻生长的木桶效应

 从撒哈拉到亚马逊的原子迁徙

 和身体中的磷来一次面对面的交流

 最可能对全球人口形成限制的资源

 磷元素会枯竭吗

9 消逝的肉体——生命和非生命的界限

 原子的流逝和更新会伴随你的一生

 你的原子一部分来自宇宙射线

 当你死去时，你的原子会如何

 你的死亡并不是原子的终结

 任何物质都不会永恒，但你却一直都在

后记 爱因斯坦和他的阿迪朗达克山脉

注解

致谢

方便的话，请你先吸一口气……不过反正你也得这么做，因为在过去的24小时里，你已经呼吸了大概3万次了。在你刚出生时，呼吸这项活动就已经自动开始了，每分钟大概40次。现如今，你已经能够用语言来描述这个过程，不过还是会不假思索地呼吸，只是频率降到了初生时的一半。这是一项本能——即使在睡眠中你也在呼吸，如果呼吸停止的时间太久，人就会死亡。

好吧，现在是时候好好思量一下呼吸这件事儿了，请留心一下你是如何收紧膈膜并放松胸腔肌肉的。仅仅这么一个动作消耗的能量大约相当于一个人静息时基础代谢能量的3％，只是为了把体积相当于一个葡萄柚大小的空气吸到肺里，在此过程中，数以万亿计的空气分子就像群鱼入网一样被捕获了。不过，如此巨量的空气分子中，人类所依赖的氧气只占其中的一小部分。平均下来，一位成年人每天需要消耗大约两磅氧气(0．9千克)，而单独的一次呼吸完全可以确保延续你接下来几分钟的生命。而且，呼吸也是联结你与地球本身以及这个星球上其他生物的神奇纽带，我们将在后面慢慢聊。

有些人因为需要长时间屏住呼吸，经常会通过呼吸较为纯净的氧气提高自身的氧气储备量。2010年，在瑞士的圣加仑，一位28岁的自由潜水员彼特·克拉特(Peter Colat)在一个水箱中待了长达19分21秒，成为新晋的憋气世界冠军。而就在下水前不久，克拉特吸了几分钟的纯氧，不过这种使血液高度富集氧气的方法只能获得部分竞争优势，因为一旦血红蛋白所携带的氧已经饱和，便很难再将气态的氧气传输到血液中去了。对于克拉特而言，这么做更大的优势是冲洗出肺中的浊气，在他的嘴和鼻子都不能呼吸时，腾空的胸腔便成了一个临时的氧气瓶。

不过，肺并不只是氧气进入血液的唯一通道，你还有很小一部分“呼吸”是通过眼睛完成的。这些氧气粒子极为重要，位于眼球透明的表面的细胞能够直接从大气中吸收它们，用于补偿眼球血管载氧量的不足，你皮肤表面的很多细胞也在做着同样的事情。而波士顿儿童医院的研究者们最近还发现了一种更为直接的血液供氧方式。

有一个小女孩没能及时接上心肺呼吸机，于是遭受了致命的脑损伤，心脏病专家约翰·科尔目睹这一切后，便开始寻求一种绕过肺部而将氧气直接注射到血液中的治疗方法。为了避免在这个过程中产生气泡而形成致命的栓塞，科尔和他的团队利用声波将纯氧和油脂搅成细腻的白色浮沫。这一方法将气体包裹在柔软而富有弹性的微胶囊中，从而可以在与红血球细胞接触时使其载氧；将这种浮沫注射到实验兔体中时，它们可以停止呼吸15分钟或更久，并不会感到明显不适。“这是一种短期氧气替代法，”科尔在2012年对《每日科学》(Science Daily)的采访者如此说道，“一种能够在关键的几分钟内安全地将氧气注射到病人体内以维持生理机能的方法。”如果这一方法能够完美地应用于人体，它将可能被装备到急救室，当然也可用于憋气大赛。

不过对于我们大多数人而言，呼吸是我们与空气中的氧气之间最基本的联系，而且这个动作如此普遍并连延不断，以致我们浑然不觉——直到我们不能呼吸时才想起此事。到那时，呼吸也明显变得更为珍贵，并成为生命本身的象征。我们会将具有特殊含义的话顺着最后的呼吸一起说出，甚至还会珍藏呼吸本身。亨利·福特(Henry Ford)在他家里将一支充满气体的玻璃试管保存了很多年，据说其中装的是他过世的朋友兼共同发明人托马斯·爱迪生(Thomas Edison)最后一次呼出的气体。根据密歇根州迪尔伯恩市亨利·福特博物馆的资料，在爱迪生临终的床边摆放了好几个这样的敞口试管——试管中的空气与房间里的空气是相通的。爱迪生的儿子查理记录此事时提到： “尽管他被人铭记的最主要成就是在电学领域，但他真正喜欢的却是化学。有这些试管在他临终时陪伴左右并不奇怪，而且具有象征意义。”爱迪生逝世以后，查理将这些试管密封，并将其中一支作为纪念品赠给了福特。

但为什么你要呼吸呢？为什么你这么极度地需要这些看不见的氧气颗粒呢？它们从何处产生，在你体内又做了些什么，离开之后又去了哪里？在你的世界里，空间看似什么也没有，你根本看不到氧气，尽管它们已经在你周围醒目地留下很多存在的证据，从沙沙作响的叶子与猛烈摇晃的船帆到生锈金属与点点烛光。仅仅一两个世纪以前，很多著名的科学家甚至还怀疑过它们的存在。关键的发现

氧原子几乎潜伏在你日常生活的每一个地方。它们不仅是你呼吸的物质，很大程度上也是构成你身体的物质。科学家们常常会将人类描述为“碳基生命”，但严格按数字来看却不是这样的。

你的体重有大约60％是由水构成，具体数字取决于你的身材、年龄和健康状况；而水分子中8／9的重量属于其中那硕大的氧原子。所以说，氧构成了你湿重的大部分，一个150磅(68千克)的成年人含有大概95磅(43千克)的氧。作为对比，同样的成年人所含的碳大约仅为35磅(15．9千克)，如果采用原子比例，那么碳原子的总数相对于氧原子的比例约为1：2。

P17-19

原子的你

很多人不知道，我们犁的土都是星尘，随风四处飘散；而在一杯雨水中，我们饮下了宇宙。

——伊哈布·哈桑（Ihab Hassan，美国文学评论家）

我这辈子用很长时间悟得了一个道理，那就是我们所有的科学在被用于衡量现实时，都是原始而天真的——然而迄今为止这是我们最值得珍惜的财富。

——阿尔伯特·爱因斯坦

比起你的生命传奇，还有什么更有意思的故事？告诉你个好消息，本书所讲的就是这样的故事。

尽管本书经常提及原子，但它们其实只是配角，而你才是真正的主角，它们随你而动，它们随你一同经历成功的狂喜，一同承受失败的悲痛，也一同走过平淡的日常。至于我的角色，那就是试着展现，这些组成你的原子是如何将你和宇宙中一些最神奇的事情联系起来的。

原子会和你一起做些什么？可以说是任何事。无论是你还是你或爱或恨的每一个人，也无论你们何时做过的何种事情，它们都是现场的目击者， 更是密切的参与者。你曾经闻到的每一丝气味，看到的每一片景色，欣赏的每一曲旋律，以及唇间发出的每一声哭喊与叹息，皆因那些游走于空气与你身体最深暗角落的原子而产生。当你吃下食物时，其他生物的肉体会变成你身体的一部分；当你受伤时，在一串曾经引爆宇宙中最华丽爆炸的古老原子中，流淌的是垂死恒星的碎片；当你排泄时，你将闪电与火山的原子回声散播到了全球循环之中，或许有一天它们还会重回你的身体，虽然这听起来让人不悦；而不管何时微笑，你牙齿的光泽中都暗藏着冷战时期太平洋两岸核试后放射尘的余辉。

你不仅由原子构成，你其实就是原子，而本书实际上就是给你自己的一份“原子探险指南”。为了便于用基本的元素术语诠释你的生命，你所需要的不过是了解一些最新的科学信息，以及据此重新认知世界的一些新方法，还有一点活跃的想象力。你会发现，当你这样做了以后，你将体验到一场自我意识的革新，你的思想将在一个更广阔的尺度上驰骋。

在新石器时代，我们学会用岩石与矿物质制造一些粗糙的工具，如今这种文化距离我们已经非常久远，而我们正在步入一个或许可被称为“新新石器”的时代，精密加工的硅芯片、抛光的玻璃，还有高性能显微镜与望远镜所用的合金，这些全新的工具提升了我们的生活，也丰富了我们的感知。借助于这些工具，我们在巨人的肩膀上继续攀登，不断发现更多知识。我们可以摒弃古希腊的“气、水、土、火”四元素概念，取而代之的是更有用的世界观，我们将一百多种原子排入元素周期表中，从中可以看出，传统四元素的前三种并非是基本元素而是化合物，至于火，更只是一个过程而非不可分割的物质。这样的观点也会有助于我们科学严谨地解释我们的肉体、思想、感觉与地球原子之间的隐秘关联。在这个技术、文化与环境快速变迁的年代，明白我们与地球还有其他人之间的紧密联系至关重要。今天已不同于往昔，要想让数十亿地球人及其赖以生存的生态圈变得更好，科学素养才是关键因素。

当然还有很多未知的领域等着我们去发现，未来的研究肯定会推翻很多我们现在确信的事实，或许也包括本书中的一些信息。没有人可以知道一切，就算是最伟大的天才也会犯错。艾萨克·牛顿尚不知道物质与能量可以相互转化，阿尔伯特·爱因斯坦反对量子力学理论，而物理学家欧内斯特·卢瑟福认为在他研究领域以外的科学都只是在“集邮”，也不相信发展核武器或核电站是可行的。即便是“原子”这个词的定义，也在差不多一个世纪前发生了变化。两千年以前，希腊的哲学科学家推断，物质应该是由某种不可分割的微小粒子构成，并将其称之为“a-toms”，意指不可分割的物质。然而严格来说，我们如今称之为“atoms”的原子却是名不副实，因为核物理学家可以将它们分割成更小的部分。比如位于瑞士的欧洲大型强子对撞机，甚至可以将亚原子粒子粉碎成更小的介子、胶子或轻子。

然而这也并非像有些人宣称的那样，认为一切科学事实的存在都过于短暂，不值得赖其指引真理。诚然，知识的边界是动态的，但科学先驱们已经铺好了很多值得信赖的道路，可以供你行走。比如说，你完全可以确信，原子是真实存在的，它们具有独特的性质，并且它们之间的相互作用方式完全可以被预测；水确实是由氢和氧构成，并且占了你身体的大部分；当然还有，你额头上汗珠中的元素，同样也可以在华丽的彗尾与你脚下的地球脊梁中寻得，在地球上其他生物的体内也一样能够找到。本书正是邀请你游览这样一些值得信任的路径，带你用一种全新的非凡视角看看自己与这个世界，旅程之中将会充满惊奇，但这些都是确然可信的，并且可能会引起变革。

不妨先听我介绍一下你的一颗氧原子。它当然小到看不见，就像一个泡泡，大部分物质漂浮在泡泡中心，从外面看起来就像是一颗没什么特点的乒乓球。但仅仅是中心颗粒或是外层结构中粒子数目的区别，就让不同元素的性质具有显著差异，就好比它们构建的生物体彼此之间也存在着明显的差异一样。

如果你是个身材中等的成年人，那么你的体内携带了将近两千亿亿亿颗这样的氧原子，比任何一片森林中的树叶总数都要多。现在，不妨想象一下从你的大拇指中取出其中一颗，拉近焦距仔细观瞧。

与其他所有原子一样，这颗原子也几乎都是空的。如果将中心由8个带正电的质子与8个电中性的中子构成的原子核放大到树莓（其实看起来两者外观有点相仿）那么大，那么绕着它旋转的带负电荷的电子，距离这颗树莓大约有200码（183米）那么远，接近美式足球场长度的两倍，而电子包围的球体中，有数百万立方码的空间里都空无一物，这体积比新泽西州东卢瑟福的大都会人寿球场还要大上好几倍。这就是科学家为什么会认为你身体中的物质几乎都是虚无的，就像星系间太空深处的真空一样。

不管你感觉自己有多重，原子的空虚都意味着你更像是由原子级聚苯乙烯构成的多孔泡沫，而不是像看起来那样质地坚实。不过你应该庆幸你的“泡沫”身体，否则的话，你脚下的地球可撑不住你的体重。居于原子中央的那颗微小原子核（希腊人称之为“核心”或“种子”），密度却大得惊人，如果你的体内挤满了“放了气”的而不是膨胀成几近空心的原子，那么只是你的一根脚指头就有接近10亿吨重。

你挑出的氧原子外层有8个电子围绕着原子核旋转。它们可不同于微型的行星被锁定在固定的平面轨道上，而是更为怪异也更为自由地转着圈，同时表现出波与粒子的双重性质，而且它们旋转的速度太快，以至于模糊成一团像云一般的巢状外壳。如果你对这些电子施加能量，它们便会跃迁到更远的轨道上，原子的表面也会随之膨胀；而物理学家还会借助X射线激光将内层电子轰击出来，形成“中空”的原子。

不过从我们的视角来看更为重要的一点是，一个原子的某些电子也可以被其他原子共享形成共价键，从而有助于维持你身体的完整。当两枚氧原子靠得足够近的时候，它们的外壳便会交融，其中一些电子开始同时绕着两个原子核旋转。这种共用电子的方式可以产生千万种化合物，包括你的肌肉纤维和细胞膜，也包括你的荷尔蒙和发丝。

当两个或更多的原子通过这种方式衔接在一起时，分子便形成了。分子（molecule）这个术语源于拉丁语moles，这里的moles可不是指鼹鼠那种毛茸茸的小动物（moles在英语中有“鼹鼠”的意思。——译注），而是指“一堆物质”，一个分子简单来说就是一小堆物质。此刻在你脑海中想象的已不再是孤零零的氧原子，而是分子战队中的一部分了。在你的身体中，它常常与另一枚氧原子如影随形，构成氧气分子游走于你的血管，或是与两枚更小的氢原子形成水分子。

本书的第一章将带你更好地领略这些分子及其原子部件，并揭示它们“如何让你成为你”的一些方式。很多元素都可以在你体内或身边寻找到，但这里只会挑出其中最丰富也是生物学上最重要的十来种详细介绍。这几种元素也将揭开这些原子的面纱，展现它们在你的生命里，还有在将你与世界万物关联起来的过程中所扮演的幕后角色。

当你继续读下去的时候，你将跟随你的原子共同经历一场旅程：穿过风雨，穿过波涛，穿过火海、森林，还有你的指尖。氢原子可以在你的发梢荡漾，并暴露你曾经居住的故土以及你曾喝过的饮品；你眼泪中的钠，会将你和一片早已干涸的海洋串联起来——而且更诡异的是，还会跟翩翩起舞的飞蛾联系起来；你呼出的碳，会成为玉米秸秆的一部分，进而又进入一头矫健公牛的肌肉中，再后来还可能成为狐狸胡须的一部分；你还会发现，你肌肉中的很多氮原子，是帮助天空变蓝的功臣，而你骨骼中的磷，曾让远古海洋的波浪变绿过；你牙齿中的钙可能是蘑菇从岩石上开采下来的，而你血液中的铁既会杀死细菌也会杀死一颗恒星。你还会发现，你最终会面临的死亡，其实每时每刻死亡都在你的原子间进行着，然而，和其他所有人一样，你也将在宇宙结构的某个角落永存。

用原子观点看待生命颇有点将剧本捧在手心看歌剧的意味。举个例子，如果你不了解意大利人，那么你在观看《唐璜》的时候，也许只会被音乐打动， 却对剧情无动于衷。而当你手中有剧本的时候，就可以更好地展现因为信息不足而被眼耳遗漏的故事细节。同样，当你能更好地借助原子观点理解这个世界时，你的阅历也会变得更加丰富。

我们究竟是谁？对这个问题不断的解读算得上是科学给我们的最好礼物之一。尽管我们很容易想象，手机、超市以及城市生活正在将我们跟自然割裂开来，但总有一些事情落后于上个世纪以来的知识与技术大爆发，于是我们的意识仍然联系着自然。我们永远不会真的失去和原子世界的联络，因为不管是否知情，我们都是原子世界的一部分。所以，现阶段我们面临的任务与其说是从肉体上重新构建联系，还不如说是让我们的世界观和迷人的现实之间达成和谐，而这样的现实正是太空望远镜、原子探针显微镜或者是其他复杂的发明最近才向我们展现的。

当我们陶醉于自己是恒星的直系后代这样一个奇迹之时，也许会感到非常震撼，就像乔尼·米歇尔（Joni Mitchell）歌中所唱的那样：“我们是星尘”（we are stardust），是几十亿岁高龄的碳原子。伍德斯托克音乐节（Woodstock）上传唱的这些歌词道出了科学发现的精髓，当然也有些较真的人会强调，我们有些碳原子的历史其实比这更久远，而有些却只是产生于几个星期或几个月前（后文将会详细介绍）。这里主要想说，这样的观察视角不仅颇具美学与哲理意味，对于我们最新书写的这段历史来说，其价值也因为一些现实原因变得越来越大，很多科学家甚至将当今这个时代称之为“人类世”——属于人类的地质纪年。我们的人口数量惊人，技术强大，生活方式与文化交流也在不断全球化，因此我们如今已是地质学尺度的一股自然力量了。仅仅是我们排放的碳就足以阻止下一场冰川纪，将海平面抬高并淹没海岸，也足以造成所有物种灭亡。今天我们思想与心灵引发的所有行为，都会在周遭环境中产生回音，并将深刻地影响未来。

从这个方面讲，理解我们与地球间的原子联系就不再是一个可以选择的问题而是一种必然。科学是我们看到真理的那一扇最明亮的窗口。生物学家兼作家E.O.威尔森（E.O.Wilson）最近这样写道：“也许是时候停止称其为‘环保主义者’的观点了，搞得好像这是脱离人类活动主流的游说活动一般，而应当称之为现实世界的观点。”不同于我们的祖辈那样只能单纯依赖自己有限的知觉，我们如今可以借助曾经隐藏在事物背后的原子性质，利用这些新的信息更好地阐述我们的知觉所反映的事实，同时也可以期待营造更合理也更可持续的生活方式。

包括卡尔·萨根(Carl Sagan)、尼尔·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)、布莱恩·考克斯(Brian Cox)、布莱恩·格林(Brian Greene)和加来道雄(Michio Kaku)在内的天才科普工作者已经做了很多工作，向我们介绍了亚原子王国和宏大的宇宙，但是在这两个天壤之别的尺度之间，还是需要用原子的观点来解释。生动的图片与文献可以帮助我们想象微小的夸克与广袤的宇宙，但也可以说很难将它们都带到地球上来。相比于那些利用质谱仪或太空望远镜观测的奇观来说，可以被直接观察的物种和细胞都显得颇为简单，但相比物理学家对质子或脉冲星的预测精度而言，绝大多数生物行为还是更复杂，也更难以被预测——要不然请试着预测一只蝴蝶飞过草地时的路线，或是精确计算某颗正在发芽的种子第一次开花的时间，又或是提前罗列一下你的脑袋明天会迸发的奇思妙想……相比之下，模拟电子或行星的运动，简直就跟小孩过家家那么简单。

本书接下来的篇章将带你游览这座由日常经验构建的趣味乐园，没有艰深的公式，有的只是直觉和感受，还有原子与你自己以及这个世界联系的现实案例。不过既然我们看不到原子，又将如何让它看起来像我们时常假想的那样更为真实呢？

其实简单得很。当你照镜子的时候，你就可以看到在你的面庞中，数不清的原子在向你“眨眼”。为了享受在沙滩上的美好时光，你并不需要去分析每一粒沙子，同样，如果你知道原子总是大量地挤在一起，那么为了感知它们的存在你也不需要对其挨个儿辨别。相反，你可以让值得信赖的专家为你揭开更多的粒子细节，然后利用这些信息丰富你的生活。

不过令人称奇的是，即便是单个原子，如今对我们来说也比过去更易被感知，如果你想亲眼目睹其中一颗的尊容，那么一些最新的科学发现可以帮你实现愿望。德累斯顿理工大学的特里本堡（Triebenburg）实验室建立了一个网站：Electron Microscopy - A Journey into Nano-Cosmos（电子显微”——纳米世界之旅），他们最近公布了一系列对金粒子的显微照片。该系列最后一个镜头定格的照片是一个被放大超过100万倍的照片，显示出金原子就像大理石那样一层层整齐而有序地排列着。

单个原子不仅正在变得可以被看到，而且还能被我们“听”到。瑞典皇家理工学院开展了一项名为“放射性乐队”的在线项目，可以让你借助代表原子放射性衰变频率的特殊声音编写旋律。他们的服务器上存有多种不同音符，分别代表几十种不稳定元素释放的能量，从碳14到钾40不一而足。网站主页对此解释道：“我们的目的是为了启发灵感。我们希望能够提升更多对自然之美的认知，哪怕是最微小的尺度，从而激发人们对于基础科学的兴趣。对我们来说，音乐方面的创造力同样重要……科学与艺术很大程度上都是相通的。我们希望放射性乐队可以强化二者之间的联系。”

撰写本书对我个人而言也是一次探索。即便对于我这样一名研究物种、气候与生命元素内在作用的科学家来说，当我在办公室工作一整天后趴倒在沙发上，或是在树林里散步时，想要把不可见的世界与纷繁的现实联系在一起都不是件简单的事。老实说，将自己想象成一团没有生命的原子，其实是件异常困难的事。我还没有听很多科学家说起过，他们可以从内心实实在在感知自己是由原子构成的，尽管他们的智力水平足以深入讨论这些问题。不过我敢肯定，哪怕你只是飞速浏览了一下这个令人讶异的事实，你都会被永远地改变，而且是变得更好。

虽说我自己对原子的兴趣可以追溯到童年时期，但之于原子，我更深刻的观念转变还是在20世纪70年代的时候。那时我还在读大学，专业是生物与地质学，因为科学课程的需要，当时我正用一种近乎于洁癖的严谨态度，努力地让自己的情感与自然世界保持一致。我那时并未意识到，要想让自己与绚烂的生命共舞，这种严谨必不可少，就像演员或乐师每日的单调训练一样。

1964年，我不记得是谁给了我一张皱巴巴的纸片，上面写了一段从《伽马射线效应》（The Effect of Gamma Rays on Man-in-the-Moon Marigolds）节选的片段——这部作品由剧作家兼科学教师保罗·金代尔（Paul Zindel）于1964年创作，并获得了普利策戏剧奖。不过我永远不会忘记这个片段对我的影响，其内容是一位高中生把她老师刚刚讲的课程复述给她的妹妹——我敢肯定地说，这些话改变了我的人生，直到今天我再读它们的时候，也还是会不禁哽咽。

他让我看着我的手，因为其中一部分来自一颗恒星，在想象力都难以企及的远古年代，它爆炸了……

当生命出现时，也许我的这部分曾经被蕨类植物抛弃，从此被掩埋，直至变成煤炭。

数百万年之后，它变成了一颗钻石——它一定和曾经所属的那颗星球一样美丽……

他说，这些物质非常小——小得不能被看见——但是当这个世界出现时，它们就已经存在。

接着他告诉我，我的这一小部分是原子。而当他写下这个单词之时，我立刻爱上了它。

原子。

Atom。  多么美的词啊！

爱因斯坦和他的阿迪朗达克山脉

当呼吸凝结戍冰晶悄悄落到地面时，西伯利亚人坚信这是星星在低语。

——戴维·希普勒(David shipler，《纽约时报》记者)

我们能够拥有的最美好体验就是神秘感——这是诞生艺术与科学的摇篮中一份必不可少的情感。

——阿尔伯特·爱因斯坦

在我出生的前一年，阿尔伯特·爱因斯坦离开了人世。1955年4月，他拒绝对动脉瘤破裂进行外科手术，并强调： “人为延长生命毫无意义。我已经完成了分内工作，现在是时候离开了。”

尽管从未见过他，但和很多人一样，我总感觉和他之间有着某种联系。他改变了我们对自身和宇宙的理解方式，并且虽说他的很多前辈与同辈也充实了我们的知识体系，我还是认为他是将人类带入原子王国最具决定性的那个人。

撇开我们共享的这些智力遗产不说，我和爱因斯坦还有一些其他的共同点，这也是我自己在撰写本书期间查找背景资料前才了解到的：他和我都熟悉纽约上州的阿迪朗达克山脉，并且都钟爱此地。

很多有关爱因斯坦的形象都是他在伏案工作或是在黑板前的回眸一笑，但其实他一有空就会去演奏小提琴、玩帆船或是尽情享受户外生活。他曾说：“深入自然，那么你会可以更好地理解任何事。”他非常喜欢设计生动的思想实验，用加速的火车与变慢的时钟这些故事来解释他的相对论。关于原子王国的研究也是如此，不过却更为真实一些——我可以领着你前往阿迪朗达克山北部的萨拉纳克湖，那里是爱因斯坦生命中最后几年的避暑之地。毕竟，如果原子确实如他所证实的那样真实，那么它们存在的迹象也可以在野外被捕捉到，如同在物理学家的实验室中或是天文学家所说的遥远超新星上那样。

对你而言，跟随爱因斯坦的隐居之旅也许只是停留在纸面上，但于我来说，这片湖泊以及它周围的原子环境真是再熟悉不过，因为我就住在那里向南几英里的路旁。

萨拉纳克湖边有个小镇。现在可以开始想象，我们驶离镇政府边的十字路口，穿过一座小桥后左转，顺着花湖(Lake Flower)的湖岸前行。富有历史感的木质房屋在水边林立，简朴而诱人，人们如今依然在这里驾着帆船穿过狭窄的花湖水道，就像七十多年前爱因斯坦曾经做过的那样。

沿着森林茂密的山道，经过长长的一段上坡之后就可以看到我们要寻找的地方了，一路堆满了表面刷有白漆的木料，多半是要用于装饰老式木屋。当我们接近前门时，一条狗友好地蹭了过来渴求我们抚摸。门是开着的，从里面飘出一阵香味，那是刚刚烘焙好的饼干散发出的独特芬芳。一位自称佩蒂的妇女迎上前来——这位资深烘焙师知悉爱因斯坦“避暑山庄”的一切故事。

“没错，就是这个地方！进来随便转转……”

佩蒂和她的丈夫迈克给我们展示了餐厅中木质壁炉上一根被点过的香烟。“我们非常确定这是他吸过的烟。”佩蒂信誓旦旦地说道。不过即便不是，爱因斯坦的气息还有皮肤角质的原子大概都已经深入到了这些木纤维的毛细孔中，与如今这些居民融为了一体。

……

这把特殊的乐器，其中大多数原子早在20世纪40年代就曾到访过此地，因为比起湖泊和演奏者这样的原子暂居对象而言，小提琴之类的物体中，原子可以待上更久的时间。但是，从你指尖和琴弓中传出来的音乐究竟是什么？

声音本身是一种空气分子撞击你耳膜形成的波，存续时间很短，而你对音高与声调的感知，来源于神经元离子形成的波，它们激发了你的感官与你大脑的情感反应。然而，旋律本身是因演奏而产生的一种抽象模式，更彻底地说，是1778年诞生于莫扎特脑海中一些抒情的思想。《e小调奏鸣曲》的“涌现现象”，比任何音乐会或演奏家的生命都更持久，并且无论有没有乐器将其具象成声音，也无论是否在纸上记录下乐谱，它其实都是存在的。

也许这就是你与音乐的最相似之处——并不是你的原子构成了一把物质意义的“乐器”，而是它们像音乐那样通过内部相互作用“涌现”出了一种独一无二的排列。你真实存在，却又是一个抽象体。或许，你就好比是一个成功的原子乐队正在演奏的一段旋律，你的身体就是剧场，然而音乐会迟早都将落幕。沃特·惠特曼(Walt Whitman)在一首诗中曾多次表达过这样的态度：

我为自己喝彩，为自己歌唱；

我之所思，也将是你之所想；

因为我所拥有的每一颗原子，

都将成为属于你最好的给养。

如同奏鸣曲的声音那样，或是像莫扎特、爱因斯坦还有惠特曼那样，终有一天你也会离去。然而如同乐曲的抽象结构那般，时空坐标和你生命的涌现方式却将不朽，曾属于你的原子或是亚原子，都将在亿万年中不断变换形式继续存在，直到它们逐渐消散在那垂死的寂静宇宙之中。就像惠特曼所总结的：

我像空气一般离去，对着夕阳甩着我的白发；

我把肉体投进旋涡，让它在花径格栅间飘荡；

我把自己埋入泥土，期待在我爱的草间重生；

你若想再看我一眼，可在你的鞋底寻寻觅觅。

与此同时，欢迎回到原子的你(your atomic self)。氢原子经历了几十亿年的恒星聚变，又在地球上的气水土火之间跳过无数次原子之舞，终于变成了你，而你也会优雅地将它们馈赠给那些尚未出生的许多生命。而当你的生命故事谢幕之时，你也会明智地跟宇宙一同分享你的物质与能量。

方便的话，再来一次呼吸吧——这不仅是因为你必须这么做，更是因为，你可以这么做！

像神奇的炼金术一样，科特·施塔格将关于原子的科学变幻成了金光闪闪的故事，揭示了隐藏在宇宙万物和我们所有人之间的联系。

——戴维·乔治·哈斯凯尔David George Haskell，《看不见的森林》作者

科特·施塔格这样的人实属凤毛麟角，他是一个天才的科学家，并有着艺术家的眼光和一颗诗人的心。在这本书中，他用非凡的优雅和神韵将无形的原子王国引入了我们的现实生活。《诗意的原子》对粒子世界新颖的见解，会让博学的读者都目瞪口呆。

——李·比林斯Lee Billings，《50亿年的孤独》作者

施塔格的书堪称一部透过化学元素看现代科学的力作。值得称道的是，他成功地将科学的精确性和趣味性融合在了一起。

——埃里克·塞里Eric Scerri，《七种元素的故事》作者