科特·施塔格（Curt Stager），科学家，科普作家。生于1956年，杜克大学生物学与地质学博士，自1987年开始担任保罗史密斯学院自然科学教授，这所学院坐落在纽约北部的阿迪朗达克山脉，他喜欢在这里弹奏班卓琴、吉他和野外滑雪。同时，他在美国国家公共广播电台主持一档科学栏目：Natural Selections。

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，会让最博学的读者都
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。最值得称道的是，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

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

前言 原子的你
第1章 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
第2章 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
第3章 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
第4章 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
第5章 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
第6章 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
第7章 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
第8章 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
第9章 消逝的肉体
原子的流逝和更新会伴随你的一生
你的一部分原子来自宇宙射线
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
注释
致谢

第1章 生命之火——氧
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，你己经呼吸了大概3万次了。在你刚出生时，呼吸这项活动就己经自动开始了，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2磅氧气（约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》（scjence Daijy）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，它就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绵不断，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昵？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。
P11-15

用天马行空的科学联想，将你和世界相连：从你赖以生存的空气、食物、水和阳光，到你脚踏的岩石土地和仰望的日月星辰，组成万物的原子与组成你的原子毫无二致——氧、氢、铁、碳、钠、氮、钙、磷8种元素，给你多一双眼睛审视自然，审视自己。
刷新生命观的浪漫科普，每个人都是宇宙用原子写成的诗：你的一部分原子来自宇宙射线，也终将回归宇宙；在原子的世界里，你的肉体永不孤独，你的能量不曾消失；任何物质都不会永恒，但你却一直都在。
初中理科水平轻松看懂，探秘原子在万物中的流转：你血中的铁与超新星爆炸有什么关系？你呼出的二氧化碳会变成树的一部分？你肌肉中的氮会让天空呈现蓝色？……
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，30年科普心血之作。

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
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！
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

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；你肌肉中的氧，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。