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从高考到贫血补铁,化学如何看世界?

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发表于 2019-6-9 10:56:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 luojisw 于 2019-6-9 10:56 编辑


从高考到贫血补铁,化学如何看世界?

和你一起终身学习,这里是罗辑思维

这周,我们上线了一门重磅新课,孙亚飞老师的《化学通识30讲》。

你可能会问,我又不是要高考的学生,也不是搞化工的,为什么要学化学?对,我们邀请孙亚飞老师开设这门课程的目的,不是培养化学家,而是让每一个得到App用户,都能从化学这个底层的角度,再来观察一遍世界。

所以,今天的罗胖精选,我们就选了孙亚飞老师的一节课程:化学从什么维度观察世界?


你好,我是孙亚飞,欢迎来到《化学通识课》。

今天我们来聊聊一个问题:化学是从什么维度去观察这个世界,并且形成独立的认知体系的。

——◆ 1 ◆——

2015年,安徽省的高考作文题引起过争议,主要内容是说,彩色的蝴蝶翅膀在电子显微镜下,居然是无色的。这道题一公布,立刻就有很多人调侃,说出题人没见过世面。
从高考到贫血补铁,化学如何看世界?
蝴蝶翅膀

为什么这么说呢?

蝴蝶翅膀本身就没有颜色,是因为利用了纳米结构的干涉效果,才产生了颜色。这在自然界实在是太普遍了。肥皂泡、CD光面、汽车贴膜看上去五彩斑斓的,都是这个原理。而且,透过扫描电子显微镜去观察物体,别说是蝴蝶翅膀了,任何物质都不会有颜色。

所以较真地说,这篇文字材料的确存在一定的漏洞。

这道题也让人很好奇:为什么从宏观和微观角度观察到的世界,是不一样的?

我可以给你一个答案:宏观世界不是微观世界的线性叠加。

咱们中国古时候的思想家庄子,就说过一句很著名的话:“一尺之棰,日取其半,万世不竭。”意思是说,一尺的东西,今天拿掉一半,明天拿掉剩下一半的一半,每天都拿掉前一天的一半,总会有另一半留下,所以这尺东西,永远也拿不完。

在我看来,庄子其实很像一个数学家。他认为物质世界是个朴素的线性结构,微观世界就是缩微后的宏观世界。既然宏观世界没有不能分割的物质,那么微观世界也不会有。

但通过蝴蝶翅膀颜色的例子,我们就会发现:微观世界并不是宏观世界简单的微缩版。

如果你在流动的水里滴下几滴染料,就会发现,染料滴入水中的那一刻,有些染料反而会逆流而上,扩散方向与水流相反。这就是物质分子在微观层面的不规则运动,也叫“布朗运动”。而宏观层面,并没有这个现象。

反过来说,宏观世界的现象,微观也未必存在。天空是蓝色的,但你却找不到蓝色的分子,因为那只是光照在氮气分子上,造成的散射现象。

听到这里,你就会明白:要想认识世界,宏观往往是一种幻象,透过微观才能看到本质。

比庄子更老一点的墨子,就有着另外一套观点。他说:“非半弗斫则不动,说在端。”(出自《墨子·经下》)。

什么意思呢?就是一样东西每次都切一半,切到最后,再也切不了了,留下的就是物质的本源,也叫“端”。 从这里能看出,墨子理解的微观世界是不连续的,这和庄子不同。

现代化学家们的观点,建立在量子力学的基础上,跟墨子的差不多。在他们的观点里,原子就是所谓的“端”。在化学反应中,原子是最小的单位。

而化学研究的主要对象,就是化学反应。所以即使我们现在都知道,原子还可以继续分割下去,但在原子层面做研究,就已经足够了。

在宏观和微观层面,使用不同的研究方法,这样的思维,已经被很多学科借鉴。

比如在经济学领域,就有宏观经济学和微观经济学之分。没有别的,就是因为个体和整体之间的关系,是不能通过简单的线性叠加得出的,需要采用不同的研究方法。

——◆ 2 ◆——

其实,化学家们用微观维度去认知世界,不是为了寻找最根本的原因,而是为了联系宏观世界的现象和微观世界的本质。

比如说洗衣粉,你肯定很熟悉了。只要把脏衣服丢进洗衣机,再放一勺洗衣粉,搅上几十分钟,衣服就干净了。

如果你能带着洗衣粉的配方,穿越到一百年之前,轻轻松松就能靠它赚大钱,当土豪,走上人生巅峰。

没错,这么普通的洗衣粉,发明出来,居然还不到100年。

在这之前,古人常用的去污剂是肥皂,不少地区喜欢叫“胰子”,因为最简单的土肥皂,就是用猪的胰脏和草木灰混合做出来的。但是,肥皂用来洗衣服的话,去污效果并不好,比洗衣粉差远了。

为什么呢?要想弄清楚这个现象,就需要借助微观维度才能理解。

洗衣粉和肥皂的主要成分,在化学上都属于表面活性剂,但具体来说,还是有差异。

肥皂里的成分是硬脂酸盐,它有个致命缺陷,就是会和钙镁离子结合,产生沉淀。哪儿的钙镁离子最多呢?我们常说的硬水里。比如很多地方的井水就挺硬的,城市里的自来水,也未必有多软,北京的水也是挺硬的。

用这种水跟肥皂一起洗衣服,不但不容易洗干净,晾干之后,还可能会出现白斑。这就是前面说的沉淀。但洗衣粉就不会出现这样的问题。所以,我们带着洗衣粉穿越到100年前,才可能赚大钱。

你看,如果不能正确地从微观尺度认知世界,我们可能连洗衣服这么简单的事情,都理解不了。

虽然我们不能指望,通过一个分子或者一个原子,就能了解某个宏观物体的全部。但是要研究这个物体,还是得先知道它的微观结构。

这就好比是要想了解一个社会的真实状态,既不能抛弃微观的个体,又不能只关注个体行为。关注个体的行为,也是为了更好地认知这个社会。

——◆ 3 ◆——

这听起来有些矛盾,但化学的工作就是为了化解矛盾。

你一定还记得我们在第一讲里提到过,化学的性格是专注于现象与本质。这么说起来,其实它可以填补微观世界和宏观世界的断层。

举个例子,生活中,很多人都有缺铁性贫血,特别是女性朋友,遭遇这个问题的比例很高。

问题产生了,就得有解决办法嘛。

宏观上来看,这是贫血,就得补血。微观上看呢,血液的核心成分是血红素,血红素的核心原子又是铁。所以,贫血的解决办法,从微观上来看,就是补铁。

因此,回到宏观,只要是含铁量丰富的食物,都可以多吃,比如猪肝、鸭血、藕粉等。一般人说的吃红枣、喝红糖水呢,看起来就是过去人们“以形补形”的愚昧认知,应该抛弃。

但是,事情到这,并没有结束。

化学家通过实验,发现铁元素存在不同的化合价,也就是所谓的二价铁和三价铁。这两类铁元素,人体并不是能都吸收和利用。甚至说,过量的铁元素是危险的,过量的三价铁尤其危险。所以,从微观层面来看,补铁还不能盲目补,补的是二价铁才管用。
从高考到贫血补铁,化学如何看世界?
铁的吸收和代谢示意图

这时候,就得说到一个误会了。

很多孕妇发生缺铁性贫血以后,会去医院让医生开药,但是医生往往开的不是铁片,而是维生素C。难道是碰到庸医了吗?其实不是。在血液里,维生素C是一种不可或缺的物质,它的作用之一,就是可以将有害的三价铁,还原成二价铁。

贫血了去补血,是生活中很普通的事。但这件事也能反映出,化学观察和解决问题的一个方式:通过宏观现象,推测微观层面的本质;再借助于本质,去解决宏观世界的问题。

从微观出发,化学给了我们更为全面的答案。也就是说,一味补铁的话,很可能就得不偿失了。那再回到宏观世界,贫血吃枣也是有好处的,因为鲜枣的维生素C含量,还是挺高的。

这些归纳起来,其实就是两句话:

      1.化学世界里,宏观是表面的现象,微观是内在的本质。
      2.如果你不能正确地认识微观世界,那么你所看到的宏观世界很可能就只是幻象。


今日总结

到这里,我们今天这一讲就接近尾声了。我们来总结一下。

第一,宏观世界并不是微观世界简单的线性叠加;

第二,化学家们之所以用微观的维度去认知世界,不是为了理解里面的结构,而是为了理解它怎样影响到宏观世界。

第三,观察和解决问题的一个方式,那就是通过宏观现象,推测微观世界的本质,再利用这些本质规律,去解决宏观世界的问题。

课后思考

你遇到过什么事,用宏观和微观不同的维度去观察思考,最终会得出不一样的结果?

欢迎你在课后留言,和我分享。


内容听完了,我是罗胖。

孙亚飞老师是青年化学家,是清华大学化学系的在读博士,从事高分子材料相关的研究,翻译过4部化学著作。我们之所以请他开设这样一门化学通识课,不是要给你搞科普,给你讲化学反应分子式。反正我们这些成人也不面对高考了。

这门课要讲的,是一整套思维方式和行事逻辑。原来在我这个文科生看来。物理化学只是课程表上的两个科目,高考要考而已。但听完这门课我才知道,物理化学这两个学科的灵魂、气质根本不同。

物理学更关心“是什么”?就是世界的规律。化学更关心“怎么样”?也就是我知道规律之后,我怎么把它实现出来。所以孙亚飞老师说得好,化学更像君子,是一门知行合一的学科。

这门课上线之后据我了解,这两天在中学教育界已经引起了小小的震动。很多老师在这门课出来之后都说,中学化学的教学思路都得变变了。

来吧,花一点时间,了解一门学科的灵魂。现在在得到App首页搜索“化学”两个字,就可以看到孙亚飞老师的《化学通识30讲》这门课程。推荐你加入学习。

罗辑思维,明天见。


来源:得到



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