　　从我们踏入机场的那一刻起，各种科学原理就开始为我们表演。量子物理，相对论，分形……这些有趣的现象将接二连三地展现在我们眼前。
　　我们乘坐飞机旅行时的每一刻都是一次体验科学的机会，《飞行中的科学》则用通俗的语言解释了飞行背后的各种科学原理和我们在飞行过程中可能会产生的疑问。比如，安检仪是如何工作的，飞机跑道是如何编号的，飞机何以能飞得起来，天空为什么是蓝的，风暴是因何而起，飞机导航系统是如何工作的，以及如果试着在半空中打开舱门将会发生什么……对于这些在我们以往航空旅行中一直想知道的问题，《飞行中的科学》将一一予以解答。

作者简介

　　布莱恩·克雷格（Brian Clegg），1955年出生，先后获得剑桥大学物理学学士学位及自然科学硕士学位。知名科普作家，《自然》、《科学美国人》及《卫报》等多家媒体的专栏及评论作者，英国皇家艺术学会（Royal Society of Arts）会员。已出版有《大爆炸前传：宇宙史前史》（Beforethe BigBang：The Prehistory of OurUniverse）、《无限简史》（ABrief History of Infinity）等多部科普著作。

第一章在机场
航站楼里的无聊
一分为二的机场
行李过检
检测空气
探测器中的奥秘
人体扫描
你认为你是谁？
迷信的根源

第二章进入天空
飞机的基本构成
给飞机加油
温室效应好的一面
绿色飞行
让飞机动起来
大雷达正注视着你呢
电磁空间
驾驶室中的卫星定位系统
全球通用的语言
最新式样的跑道
牛顿定律是怎样让你动起来的
成为喷气机一族
旋转和爬升
感受气压
机翼的工作原理
操控机翼表面

第三章探索地形地貌
麦田之谜
纳斯卡线条的上空
白垩图腾
过去的踪迹
追随水路的足迹
有趣的分形
河湾的形成
你居住的城镇是如何发展起来的
绵延不断的海岸
无法抗拒的重力
从河流到海洋
水，到处都是水
不等人的时间和潮水
风口浪尖处
海是什么颜色的？

第四章云端之上
进入云层
观云历险记
一路奔向9号云
彩虹的尽头没有一坛金子
飞越冰冻的海面
朝阳光飞去
飞往日心的旅程
为什么天空是蓝色的？
为什么太阳能一直发光发热
穿越量子隧道
穿过飞机航道
留在空中的足迹
机舱之外还有生命么
起身活动活动
在气流中颠簸
闪电
静电荷
制造闪电
移动中的电流
安全的金属盒子
尘埃造成的停飞
火山喷发
穿越辐射区
我们被自然辐射指数欺骗了
宇宙碰撞

第五章机舱生活
血液供给的压力
扳回时差
穿越时间区
什么是（或不是）时差
克服时差
服用药物
从北向南的飞行也会引起时差么
移动的体验
有趣的对比
伽利略的天才想法
在急流中飞行
特别的发现
逆龄之旅
一杯好茶
听食物

第六章飞行时的科技
在地图上追踪你的航线
投影地球
该死的科技前沿
让显示器变薄
巴托林的水晶奇景
一有光就旋转的液晶
带上你的高科技产品
驾驶舱外的景色
惯性的引导
追踪飞机在空中的位置
加速度对爱因斯坦的启发
微弱的力
陀螺仪

第七章远处的风景和回到地面
观赏远处的山脉和山峰
像山一样古老
这些山头有点冷
山上结冰
在虹吸作用下转弯
真空来帮忙
在夜空中飞行
观赏金星
神奇的月球
月亮的阴晴圆缺
欢迎来到银河系
街灯狂想曲
神奇的眼睛
建构一张世界图像
视幅
与跑道的第一次接触
结束语

精彩书摘

　　一分为二的机场
　　机场对于陆侧（非航服务区）和空侧（航空服务区）的划分是很严格的。你从一个区域进入另一个区域，尤其是进行国际间飞行的时候，必须经过一个技术障碍，接受身份核查以及检查是否携带了危险物品。如果可以的话，他们还会在你经过的时候顺便测量你的体重（在航空的早期发展阶段就是这样做的）。这是因为飞机降落对于重量颇为敏感，航空公司需要根据平均体重来估算乘客们累积的总重量。
　　但靠平均重量做估计也会带来问题，至少曾经出现过一次这样的情况。一架飞机从德国某个机场起飞，脱离跑道的时候有些困难，最终才可谓是“爬”上了天空。后来大家才意识到，之前这个城市举办了一场钱币展销会。这趟航班的很多乘客都是钱币商人，袋子里都塞满了新入手的硬币。他们之所以随身携带，是因为不想冒险，怕托运丢失掉新买的好东西。就是这些未曾预料的些许增重累计在一起使得乘客重量明显高过预期。加上飞机本身的重量，飞行员没能预料到飞行需要承受那么多的负重，所以才会出现起飞时的紧张场面。
　　为何难觅13号登机口
　　当你知道了在几号登机口登机后，按照惯例，每个登机口都会以数字标明，而你也通常会发现13号登机口难觅其踪。尽管很少会有人真的患有13恐惧症（triskaidekaphobia）——一种对于数字13毫无原因的恐惧——但是航空公司和机场还是不遗余力地避免它的出现，因为直到现在，13还是被看成是一个不吉利的数字。
　　迷信的根源在于人类对于事物偶发性的认知，而我们的大脑结构不擅长处理概率。这一点，从人们对于一系列群发性事件的态度中便可窥知一二。设想一下，每天在各处发生的随机事件不计其数，大到传染病的爆发，小到有人跌倒。这些随机事件的分布如何？我们本能上以为它们是均匀分布的。但事实上，这大错特错。
　　试想你将一小罐钢珠打翻在光滑平整的地面上。当钢珠静止时，若发现它们均匀地分布在地面上，彼此之间距离相等时，你会作何感想呢？你一定会认为是外力或某些装置使其如此——肯定是地板下的磁铁或是其他的小伎俩在捣鬼。自然状态下钢珠的分布是：某些区域小钢珠分布会密集些，而某些区域则会稀疏些。这样的分布便称之为群聚（cluster）。
　　同样的原理也适用于现实世界任何事件的无序分布。如果某地许多村民家的牛都害了病，人们便会习惯性地假设一定是有什么原因导致牛集中发病的。在过去，当地的巫师有可能会成为被指责的对象。在今天，非传染性疾病的群发则往往归咎于手机信号发射塔或是核电站（附近很有可能也有酒吧和教堂，但是他们却很少会成为替罪羊）。
　　如果这些疾病来得莫名其妙，我们大致上认为它们就是一起群聚事件；但是，人们总是倾向于在身边找原因，尤其是当周围有某些引起人们焦虑的因素时，那么，它们则最容易成为替罪羊。不是所有的群聚现象都是毫无原因的——比方说，石棉工厂附近有一些人患上了石棉肺病。但是，我们也不能断言，石棉工厂就是使人致病的凶手。得通过有效的统计手段来验证两者的因果关系，才能下定论。
　　人们提出众多假设来解释对数字13的恐惧：最后的晚餐中出现的犹大是耶稣的第13位门徒；黄道带中有12个星座，而12之后的数字便是13。但事实上，能让这些理论自圆其说的证据是少之又少。情况更可能是，数字13与一系列不祥之事间的联系是再平常不过的事了，并非有什么特殊的关联。情况也许是，某农夫家的母猪生了13只小猪，而其后，这位农夫的健康状况就每况愈下了。同样出于偶然，有人在某个月的13号去世了。随着这些巧合的积少成多，13也逐渐为人们所嫌憎。
　　虽然对于13的恐惧实属无稽之谈，但机场与航空公司也绝不会给它存在的机会，让乘客们不安，所以通常都没有13号航班或13号登机口。希思罗机场的4号航站楼更是将这种避嫌做到了极致。有时，当13号登机口缺失时，人们就会倾向于认为14号登机口是不吉利的，因为毕竟它才是真正的13号登机口。为了避免这样的担忧，在4号航站楼中，12号登机口位于它的一端，而14号登机口则位于另一端。由于你根本无法看见这两个登机口并肩而列，所以13号登机口的缺失并不显眼，结果是，人人都放心地使用14号登机口了。
　　最新式样的跑道
　　现在，你应该已经滑行到了跑道的起点。通常，一个大型的国际机场跑道的长度有3～5千米（约1��8～3英里）。大型机场一般会有多条平行的跑道和一些面朝不同方向的二级跑道，以提高机场的吞吐量。这是因为，飞机的起飞和降落都需要逆风进行。
　　当你开始加速的时候，也许你最不愿看到的是被风的阻力拖了后腿，不过事实上，这倒带来了一些便利。飞机为了获得相对于地面的一定速度，若在逆风的情况下起飞，能获得更快地通过机翼的气流——起飞时的速度相当于飞机的滑跑速度加上风的速度。
　　假设一架飞机需要达到时速150英里才能起飞。若起飞时，逆风时速为50英里，飞机在地面上的滑行时速只要达到100英里就可以了。但如果在相同风速的顺风情况下，气流通过机翼产生的上升力将会减小，这样一来，飞机的时速要达到200英里才能升空。
　　在现实情况下，机场跑道不可能顾及各个方位，所以它们的方向通常与当地盛行风的方向一致。每条跑道都以它们的磁方位角的缩写编号（在跑道的尽头你能看见巨大的数字）。如果某条跑道与磁北顺时针方向的夹角为10度以内，那它就被编为01号。夹角若为20度以内则为02号跑道，以此类推。由于飞机有可能从跑道任何一端着陆（这取决于风向），所以跑道的两端都被编了号，两个数字相减为18（两者相距180度）。
　　比方说，伦敦希思罗机场有两条平行的跑道，按照进入跑道的方向，分别被命名为27Left（左）和27Right（右），或是9Right（右）和9Left（左）。如果你从伦敦方向往西面飞，走的就是27号跑道；如果你往东飞，则是9号跑道。希思罗还有一条处于不同角度的第3条跑道——23号或5号跑道——由于太短导致大型飞机无法起飞，所以2005年就被关闭了。它现在被用作滑行道，从谷歌地图的航拍图上你就能看到，跑道尽头的编号已经被擦去了，不过印记还是清晰可见的。其他的机场跑道更多，比方说，雄伟的芝加哥奥海尔机场就有7条跑道。
　　当飞机到达跑道起点时，飞行员会面临两种状况。他们最希望的是能立即起飞。在这种情况下，飞机马上就入跑道，紧接着，油门杆被推起，随后飞机便进入起飞前的滑行了。如果能这样，是最高效不过的了，因为发动机就不必再费力使飞机从静止变为运动状态了，而且，毫无疑问的是，这样一飞冲天的男子汉气概对大多数飞行员也充满了吸引力。不过现实中的情况是，大部分时候，你都不得不在跑道的起点等上几分钟。
　　通常，这种拖延是因为需要起飞的飞机很多。这并不仅仅只是排个队的问题，让前面的飞机先冲上跑道，这样后面的飞机就能远离它们喷射出的气流——这种等待远比排个队的时间要长得多，尤其是当前面的飞机比你那架飞机要大的时候。等待的原因是，起飞时，机翼前端使空气中产生旋转的涡流。设想一下水槽中的水是怎样打着转转流入排水孔的吧。这就是一个微型的涡流，机翼在空气中产生的涡流与之类似，只不过它们更不容易被肉眼发现，而且威力也要大得多。
　　进入云层
　　从起飞到现在，窗外的风景美不胜收。不过，航程中的某些时刻你可能会钻入云中，从飞机里向外看去好似一切都在云雾笼罩之中，但是你终将穿过云层，放眼望去，飞机已被壮丽奇妙的云景所环绕。白天，太阳在云端闪耀，天空总是那么的蔚蓝。飞机不远处，一团团鹅绒似白云绵延起伏，直到地平线的尽头，多么壮阔绮丽的景色啊。
　　在你穿越云层时，你也许会注意到一些不同种类的云，不过，在我们详细介绍它们之前，我们先来了解一下云到底是什么。空气中到处弥漫着水蒸气。我们通常认为水壶中喷出的那股蒸气就是水蒸气，但是这种想法是有误的。水蒸气是看不见的气体，是气态的水，就如同冰是固态的水一样。我们看见的那些所谓的蒸气是水蒸气凝结后重新变为液态的水，它们在空气中结成细小的水珠。
　　我们都知道100摄氏度下水会沸腾，所以，空气中无时无刻，甚至是在常温下都存在着水蒸气这样的说法让人觉得匪夷所思。想想看，常温情况下的大海是地球上水蒸气的主要来源。我们在这里所说的温度是以物质中分子运动的速度来测定的。温度越高，分子运动的速度就越快。不过，温度是一个统计学问题。这并不意味着在某一温度下，任何一个分子都以特定速度运动，而是就平均来说，分子的运动速度会与对应的温度相匹配。
　　自然界中，有些分子的运动速度较快，有些较慢。较之于海面之下的水分子，海面之上的水分子运动相对快速因而越发容易扩散到更远的地方。有些水分子更为活跃，它们挣脱大海中其他分子的电磁束缚，飘散到大气中。如果海洋中所有的分子都这么高速运动的话，海水将会沸腾。这如我们上面所说的那样，大海每时每刻都在丢失一些分子——蒸发是其中的一种途径——因而，广阔的海面将生成大量的水蒸气。
　　因此，水分子一刻不停地向空气中吐射水蒸气。同时，空气中的水分子会重新落回海洋。在任何情况下，水气蒸发和其凝结保持一种相应的平衡。我们通过测量空气的潮湿度来计算其中水蒸气的含量。
　　空气中的有些水分子会聚集在一起形成小水珠，有些水分子则升到高空，在低温的催化下凝结成微小的冰晶。温度变化会产生水珠，不过普遍来说，水珠的萌生离不开空气中那些飘浮的小颗粒，诸如沙粒、烟尘或是花粉，甚至细菌也不例外——空气中有数不清的细菌，它们也经常参与水蒸气的凝结过程。这些小水珠看上去就如水壶喷出的蒸气一样，无数这样悬浮的小水珠最终形成了云。
　　为什么云朵不会从天上掉下来呢？人们很容易产生这样的疑问，但很少有人来解答这个问题。毕竟，水比空气要重。当水溢出玻璃杯时，它们并不会飘浮在空气中。当然，天上的水会以雨滴的形式落下来，那么，为什么云不会像雨水那样一滩滩地从天上掉下来呢？
　　让人意想不到的是，云的确在下沉。云朵没有什么神奇法力——它们如万物一样逃脱不了地球重力的束缚。只不过它们下落的速度非常非常缓慢，这是因为组成云朵的小水珠小得让人难以置信——它们的直径大概只有一亿分之一米。当物体变得如此微小时，它们不以人们习惯的方式运动。尽管重力同样作用于那些看不见的小水珠与普通水珠，但是，重力对它们的影响却不同。
　　水珠的质量决定了其所受到重力的大小，水珠越轻，受力越小。同时，物体越小，受到空气的阻力就越大。云朵中小水珠比雨滴要小，而更接近于空气分子的大小，因而它们不断受到空气的影响。就云彩中的一粒小水珠来说，空气和它的关系就好比黏稠糖浆和其间的小滚珠。小水珠下降一米得花上一年时间。现实中，我们看不到云朵下落，因为即便我们有耐心等待，云朵也无法存在这么长时间。
　　云朵的颜色各不相同。我们通常都认为它们是白色的，因为它们反射掉大部分的光——但它们不如金属那般刺眼，而像冰块那样柔和，看起来毛茸茸的。稀薄的云层会染上天空的颜色，尤其是在日出和日落时分，你通常都能看见红彤彤的彩霞。另一些云则明显要灰暗许多，从灰色到黑色都有。
　　现实中的云最暗淡的也不过就是灰色，不过在眼睛和大脑的综合作用下，它们的颜色看上去要比实际灰暗得多。同样的事情发生在你注视一幅夜空的图片或是电视上的宇宙画面时，它们看上去都是黑漆漆的——只是，当你关掉电视时，屏幕的颜色是深灰色的，而节目里播放的太空的颜色怎么可能比屏幕的颜色还要深呢？这是你的大脑在捣鬼，它误导你屏幕是黑色的。
　　云层中，当许多小水滴开始聚集在一起形成更大的水珠时，云朵就开始变暗了。这意味着更少的光线被云层表面反射，有些甚至被云层吸收，使它看上去愈加灰暗。小水滴聚集在一起，数量越来越多，体积也越来越大，最终形成雨滴落了下来，所以，我们通常将乌云看成暴风雨的前兆。
　　穿越辐射区
　　火山在你的视线之外，暴风雨也远离你的飞行路径，现在，机舱外唯一能让你担心的就只剩下辐射了。辐射不会威胁到飞机，不过你却得小心它们，想想看人体扫描仪吧。人们很少提起飞行中辐射对人的危害，不过它的确存在。不过，辐射不会损害你的健康，这点你必须事先了解。单趟飞行并无大碍，但如果你飞行次数过于频繁，累积起来也许就会是一个问题了。
　　辐射是一个经常被用错的词。你也许听说过一些骇人听闻的故事，说的是关于手机信号发射塔和无线网络的辐射危害。辐射这个词用在这里和政治宣传无异。从技术上来说，发射塔和无线网络产生的辐射是一种电磁辐射（electromagnetic radiation），它与核能和原子弹完全扯不上任何关系。光是电磁辐射的另一个名字。我们已经介绍过雷达和X射线，光可以通过一张巨大的光谱来表示，光谱的中间区域分布着从红色到紫色这样一些常见的可见光，在它的两端则分布着另外一些不可见光。
　　有些颜色我们无法用肉眼看见，不同能量的光子显示出不同的颜色，不过它们也是电磁光谱的一部分。不同能量的光子组合在一起，呈现出不同颜色的光。手机和wifi在一定的无线电频谱范围内工作。和所有的电磁辐射一样，过度的辐射将危害健康,不过在照射适当的情况下则并无危害。与电离辐射（ionizing radiation）相比，电磁辐射的辐射形式有很大不同。电离辐射来源于放射性物质，它包括X射线以及更具杀伤力的伽马射线，一些电子和不稳定的原子核放射出的粒子也能产生电离辐射。
　　电离辐射对人体有害，因为它能穿透皮肤，破坏体内细胞组织的运行。人在接受中等剂量的辐射后，其患癌症的几率将会增加，而暴露在大量辐射中的人则会患上一系列的辐射病，过大的辐射量则会导致死亡。因此，我们不能小看辐射，但也用不着过于焦虑。不过，生活中辐射无处不在，我们无法避免。即便你待在一只镀铅的盒子中，呼吸着过滤的空气，你仍会接触到辐射。这是因为人体本身就具有放射性。这些射线来自于构成你身体的物质，它偶尔会对一些零星的细胞产生破坏——不过它带来的危害可以忽略不计。
　　同样的，在我们周围也存在着许多天然放射物质。有些地域的辐射会高于其他地方。比方说，分布有花岗岩的地区辐射较高，对人体的危害也相对会大些。花岗岩会释放出一种叫做氡的气体，当室内氡气的浓度增高到一定程度时，人们的健康将面临风险。有些地方如英国的康沃尔（Cornwall）和美国的丹佛（Denver），这里的人们面临的辐射风险比其他人更高，为了避免氡在室内堆积，当地居民采取各种措施，确保房屋能有效地通风。
　　什么是（或不是）时差
　　在单一的某个时间区内，时差不会对我们产生任何影响。时差的问题在于，一方面我们干着白天的工作，而另一方面就生物钟来说已经临近深夜，这种颠倒让人感到疲劳和困惑——昼夜轮班的工作者面临相同的问题。时差不适症不是疾病，它只是一种疲劳，休息后便可恢复，因此也不需要治疗。我们能将时差不适症降到最低或是忽略它，假装它不存在，但是，世界上找不到消除时差不适的神奇的药片。对付时差最好的办法就是找些刺激来提提神。
　　尽管时差反应不是病，但它能导致你精神不集中而无法做出正确的决定（疲劳也一样）。时差反应的最经典案例是关于美国前国务卿约翰??福斯特??杜勒斯（John Foster Dulles）的。在1956年苏伊士运河危机时期，杜勒斯撤销了对埃及阿斯旺水坝的贷款援助，而这个决定是他从中东回到华盛顿后迅速做出的。杜勒斯晚年时承认这是一个轻率的决定，他认为回国后没有得到休息导致的时差不适症是犯这次错误的主要原因。
　　如果时间充足，你可以对这种不适不予理睬，它自己会慢慢消失。每跨过一个时间区，你就需要一天的时间来恢复，假如你朝西面飞行，这种不适反应则会减轻些。日照超过24小时的飞行所产生的不适将要远远低于全程夜间飞行。如果想尽快克服不适症的话，你可以从饮食着手来缓解时差。
　　克服时差
　　如果能在起飞前就着手调整日常饮食，将达到最理想的效果（如果看到这条建议的时候你已经坐上了飞机，那它的效用就不大了，不过下一次出行时它就能派上用场了）。飞行前确保充足的睡眠，在起飞前的24小时尽量摄取清淡的食物，适量饮水。（你也许听说过，补充水分效果最好的液体就是水，汽水或果汁补水的效果远不及水。这是胡说八道。不过尽量不要饮用例如咖啡、茶，尤其是酒之类的利尿饮品，这些饮料会加速身体脱水）。
　　登机后，你最好能马上将手表调整到目的地时间，然后尽可能地按照这个时间作息。如果飞机早上到达目的地，请确保降落前你至少睡了6个小时。如果抵达时将近黄昏，请在降落前的8个小时都保持清醒。严格按照目的地的作息时间。如果目的地时间还没有到你打盹的时间，那别打。
　　这样作息的麻烦之处在于你也许会错过飞机上用餐的时间——不过请尽量按照目的地的用餐时间进食。如果这意味着你将无法享用到飞机上提供的食品，那就忍忍吧，不要想着大快朵颐。如果你坐的是经济舱，那么就算吃不到那些餐品也没有什么可惜的，如果你搭乘的是飞行中的科学下载 mobi epub pdf txt 电子书格式