　　從我們踏入機場的那一刻起，各種科學原理就開始為我們錶演。量子物理，相對論，分形……這些有趣的現象將接二連三地展現在我們眼前。
　　我們乘坐飛機旅行時的每一刻都是一次體驗科學的機會，《飛行中的科學》則用通俗的語言解釋瞭飛行背後的各種科學原理和我們在飛行過程中可能會産生的疑問。比如，安檢儀是如何工作的，飛機跑道是如何編號的，飛機何以能飛得起來，天空為什麼是藍的，風暴是因何而起，飛機導航係統是如何工作的，以及如果試著在半空中打開艙門將會發生什麼……對於這些在我們以往航空旅行中一直想知道的問題，《飛行中的科學》將一一予以解答。

作者簡介

　　布萊恩·剋雷格（Brian Clegg），1955年齣生，先後獲得劍橋大學物理學學士學位及自然科學碩士學位。知名科普作傢，《自然》、《科學美國人》及《衛報》等多傢媒體的專欄及評論作者，英國皇傢藝術學會（Royal Society of Arts）會員。已齣版有《大爆炸前傳：宇宙史前史》（Beforethe BigBang：The Prehistory of OurUniverse）、《無限簡史》（ABrief History of Infinity）等多部科普著作。

第一章在機場
航站樓裏的無聊
一分為二的機場
行李過檢
檢測空氣
探測器中的奧秘
人體掃描
你認為你是誰？
迷信的根源

第二章進入天空
飛機的基本構成
給飛機加油
溫室效應好的一麵
綠色飛行
讓飛機動起來
大雷達正注視著你呢
電磁空間
駕駛室中的衛星定位係統
全球通用的語言
最新式樣的跑道
牛頓定律是怎樣讓你動起來的
成為噴氣機一族
鏇轉和爬升
感受氣壓
機翼的工作原理
操控機翼錶麵

第三章探索地形地貌
麥田之謎
納斯卡綫條的上空
白堊圖騰
過去的蹤跡
追隨水路的足跡
有趣的分形
河灣的形成
你居住的城鎮是如何發展起來的
綿延不斷的海岸
無法抗拒的重力
從河流到海洋
水，到處都是水
不等人的時間和潮水
風口浪尖處
海是什麼顔色的？

第四章雲端之上
進入雲層
觀雲曆險記
一路奔嚮9號雲
彩虹的盡頭沒有一壇金子
飛越冰凍的海麵
朝陽光飛去
飛往日心的旅程
為什麼天空是藍色的？
為什麼太陽能一直發光發熱
穿越量子隧道
穿過飛機航道
留在空中的足跡
機艙之外還有生命麼
起身活動活動
在氣流中顛簸
閃電
靜電荷
製造閃電
移動中的電流
安全的金屬盒子
塵埃造成的停飛
火山噴發
穿越輻射區
我們被自然輻射指數欺騙瞭
宇宙碰撞

第五章機艙生活
血液供給的壓力
扳迴時差
穿越時間區
什麼是（或不是）時差
剋服時差
服用藥物
從北嚮南的飛行也會引起時差麼
移動的體驗
有趣的對比
伽利略的天纔想法
在急流中飛行
特彆的發現
逆齡之旅
一杯好茶
聽食物

第六章飛行時的科技
在地圖上追蹤你的航綫
投影地球
該死的科技前沿
讓顯示器變薄
巴托林的水晶奇景
一有光就鏇轉的液晶
帶上你的高科技産品
駕駛艙外的景色
慣性的引導
追蹤飛機在空中的位置
加速度對愛因斯坦的啓發
微弱的力
陀螺儀

第七章遠處的風景和迴到地麵
觀賞遠處的山脈和山峰
像山一樣古老
這些山頭有點冷
山上結冰
在虹吸作用下轉彎
真空來幫忙
在夜空中飛行
觀賞金星
神奇的月球
月亮的陰晴圓缺
歡迎來到銀河係
街燈狂想麯
神奇的眼睛
建構一張世界圖像
視幅
與跑道的第一次接觸
結束語

精彩書摘

　　一分為二的機場
　　機場對於陸側（非航服務區）和空側（航空服務區）的劃分是很嚴格的。你從一個區域進入另一個區域，尤其是進行國際間飛行的時候，必須經過一個技術障礙，接受身份核查以及檢查是否攜帶瞭危險物品。如果可以的話，他們還會在你經過的時候順便測量你的體重（在航空的早期發展階段就是這樣做的）。這是因為飛機降落對於重量頗為敏感，航空公司需要根據平均體重來估算乘客們纍積的總重量。
　　但靠平均重量做估計也會帶來問題，至少曾經齣現過一次這樣的情況。一架飛機從德國某個機場起飛，脫離跑道的時候有些睏難，最終纔可謂是“爬”上瞭天空。後來大傢纔意識到，之前這個城市舉辦瞭一場錢幣展銷會。這趟航班的很多乘客都是錢幣商人，袋子裏都塞滿瞭新入手的硬幣。他們之所以隨身攜帶，是因為不想冒險，怕托運丟失掉新買的好東西。就是這些未曾預料的些許增重纍計在一起使得乘客重量明顯高過預期。加上飛機本身的重量，飛行員沒能預料到飛行需要承受那麼多的負重，所以纔會齣現起飛時的緊張場麵。
　　為何難覓13號登機口
　　當你知道瞭在幾號登機口登機後，按照慣例，每個登機口都會以數字標明，而你也通常會發現13號登機口難覓其蹤。盡管很少會有人真的患有13恐懼癥（triskaidekaphobia）——一種對於數字13毫無原因的恐懼——但是航空公司和機場還是不遺餘力地避免它的齣現，因為直到現在，13還是被看成是一個不吉利的數字。
　　迷信的根源在於人類對於事物偶發性的認知，而我們的大腦結構不擅長處理概率。這一點，從人們對於一係列群發性事件的態度中便可窺知一二。設想一下，每天在各處發生的隨機事件不計其數，大到傳染病的爆發，小到有人跌倒。這些隨機事件的分布如何？我們本能上以為它們是均勻分布的。但事實上，這大錯特錯。
　　試想你將一小罐鋼珠打翻在光滑平整的地麵上。當鋼珠靜止時，若發現它們均勻地分布在地麵上，彼此之間距離相等時，你會作何感想呢？你一定會認為是外力或某些裝置使其如此——肯定是地闆下的磁鐵或是其他的小伎倆在搗鬼。自然狀態下鋼珠的分布是：某些區域小鋼珠分布會密集些，而某些區域則會稀疏些。這樣的分布便稱之為群聚（cluster）。
　　同樣的原理也適用於現實世界任何事件的無序分布。如果某地許多村民傢的牛都害瞭病，人們便會習慣性地假設一定是有什麼原因導緻牛集中發病的。在過去，當地的巫師有可能會成為被指責的對象。在今天，非傳染性疾病的群發則往往歸咎於手機信號發射塔或是核電站（附近很有可能也有酒吧和教堂，但是他們卻很少會成為替罪羊）。
　　如果這些疾病來得莫名其妙，我們大緻上認為它們就是一起群聚事件；但是，人們總是傾嚮於在身邊找原因，尤其是當周圍有某些引起人們焦慮的因素時，那麼，它們則最容易成為替罪羊。不是所有的群聚現象都是毫無原因的——比方說，石棉工廠附近有一些人患上瞭石棉肺病。但是，我們也不能斷言，石棉工廠就是使人緻病的凶手。得通過有效的統計手段來驗證兩者的因果關係，纔能下定論。
　　人們提齣眾多假設來解釋對數字13的恐懼：最後的晚餐中齣現的猶大是耶穌的第13位門徒；黃道帶中有12個星座，而12之後的數字便是13。但事實上，能讓這些理論自圓其說的證據是少之又少。情況更可能是，數字13與一係列不祥之事間的聯係是再平常不過的事瞭，並非有什麼特殊的關聯。情況也許是，某農夫傢的母豬生瞭13隻小豬，而其後，這位農夫的健康狀況就每況愈下瞭。同樣齣於偶然，有人在某個月的13號去世瞭。隨著這些巧閤的積少成多，13也逐漸為人們所嫌憎。
　　雖然對於13的恐懼實屬無稽之談，但機場與航空公司也絕不會給它存在的機會，讓乘客們不安，所以通常都沒有13號航班或13號登機口。希思羅機場的4號航站樓更是將這種避嫌做到瞭極緻。有時，當13號登機口缺失時，人們就會傾嚮於認為14號登機口是不吉利的，因為畢竟它纔是真正的13號登機口。為瞭避免這樣的擔憂，在4號航站樓中，12號登機口位於它的一端，而14號登機口則位於另一端。由於你根本無法看見這兩個登機口並肩而列，所以13號登機口的缺失並不顯眼，結果是，人人都放心地使用14號登機口瞭。
　　最新式樣的跑道
　　現在，你應該已經滑行到瞭跑道的起點。通常，一個大型的國際機場跑道的長度有3～5韆米（約1��8～3英裏）。大型機場一般會有多條平行的跑道和一些麵朝不同方嚮的二級跑道，以提高機場的吞吐量。這是因為，飛機的起飛和降落都需要逆風進行。
　　當你開始加速的時候，也許你最不願看到的是被風的阻力拖瞭後腿，不過事實上，這倒帶來瞭一些便利。飛機為瞭獲得相對於地麵的一定速度，若在逆風的情況下起飛，能獲得更快地通過機翼的氣流——起飛時的速度相當於飛機的滑跑速度加上風的速度。
　　假設一架飛機需要達到時速150英裏纔能起飛。若起飛時，逆風時速為50英裏，飛機在地麵上的滑行時速隻要達到100英裏就可以瞭。但如果在相同風速的順風情況下，氣流通過機翼産生的上升力將會減小，這樣一來，飛機的時速要達到200英裏纔能升空。
　　在現實情況下，機場跑道不可能顧及各個方位，所以它們的方嚮通常與當地盛行風的方嚮一緻。每條跑道都以它們的磁方位角的縮寫編號（在跑道的盡頭你能看見巨大的數字）。如果某條跑道與磁北順時針方嚮的夾角為10度以內，那它就被編為01號。夾角若為20度以內則為02號跑道，以此類推。由於飛機有可能從跑道任何一端著陸（這取決於風嚮），所以跑道的兩端都被編瞭號，兩個數字相減為18（兩者相距180度）。
　　比方說，倫敦希思羅機場有兩條平行的跑道，按照進入跑道的方嚮，分彆被命名為27Left（左）和27Right（右），或是9Right（右）和9Left（左）。如果你從倫敦方嚮往西麵飛，走的就是27號跑道；如果你往東飛，則是9號跑道。希思羅還有一條處於不同角度的第3條跑道——23號或5號跑道——由於太短導緻大型飛機無法起飛，所以2005年就被關閉瞭。它現在被用作滑行道，從榖歌地圖的航拍圖上你就能看到，跑道盡頭的編號已經被擦去瞭，不過印記還是清晰可見的。其他的機場跑道更多，比方說，雄偉的芝加哥奧海爾機場就有7條跑道。
　　當飛機到達跑道起點時，飛行員會麵臨兩種狀況。他們最希望的是能立即起飛。在這種情況下，飛機馬上就入跑道，緊接著，油門杆被推起，隨後飛機便進入起飛前的滑行瞭。如果能這樣，是最高效不過的瞭，因為發動機就不必再費力使飛機從靜止變為運動狀態瞭，而且，毫無疑問的是，這樣一飛衝天的男子漢氣概對大多數飛行員也充滿瞭吸引力。不過現實中的情況是，大部分時候，你都不得不在跑道的起點等上幾分鍾。
　　通常，這種拖延是因為需要起飛的飛機很多。這並不僅僅隻是排個隊的問題，讓前麵的飛機先衝上跑道，這樣後麵的飛機就能遠離它們噴射齣的氣流——這種等待遠比排個隊的時間要長得多，尤其是當前麵的飛機比你那架飛機要大的時候。等待的原因是，起飛時，機翼前端使空氣中産生鏇轉的渦流。設想一下水槽中的水是怎樣打著轉轉流入排水孔的吧。這就是一個微型的渦流，機翼在空氣中産生的渦流與之類似，隻不過它們更不容易被肉眼發現，而且威力也要大得多。
　　進入雲層
　　從起飛到現在，窗外的風景美不勝收。不過，航程中的某些時刻你可能會鑽入雲中，從飛機裏嚮外看去好似一切都在雲霧籠罩之中，但是你終將穿過雲層，放眼望去，飛機已被壯麗奇妙的雲景所環繞。白天，太陽在雲端閃耀，天空總是那麼的蔚藍。飛機不遠處，一團團鵝絨似白雲綿延起伏，直到地平綫的盡頭，多麼壯闊綺麗的景色啊。
　　在你穿越雲層時，你也許會注意到一些不同種類的雲，不過，在我們詳細介紹它們之前，我們先來瞭解一下雲到底是什麼。空氣中到處彌漫著水蒸氣。我們通常認為水壺中噴齣的那股蒸氣就是水蒸氣，但是這種想法是有誤的。水蒸氣是看不見的氣體，是氣態的水，就如同冰是固態的水一樣。我們看見的那些所謂的蒸氣是水蒸氣凝結後重新變為液態的水，它們在空氣中結成細小的水珠。
　　我們都知道100攝氏度下水會沸騰，所以，空氣中無時無刻，甚至是在常溫下都存在著水蒸氣這樣的說法讓人覺得匪夷所思。想想看，常溫情況下的大海是地球上水蒸氣的主要來源。我們在這裏所說的溫度是以物質中分子運動的速度來測定的。溫度越高，分子運動的速度就越快。不過，溫度是一個統計學問題。這並不意味著在某一溫度下，任何一個分子都以特定速度運動，而是就平均來說，分子的運動速度會與對應的溫度相匹配。
　　自然界中，有些分子的運動速度較快，有些較慢。較之於海麵之下的水分子，海麵之上的水分子運動相對快速因而越發容易擴散到更遠的地方。有些水分子更為活躍，它們掙脫大海中其他分子的電磁束縛，飄散到大氣中。如果海洋中所有的分子都這麼高速運動的話，海水將會沸騰。這如我們上麵所說的那樣，大海每時每刻都在丟失一些分子——蒸發是其中的一種途徑——因而，廣闊的海麵將生成大量的水蒸氣。
　　因此，水分子一刻不停地嚮空氣中吐射水蒸氣。同時，空氣中的水分子會重新落迴海洋。在任何情況下，水氣蒸發和其凝結保持一種相應的平衡。我們通過測量空氣的潮濕度來計算其中水蒸氣的含量。
　　空氣中的有些水分子會聚集在一起形成小水珠，有些水分子則升到高空，在低溫的催化下凝結成微小的冰晶。溫度變化會産生水珠，不過普遍來說，水珠的萌生離不開空氣中那些飄浮的小顆粒，諸如沙粒、煙塵或是花粉，甚至細菌也不例外——空氣中有數不清的細菌，它們也經常參與水蒸氣的凝結過程。這些小水珠看上去就如水壺噴齣的蒸氣一樣，無數這樣懸浮的小水珠最終形成瞭雲。
　　為什麼雲朵不會從天上掉下來呢？人們很容易産生這樣的疑問，但很少有人來解答這個問題。畢竟，水比空氣要重。當水溢齣玻璃杯時，它們並不會飄浮在空氣中。當然，天上的水會以雨滴的形式落下來，那麼，為什麼雲不會像雨水那樣一灘灘地從天上掉下來呢？
　　讓人意想不到的是，雲的確在下沉。雲朵沒有什麼神奇法力——它們如萬物一樣逃脫不瞭地球重力的束縛。隻不過它們下落的速度非常非常緩慢，這是因為組成雲朵的小水珠小得讓人難以置信——它們的直徑大概隻有一億分之一米。當物體變得如此微小時，它們不以人們習慣的方式運動。盡管重力同樣作用於那些看不見的小水珠與普通水珠，但是，重力對它們的影響卻不同。
　　水珠的質量決定瞭其所受到重力的大小，水珠越輕，受力越小。同時，物體越小，受到空氣的阻力就越大。雲朵中小水珠比雨滴要小，而更接近於空氣分子的大小，因而它們不斷受到空氣的影響。就雲彩中的一粒小水珠來說，空氣和它的關係就好比黏稠糖漿和其間的小滾珠。小水珠下降一米得花上一年時間。現實中，我們看不到雲朵下落，因為即便我們有耐心等待，雲朵也無法存在這麼長時間。
　　雲朵的顔色各不相同。我們通常都認為它們是白色的，因為它們反射掉大部分的光——但它們不如金屬那般刺眼，而像冰塊那樣柔和，看起來毛茸茸的。稀薄的雲層會染上天空的顔色，尤其是在日齣和日落時分，你通常都能看見紅彤彤的彩霞。另一些雲則明顯要灰暗許多，從灰色到黑色都有。
　　現實中的雲最暗淡的也不過就是灰色，不過在眼睛和大腦的綜閤作用下，它們的顔色看上去要比實際灰暗得多。同樣的事情發生在你注視一幅夜空的圖片或是電視上的宇宙畫麵時，它們看上去都是黑漆漆的——隻是，當你關掉電視時，屏幕的顔色是深灰色的，而節目裏播放的太空的顔色怎麼可能比屏幕的顔色還要深呢？這是你的大腦在搗鬼，它誤導你屏幕是黑色的。
　　雲層中，當許多小水滴開始聚集在一起形成更大的水珠時，雲朵就開始變暗瞭。這意味著更少的光綫被雲層錶麵反射，有些甚至被雲層吸收，使它看上去愈加灰暗。小水滴聚集在一起，數量越來越多，體積也越來越大，最終形成雨滴落瞭下來，所以，我們通常將烏雲看成暴風雨的前兆。
　　穿越輻射區
　　火山在你的視綫之外，暴風雨也遠離你的飛行路徑，現在，機艙外唯一能讓你擔心的就隻剩下輻射瞭。輻射不會威脅到飛機，不過你卻得小心它們，想想看人體掃描儀吧。人們很少提起飛行中輻射對人的危害，不過它的確存在。不過，輻射不會損害你的健康，這點你必須事先瞭解。單趟飛行並無大礙，但如果你飛行次數過於頻繁，纍積起來也許就會是一個問題瞭。
　　輻射是一個經常被用錯的詞。你也許聽說過一些駭人聽聞的故事，說的是關於手機信號發射塔和無綫網絡的輻射危害。輻射這個詞用在這裏和政治宣傳無異。從技術上來說，發射塔和無綫網絡産生的輻射是一種電磁輻射（electromagnetic radiation），它與核能和原子彈完全扯不上任何關係。光是電磁輻射的另一個名字。我們已經介紹過雷達和X射綫，光可以通過一張巨大的光譜來錶示，光譜的中間區域分布著從紅色到紫色這樣一些常見的可見光，在它的兩端則分布著另外一些不可見光。
　　有些顔色我們無法用肉眼看見，不同能量的光子顯示齣不同的顔色，不過它們也是電磁光譜的一部分。不同能量的光子組閤在一起，呈現齣不同顔色的光。手機和wifi在一定的無綫電頻譜範圍內工作。和所有的電磁輻射一樣，過度的輻射將危害健康,不過在照射適當的情況下則並無危害。與電離輻射（ionizing radiation）相比，電磁輻射的輻射形式有很大不同。電離輻射來源於放射性物質，它包括X射綫以及更具殺傷力的伽馬射綫，一些電子和不穩定的原子核放射齣的粒子也能産生電離輻射。
　　電離輻射對人體有害，因為它能穿透皮膚，破壞體內細胞組織的運行。人在接受中等劑量的輻射後，其患癌癥的幾率將會增加，而暴露在大量輻射中的人則會患上一係列的輻射病，過大的輻射量則會導緻死亡。因此，我們不能小看輻射，但也用不著過於焦慮。不過，生活中輻射無處不在，我們無法避免。即便你待在一隻鍍鉛的盒子中，呼吸著過濾的空氣，你仍會接觸到輻射。這是因為人體本身就具有放射性。這些射綫來自於構成你身體的物質，它偶爾會對一些零星的細胞産生破壞——不過它帶來的危害可以忽略不計。
　　同樣的，在我們周圍也存在著許多天然放射物質。有些地域的輻射會高於其他地方。比方說，分布有花崗岩的地區輻射較高，對人體的危害也相對會大些。花崗岩會釋放齣一種叫做氡的氣體，當室內氡氣的濃度增高到一定程度時，人們的健康將麵臨風險。有些地方如英國的康沃爾（Cornwall）和美國的丹佛（Denver），這裏的人們麵臨的輻射風險比其他人更高，為瞭避免氡在室內堆積，當地居民采取各種措施，確保房屋能有效地通風。
　　什麼是（或不是）時差
　　在單一的某個時間區內，時差不會對我們産生任何影響。時差的問題在於，一方麵我們乾著白天的工作，而另一方麵就生物鍾來說已經臨近深夜，這種顛倒讓人感到疲勞和睏惑——晝夜輪班的工作者麵臨相同的問題。時差不適癥不是疾病，它隻是一種疲勞，休息後便可恢復，因此也不需要治療。我們能將時差不適癥降到最低或是忽略它，假裝它不存在，但是，世界上找不到消除時差不適的神奇的藥片。對付時差最好的辦法就是找些刺激來提提神。
　　盡管時差反應不是病，但它能導緻你精神不集中而無法做齣正確的決定（疲勞也一樣）。時差反應的最經典案例是關於美國前國務卿約翰??福斯特??杜勒斯（John Foster Dulles）的。在1956年蘇伊士運河危機時期，杜勒斯撤銷瞭對埃及阿斯旺水壩的貸款援助，而這個決定是他從中東迴到華盛頓後迅速做齣的。杜勒斯晚年時承認這是一個輕率的決定，他認為迴國後沒有得到休息導緻的時差不適癥是犯這次錯誤的主要原因。
　　如果時間充足，你可以對這種不適不予理睬，它自己會慢慢消失。每跨過一個時間區，你就需要一天的時間來恢復，假如你朝西麵飛行，這種不適反應則會減輕些。日照超過24小時的飛行所産生的不適將要遠遠低於全程夜間飛行。如果想盡快剋服不適癥的話，你可以從飲食著手來緩解時差。
　　剋服時差
　　如果能在起飛前就著手調整日常飲食，將達到最理想的效果（如果看到這條建議的時候你已經坐上瞭飛機，那它的效用就不大瞭，不過下一次齣行時它就能派上用場瞭）。飛行前確保充足的睡眠，在起飛前的24小時盡量攝取清淡的食物，適量飲水。（你也許聽說過，補充水分效果最好的液體就是水，汽水或果汁補水的效果遠不及水。這是鬍說八道。不過盡量不要飲用例如咖啡、茶，尤其是酒之類的利尿飲品，這些飲料會加速身體脫水）。
　　登機後，你最好能馬上將手錶調整到目的地時間，然後盡可能地按照這個時間作息。如果飛機早上到達目的地，請確保降落前你至少睡瞭6個小時。如果抵達時將近黃昏，請在降落前的8個小時都保持清醒。嚴格按照目的地的作息時間。如果目的地時間還沒有到你打盹的時間，那彆打。
　　這樣作息的麻煩之處在於你也許會錯過飛機上用餐的時間——不過請盡量按照目的地的用餐時間進食。如果這意味著你將無法享用到飛機上提供的食品，那就忍忍吧，不要想著大快朵頤。如果你坐的是經濟艙，那麼就算吃不到那些餐品也沒有什麼可惜的，如果你搭乘的是飛行中的科學下載 mobi epub pdf txt 電子書格式