朱立春编著的《哈佛的科学课（超值彩图版）》从现实生活入手，将各学科的相关知识信手拈来，融会贯通，帮你架构起科学知识理论的基本框架。阅读本书，会发现原来学科学也可以这么轻松有趣，而且与我们的生活是那样密不可分。阅读本书，能学会以一种全新的视角去看待从学校或电视、网络上所学的知识，甚至改变一个人看待生活和世界的方式。

热爱科学的你，快快打开这本书，跟哈佛名师们一起快乐学科学吧！

作为各国学子向往的学术圣殿，哈佛大学成功的关键在于先进的办学理念，以及崇尚科学、追求真理的可贵精神。秉承这一理念，哈佛大学对学生的科学普及教育是最新颖独特的。它举重若轻，深入浅出，妙趣横生，是引导全世界青少年向科学进军的便利桥梁。

朱立春编著的《哈佛的科学课（超值彩图版）》汲取了哈佛大学300多年来科学教育思想的精髓，以科普大讲堂的方式，讲述青少年应该理解和掌握的科学常识，将科学世界的纷繁严密、万千神奇浓缩于18堂课中，将科学知识、重要原理用青少年喜闻乐见的方式娓妮阐述。热爱科学的你，快快打开这本书，跟哈佛名师们一起快乐学科学吧。

绪论

第1课 科学是如何诞生的？

 最早的科学家

 好奇心拯救了人类

 我们为什么要学习科学？

 科学的研究与学习

 科学时代的到来

第2课 2加2等于HIP-HOP

 科学的想法有大有小

 一个令人敬畏的观点

 为什么是HIP-HOP？

第3课 什么是物质？

 从92到数百万

 原子

 原子是一种系统

 原子的组成部分

 作为一个整体的原子

第4课 什么是能量？

 能量的探索

 能量的形式

 运动的能量

 化学能

 为什么物质是可触摸的？

第5课 人类所感受到的作用力

 普遍存在的万有引力

 比万有引力更强的作用力

 电磁等量吗？

 电磁作用力相当于物质之间的黏合剂

 原子内部的作用力

 物质、能量与作用力

 力场

第6课 电和磁

 磁铁和磁场

 电流

 发电

 电磁

 电动机

 电解

 电子学和半导体

 电子设备微型化

第7课 光和光谱

 光的产生

 反射和镜子

 反射和折射

 散射、衍射和干涉

 激光

 不可见辐射

 无线电波

 雷达

第8课 计算机科学的未来

 开放式架构

 多媒体

 信息高速公路

 万维网

 虚拟现实

 纳米技术

 人工智能

第9课 置身于宇宙中

 令人惊叹的宇宙

 数字差异

 1光年有多长？

 恒星的诞生

 能量物质

 其他物质从何而来？

 太阳系的诞生

 几何相似模型

 总结

第10课 美好的家园

 太阳系中的地球

 地球是一个整体

 地球上的固体物质

 地球上的液体物质

 水循环

 地球上的气体物质

 碳循环

 物质的封闭系统

第11课 地球上的能量

 “金发姑娘”行星

 开放的系统

 传导

 电磁辐射

 太阳能

 温室效应

 地球内部的能量

 地球的能量预算

第12课 地球上的生命

 生命的网状系统

 生物网络的运行

 大气的演变

 生态系统

 生态系统如何发生变化？

第13课 生命过程

 生命化学

 植物的物质运输

 叶与根的结构及作用

 动物体内的食物加工

 身体的废物处理

 动物的循环系统

 动物的呼吸系统

 身体的化学控制

 动物的神经系统

 人脑

第14课 我们是谁？

 生命究竟是什么？

 生命的系统观点

 细胞

 大分子

 生命的基础——蛋白质

 神奇的DNA

 地球生物的另一套遗传密码

第15课 人类遗传学

 基因中的疾病

 癌症遗传学

 遗传学药物

 新疾病的进化

 临床及法医遗传学

 免疫系统

第16课 关于进化

 我所知道的进化

 结识夏威夷的食肉毛虫

 远古生物所告诉我们的

 活着的生物所告诉我们的

 分子所告诉我们的

 生命树

 进化是怎样发生的？

 被继承的变化

 选择随机的变化

第17课 地球生命史

 地球的生命进化史

 放射性测定年代

 深邃的时间

 大规模的物种灭绝

 12月26日午夜

 铱

 找到“冒烟的手枪”

第18课 我们的未来

 科学与迷信

 太阳的运行

 拯救地球

 地球的臭氧层

 今天的碳循环

 地球气候的变化趋势

 地球生物网的危局

 不是结尾的结尾

能量的探索

我们可以利用92种元素结合生成各种固体、液体和气体，从而形成一个行星。但是，如果我们只有这92种元素及其化合物，那几乎什么都不能发生。这个行星将会变得十分“枯燥”。“枯燥”的行星缺乏地球所具有的一个重要特征，即能让物体自由移动的能量。

若没有能量，我们甚至连“枯燥”的星球也造不出来。因为把元素结合成化合物需要大量能量，把这些化合物放到正确的位置上去也需要大量能量。

那能量是什么呢？在日常生活中，我们常常会使用能量这个词。看见人们跑步或做运动，我们就会说他们精力旺盛。我们的住宅和汽车消耗着巨大的能量。我们能从太阳光中感受到能量，也能从食物中汲取到能量。

同时，能量也是一个科学用语。在科学研究中，我们能测量出一勺冰激凌、滚烫的石油层、一升汽油、一场飓风或一节电池中蕴藏了多少能量。同样，利用科学，我们也能测算出老虎在奔跑中会消耗多少体能。

科学虽然能非常精确地测量出能量，而给“能量”下一个定义却并不简单。一种官方科学定义认为，能量是移动物体的能力。若以这个定义为依据，你如果提三大包重物上山，那么因为移动了物体，你也就消耗了能量。但是，如果一个非常残忍的人让你提着同样的三大包重物站立不动一个小时，那么按照这个定义，由于你没有移动物体，也就没有消耗一点儿能量。

在本书的学习过程中，我们不会通过死记硬背来学习“能量”的科学含义。相反，我们会研究一些涉及能量的科学场景，作为我们学习词语含义的方法。尤其对那些具有深层次含义的词，例如能量或爱，这个方法尤为有效。

你们会如何定义“爱”？相信任何一种定义都会包括爱的不同形式。例如，我爱我的家庭，然而我对妻子、父亲、女儿和兄弟的爱却是不同的。同样，我也爱日落、爱流行音乐、爱朋友、爱写书、爱在树林中散步、爱我的扎染实验室外套、爱金钱、爱我的床以及小鸟唱歌的声音。以上所有的这些都定义了“爱”的含义。

和“爱”一样，能量也是一个复杂且重要的词语。回溯到20世纪，“披头士”就意识到了这一点，因此他们写了一首非常流行的歌曲《所有你需要的能量》。

能量的形式

与“枯燥”的行星不同，地球上既有物质又有能量。物质即是我们这个世界，而能量则能移动物体、提高温度、融化固体以及使液体沸腾。总之，能量能引起物质的变化。

摩擦你的双手，你从哪儿获得能量来做这个？其实，我们所需的能量就来自于储存在食物中的化学能。还记得前两课中提到的光合作用吗？食物中的化学能就来自于太阳光能。因此，你能够摩擦双手，就是因为能量由太阳光能转化为化学能，再转化为动能。

科学家们经过多年的研究才发现光、运动、电、热都涉及能量。现在，我们把它们称为能量的不同形式，且可相互转化。

那么在摩擦双手的过程中，能量又发生了什么变化呢？随着双手的摩擦，动能转化成了热能。这一运动转化为热的现象，在科学家研究能量概念中起到了重要作用。

为了研究能量的不同形式，科学家测量出了从一定量的动能中所能获得的热量。著名的科学家本杰明·汤姆森是首次尝试相关实验的人。本杰明于1753年生于马萨诸塞州，他在美国独立战争期间为英国做间谍工作。在其间谍身份被揭穿之后，他不得不离开他的妻子和还在襁褓中的女儿，只身逃往欧洲。

在欧洲，本杰明继续为不同的国家做间谍。同时，在科学研究方面，他也做出了卓越的贡献。他发明了高效率壁炉，及第一件用来测量光能的器具。另外，他还自创出制作咖啡的现代水滴法。并且，本杰明还为穷人建立了一整套家务工作系统，同时也为军队的组建与管理提出了非常有效的建议。

在军队工作期间，本杰明研究了在大炮钻孔的过程中所产生的热量。他做了一个实验，让套着缰绳的马绕圈跑，从而转动金属钻孔器给大炮钻孔。同时，用水把大炮完全覆盖。钻孔器与大炮摩擦所产生的热量提高了水温。他描述道，在没有明火加热的情况下，可以用这种方式把12升的冷水加热至沸腾，旁观者都惊呆了。

许多实验，包括本杰明·汤姆森所做的试验在内，都证实了：能量的形式发生改变时，能量既不会消失也不会再生。这一结论最终演变为著名的“能量守恒定律”。这一定律表明，能量不会凭空产生也不会凭空消失。无论如何，总能量总是保持不变。

乍一看，这一科学定律并不符合我们的日常经验。周一我们给汽车加满油之后，在一周内行驶了500千米，到了周日我们就不得不再次加油。当地的能源公司向我们收取用于住宅暖气的汽油或天然气费用时，如果我们拒绝付账，并写信给公司理论，说“能量守恒定律”表明我们并没有消耗能量，那结果会怎样？

其实，能量守恒定律立足于更广的能量视角。当我们使用暖气时，我们只注意到了燃料与房间里的热量。而能量守恒定律则同时关注溢出房间的热量，虽然这些热量逃逸到大气中，向外太空扩散，但它们永远都存在，不会被破坏。并且，燃料（例如天然气、石油或木材）释放出的热量与燃料中的化学能相等。我们应该付电费或天然气费用，并不是因为我们破坏了能量，而是因为我们消耗掉了一定量以方便形式贮存的能量，从而使能量变成了另一种可利用性较低的形式。

P42-46

创建历史比美国还要早一百多年的哈佛大学，堪称高等学府王冠上的明珠，是各国学子神往的学术圣殿。哈佛的成功，关键在于先进的办学理念，以及崇尚科学、追求真理的可贵精神。重视科学，历来是哈佛大学的传统，科研优先则是哈佛大学的一项基本发展战略。在最新的世界高校科研能力排行榜中，哈佛大学以满分的傲人成绩高居榜首。哈佛培养出的40位诺贝尔奖获得者中，科学方面的获得者就占30多位，比例高达80%。

百年哈佛的成功经验和智慧告诉我们，科学及科学思维方式在现代社会中的作用将越来越不可替代。尊重科学、掌握基本的科学知识，不断探索科学世界的奥秘，是人类进步的主因，也是个人迈向成功人生的阶梯。秉承这一理念，哈佛大学对学生的科学普及教育是最新颖独特的。对于初涉人世的青少年来说，哈佛的科学课不会给人仰之弥高、无法得其门而入的感觉，它举重若轻，深入浅出，妙趣横生，是引导全世界青少年向科学进军的便利桥梁。

本书汲取了哈佛大学300多年来科学教育思想的精髓，以科普大讲堂的方式，讲述百年哈佛认为青少年应该理解和掌握的科学常识，将科学世界的纷繁严密、万千神奇浓缩于18堂课中，将科学知识、重要原理用青少年喜闻乐见的方式娓娓阐述，达到寓教于乐、润物无声的效果。在内容选择、讲述方式、语言风格等方面，则尽量保持其原汁原味，从中可以领略哈佛名师广博的学识、深厚的科学素养和独特的个人魅力。

全书分“科学是如何诞生的”“什么是物质”“人类所能感受到的作用力”“计谁”“我们未来”等，从物质循环到能量守恒，从亚原子微粒到宇宙天体，从万有引力到时空隧道，从生态系统到生命的进化，从地球的历史到宇宙的未来，涉及物理学、化学、生物学、生命医学、天文学、地球地理、数学等各学科门类。书中介绍了一些基本的科学知识，解释了科学中一些非常重要的概念及其相互关联的方式。这些科学概念会帮助你理解科学的本质。随着书中娓娓的讲述，你会欣欣然踏上一段穿越时空的奇妙科学之旅。

你可在太空中来场大冒险，了解空间的广度、时间的深度，以及宇宙大爆炸时产生的星尘为何直到今日还遗留在地球甚至我们的体内；你会明白真空为何不存在，能量和物质间的关系，以及著名的爱因斯坦方程式……回到地球上，你能了解我们的星球是怎样运转的，现在的地貌是如何形成的，生态是如何达到平衡的；也可以去探索一下生物体的细胞内部，看看蛋白质分子是怎样工作的，见识一下神奇的携带着生命基因密码的DNA分子；最后再来读读地球的生命史，畅想一下我们的未来，探讨一下困扰我们的环境问题……

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