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“只不过是一个阶段。”到了青春期，姐姐和我的行为开始大幅脱序，妈就是这么安慰查克的。突然有了两个青春期的女儿，查克尽他所能，想追上我们变化不停的品位和思考。某个星期，他收集的唱片成为我们嘲笑的目标，而且他的打扮真的很土。过了几个星期，我姐的音响放着查克的滚石乐团专辑，我还穿他的牛仔夹克上学。有个年轻的继父就是有这个好处，他没有老到让我们觉得万分尴尬，像其他人的爸爸那样。后来的问题则是我们要他把胡须剃掉。上个月看起来还蛮顺眼的，现在突然觉得太像20世纪70年代初期的新手警察。 安尤金修女并不觉得我的复古牛仔外套有什么稀奇。我走入中庭，经过她身旁，她突然伸出右手一把抓住我的上臂，力量之大，让我以为她之前是不是出了什么意外，结果在右半身加入了机器组件呢。我一边等她和法文老师说完话，一边在想，以前上健康教育课的时候听说过，止血带如果绑得太久没有松开，肢体就会因为缺血而坏死，只好截肢。最后，我全身而退走出中庭，除了牛仔夹克。 我妈很淡定。外套违反制服规定、偶尔把几绺头发挑染成绿色，或是把英式迷你小比萨一个个塞进肚子里，好像怎么也吃不饱，全都用不着大惊小怪。这只不过是一个阶段。我终究会跳到另一个阶段，或回到之前的阶段，可是长期来看，我还是同一个人。 变来变去的同时，我也在尝试各种想法，一个换过一个，在不同阶段里循环打转，等不及要变成大人。我好想得到自由。虽然我并不十分确定“自由”是什么意思，但我希望会跟黑色摩托车有关系。 当我们情绪和风格变化快得让人搞不清楚的时候，查克会躲进车库找件事做，例如自制霰弹枪子弹，或是读《阿拉斯加里程碑》旅游指南，把可以加天然气、洗热水澡的中途站全都用笔圈起来。 就跟一直在不同阶段之间换来换去的青少年一样，元素和化合物不但可以冻结、熔化，还会蒸发。它们的外形从固体变成液体，再变成气体，但不管处于哪个相位，仍是同样的元素或化合物。即使我们认为某个元素是稳定的固体，一样有熔点和沸点。银在961.7摄氏度（热到爆）会熔化，如果你能提高到2162摄氏度（热到呆掉），银就会沸腾。如果你努力让温度低到零下210摄氏度，摆明了是气态的氮气就会凝结（如果你所在位置的压力跟海平面不一样，这些温度会稍稍有所不同）。它们没有哪个是恒久不变的。改变温度和压力，银或氮就会很乐意转换成另一个新的状态。 水发生相变的温度范围，就在人们的日常生活经验内。我们都见过冰融成水、水沸腾变成蒸汽，还有这些变化的另一面——冻结与凝结。别被这些相变的名称搞糊涂了。固体溶解成液体，液体沸腾成气体。如果液体恰巧是水，当它沸腾的时候，我们就把它所产生的东西称为蒸汽或水蒸气。如果换个方向变回液体，就称为凝结，或许还会把得到的液体叫露水。话说，工程师在讲不同状况的“露点”时，听起来简直就像古早浪漫派诗人在描述乡间的清晨似的。 ◎ 沸腾的水温度不变 既然水的相变可以在厨房里、以一般工具所能加热的温度发生在我们眼前，我们就还有机会管管水的闲事，在它相变的时候跟着搅和搅和。如果你把温度计插进沸水里，会发现不管把火开得多大，水的温度都维持在摄氏100度。你想加多少热都没问题，但不会让任何水分子变得更热。水把所有从炉子传来的热能全都拿去转变成为蒸汽，因为要进行相变，是个相当耗能的程序。 之前讨论浮力时曾经说过，水是一群紧密交织、有组织的H2O分子。它们之间的联系十分紧密，还有良好的家族价值。对水分子来说，离开这个群体是十分重要的一步；想要转变成蒸汽，必须在起飞前来个规模极大、极具力量的助跑。原子或分子从液体转成气体所需的那一堆能量，可以称为“汽化焓”“蒸发焓”或“汽化热”；这些称呼都是用来描述打断水分子的分子键结所需要的能量。 当水分子聚集能量四处游走，准备好做出分离的重大决定时，水面的空气分子会以原有的大气压力往下施加压力，因此水分子需要克服与其他水分子的键结，还有在水面上的气压，它才能准备好一跃而起，迈入蒸汽阶段。 这时，假设这锅水刚好位于某座山区的滑雪小屋里，也就是海拔比较高的地方，压在水面上的空气分子就会比较少。空气的压力较低，水分子要单飞变成蒸汽也就更容易，水就会在较低的温度沸腾。一旦开始沸腾，水温就会固定不变。换句话说，如果你滑了一整天的雪，回到小屋后想煮点意大利面，就必须让面条在锅子里再煮久一点。 假设在一个良好、封闭的环境里，一旦有个H2O分子跨出这重大的一步，由液体变成气体，温度就会继续攀升；当不再有液体把能量用于相变，那些热量就可以让蒸汽变得更热，水蒸气们就会从一般蒸汽升级为过热蒸汽。工程师都喜欢过热蒸汽，因为它可以塞进更多热量，也就意味着有更多能量，可用来转动涡轮叶片或做其他有用的事。而且，因为它的温度比水的凝结点高，所以即使损失了一点能量，也不会变回水，把我们的贵重机器弄得一片湿淋淋。 我知道你在想什么。你在想：“如果水分子必须聚集足够的热能才会变成蒸汽，那么水没那么热的时候，也就是平常所见的蒸发到底是怎么一回事？水还没沸腾就发生相变，成为气体？” 问得好。哇，你真的成了科学家。你这个深思熟虑的问题可用一个重要的词来表达：多样性。 即使是关系紧密，且相当一致的水分子社群，还是有些分子动得比较慢，或比较快。别忘了，如果检查每个分子究竟带有多少动能，就能得到一个钟形分布，能量较低（较慢）的分子在一端，而能量较高（较快）的分子在另一端，大多数的分子则会落在中间。 这些跑得比较快的分子，比其他分子更麻烦。老师会形容它们“上课不专心”，而且“老是分心看别人在干什么”，事实上它们只是拥有很多能量罢了，多到只要有一点点热加进那群水分子，这些特别的分子就会分离成蒸汽；即使其他的水都还没沸腾。 其他分子绝对不会承认它们很嫉妒，嫉妒有些人就是能比别人早一步一飞冲天，不用等待漫长的沸腾、不必一直说再见，只要轻轻一跃跳到空中，就汽化啰！不过话说在前面，如果从分子层次来看，分子们一直都是推来挤去的，所以单一水分子的能量有可能一下子高，一下子低。 水分子的相变就是当你洗完澡、一脚踏出浴室会冷得打颤的原因。当你裹着毛巾的时候，这些高能量分子已经发生相变，由液体转变成蒸汽。它们正在蒸发。蒸发和沸腾的不同只在于并不是所有液体分子都历经改变，只有表面跑得比较快的那些分子产生变化，一点点能量就能让它们转变成为气体；至于“较慢的分子”意味着能量较低，在我们皮肤上的感觉就是“比较冷”。现在你的身体就是炉子，提供能量让水分子转变成为蒸汽。它们从你身上偷走热能，好跨出个人的一大步，让你光着身子发抖。虽然有点不太礼貌，但那些动作比较快的分子就是这么回事。 在皮肤上擦酒精，感觉起来要比水更冰凉，这是因为酒精分子比水分子更“不安于室”，也就更容易由液体转变成为气体。跟键结较强、重视家庭价值，也更关心社群的水分子相较之下，酒精则是一整群能量很高、容易蒸发的叛逆小子。所以当你用酒精擦拭手臂，或是一杯伏特加不小心翻倒在大腿上的时候，这些只需要一点点能量就能起飞的酒精分子会一起说：“拜拜啦，逊咖！”在你皮肤上留下一股清凉感。 ◎ 老派的冷却法 和古人所用的冷却系统比起来，现在我们用来冷却拥挤健身房或塞满计算机办公室的系统非常新奇，不过用的还是同一个观念：蒸发冷却。从关键词“蒸发”可以知道，冷却是利用相变——液体转变成气体。为了达成目标，液体需要一些能量。蒸发系统强迫某种液体从空气中偷走能量，好让它从液体一跃变成气体，将空气冷却。 在大热天里，古代那些聪明的波斯人或印度人会在走廊上挂一张草席，让热空气有地方消耗热量。当一阵风吹过草席，里头的水蒸发，相变的同时也会顺便带走空气里的一点能量，进入屋内的空气就会稍稍清凉一些。也许这些热过头的古代人未必知道发生了什么事，但他们知道屋内环境因此更加舒适。埃及的画作也显示出仆人会用扇子扇很多装了水的罐子，移动的空气可以促使水面的分子蒸发，留下来的水就比较凉，而扇风也有助于皮肤上的汗水蒸发。嗯，大家都很满意，除了那些仆人，肩膀好酸啊。 ◎ 生活物理学：个人的相变 从青春期到成人的相变，只花了几年时间，但感觉起来却像是好几十年。就像每个高中生一样，我相当确信自己要比爸妈聪明得多。查克曾经去过越南、柬埔寨、以色列，还会讲西班牙语和一点希伯来文，这都算不上什么。我妈曾经是位空姐，跑遍全国各地，当颓废的年轻世代还忙着在咖啡店里博取掌声的时候，她已经自食其力在旧金山过日子了。但不管是其中哪一个提出建议，我还是会翻白眼。我一直在等，等到哪天他们会承认我真的更聪明、更酷。 也许我们可以拿一件小事来说说，这样你就会了解。 我跟妈妈说，我好想上大学、拥有自己的宿舍房间、每天都穿牛仔裤去上课，但是她说这种事会在不知不觉中实现。当时的我也跟之前一代又一代的青少年没什么两样，每天都接受爸妈的协助，却从来没表示什么感激。妈妈会帮我打字、订正拼写错误、加上标点符号。查克每天天还没亮就起床，开一个小时的车去上班、修理汽车，要到我吃完晚餐很久后才回得了家。他每隔两星期就会把薪水交给妈，拿去付房租、账单，还有我的高中学费。周末他不用上班，有时会趴在客厅地板上，把热敷或冷敷袋放在背上。 我做作业的时候，查克会在我们的圆橡木桌上吃他迟来的晚餐。晚餐过后他会跟我一起用功，翻阅他的专业工程证照考试秘籍，上头沾满机油印和咖啡渍。我很专心地想赶快把作业写完，这样就可以打几通重要的电话，弄清楚哪几个田径队的女生在和足球队的男生交往（这些门第相差太远的浪漫关系，最后往往以失败告终）。 有天晚上在餐桌边，查克问我一些他正在念的东西，他搞不懂描述热力学循环的数学。我不懂什么热力学循环，可是数学我会。我教他怎么交叉相乘、消去，然后求出答案。他照着我所说的做，但在此之前，都是他教我。他很认真教我各种重要的生活技能——怎么钓鱼、用电钻、针对敌人的咽喉使用肘击。教他东西让我觉得好奇怪。 坐在他旁边，看着他把数字写下来，仔细一看，才发现手掌的油污底下布满伤痕。有时回家用过晚餐之后，妈会拿镊子把他手里的金属碎屑夹出来。这是我这辈子第一次为他担心。过去我一直在担心妈妈，因为她有癫痫的状况，如今我却以另一个角度为她和查克烦恼。我在想，如果查克太老，或是背痛太严重，没法钻到车底下修引擎，那该怎么办？ 在查克和我妈结婚、收养我和姐姐前，我们的房子已被法院拍卖了。屋子前也常有警车或救护车停着，因为我和姐姐不知该如何处理我妈的癫痫，只要她一发作，我们就只能报案请人来帮忙。我们常常跑到隔壁借鸡蛋，借口说要做饼干，其实是急着下肚当晚餐。家里会有社工人员来访，检查我们的厨房，确定家里有锅碗瓢盆，可以好好使用食物券。 是查克让一切都变得不一样。现在我们这间幽静的小房子外面有忍冬花爬上围墙，享受着他一举扛起的生活。他才三十三岁。我第一次觉得他似乎有点累了，看着他用满布伤疤的双手在橡木餐桌上写二次方程式，我知道他没办法永远扛着我们。 我必须靠自己，说不定还得扛起查克跟我妈。我姐曾经念过大学，但待了没多久。全家人都要靠我了。我知道该怎么做：首先我要拿个学位，然后帮妈和查克，让他也去读个工程学位。 这是我从女孩转变成大人的开始。转大人并不是把爸妈抛开不顾，而是知道自己对他们有责任。我在教育程度上已经超越了他们，我必须利用这项优势帮助他们。我知道为什么要追求好成绩、上大学，还要选个主修、挑到好工作。他们从来不曾要我提供支持，但在那个时刻，当我开始转大人的时候，我知道自己只想做好准备。 就像是沸腾的水温度不会上升，也没什么测量得出来的立即变化。妈和查克依然帮我付高中学费和大学的学费，我还是把成绩单拿给他们看；不管是谁提出建议，我还是会翻白眼。但现在我已经知道：他们需要我，我必须发挥智慧、必须出人头地。 高三快结束的时候，我不再期待自己成为大人。我提出入学申请，还仔细研究不同四年制学位的起薪如何。屡试不爽，只要我不再张望等待，水就会整个沸腾起来。 * 物理练习 一、如果你有一罐液态氮，你想在它逐渐升温的同时尽量保持在液态，你应该降低还是增加罐内压力？ 解答：施加高压在液体上，会使得分子更难从液体转变成气体。面对较高的压力，分子需要更多能量才能进入气体状态。换句话说，要到更高温才会沸腾。因此，把液态氮保存在高压系统内会提升它的沸点，就更容易维持在液态。提高压力吧！ 二、现在你已经知道水是怎么在皮肤表面蒸散的了，那么，请解释一下：干燥的空气为什么比潮湿的空气更加舒适？你流汗的时候会发生什么事？ 解答：热的时候，你会流汗；汗水会蒸发、进入周围的空气里，而蒸发的过程会从你身上偷去一丁点热，让你凉快一点。干燥的空气要比已经塞满冷凝水（也就是湿度高）的空气更容易吸收水蒸气，而汗水在干燥空气中的冷却效果也比较强烈。而且，湿气会弄塌你的头发，让你觉得浑身无力；当你觉得浑身无力，炎热的一天就更热了。这是有科学根据的。不信去查查看。 * 试着做做看！ 假设你到澳洲徒步旅行，想享受一段心灵假期，好让自己放空，一定会想知道如何利用水的三相变化取得一些干净的饮用水。最好在还没渴得发慌、把岩石看成一只凶巴巴的小狗之前，先练习一下吧： 拿一只大碗、一只小碗、一块小石子，还有些保鲜膜。先在大碗里放十多厘米高的脏水，再把小碗放在大碗里（一样开口朝上），然后用保鲜膜封住大碗，最后再把石头放在保鲜膜上正中央的位置。现在把整套设备放在大太阳底下。水会蒸发，附着在保鲜膜上，然后溜下来到中央最低点，滴进小碗。水蒸发的时候，就会把脏东西留在原处，得到的就是可口的干净饮水。 你知道要怎么用两只碗和保鲜膜做出小型净水器了，不过真正的挑战在于用更不显眼的东西来做。你有一块压克力板和一个旧浴缸，能不能派上用场？你需要有个容器装脏水、一个有弹性的表面让水凝结在上头，还要有一个地方让水能流下来收集在一块。 加分题：如果原本的脏水里有汽油，这个蒸发式净水装置能不能得到干净饮用水？ 解答：不行。蒸发的水会把灰尘和杂质留下，但是汽油的沸点比水低，所以会蒸发并滴入你收集清水的容器。这个蒸发法只能用来分开沸点比水高或不会沸腾的东西。