- 《自然》期刊等各大科學媒體盛讚！
- Amazon讀者4.5顆星高度好評！
- 焦傳金（國立自然科學博物館館長）、黃俊儒（科學新聞解剖室創辦人），聯手推薦！
「絕對狂野的旅程……生氣勃勃且有趣。（黏黏滑滑）是2020年極好的一本大眾科普書籍，獻給所有對我們與世界互動有興趣的人：無論是老是少，是一般人或專業科學家。」——《自然》期刊
緊貼表面？滑動鬆開？表面之間的互動，展現它們彼此的愛恨情仇。
表面原子的互動參與了世界每一刻的日常：我們抓起東西，便利貼貼在牆上，蓮花出淤泥而不染等。就讓表面科學揭露無處不在的祕密，並讓我們加以應用。
就讓本書告訴你，它們相愛相殺的祕密如何在我們日常發生。只要你懂表面，表面就會幫你：
- 瞬間膠其實不是因「乾掉」而凝固黏著，而是因為吸收水氣，還能用在你的傷口
- 鐵弗龍不沾黏還很滑，是因為鐵弗龍分子只喜歡彼此
- 壁虎的腳趾結構不只幫助牠們附著在天花板，也被用在太空機器人抓取東西
- 高爾夫球的表面凹洞，原來能降低空氣阻力，讓球飛更遠
本書特色
1.從太空船到地震，原來摩擦力與表面科學都參與其中！
表面科學是日常的一部份，我們拿東西、走路、黏東西、鐵弗龍不沾等都參與其中，但就連飛機、太空船、貨輪、賽車、球類運動乃至地底的地震，其實全都有摩擦力與表面科學的參與。就讓本書帶你大開眼界。
2.各領域專家的訪談精華總結！
作者羅麗・溫克里斯訪談各公司與各領域專家，不僅得知他們如何應用摩擦力與表面科學，更以流暢具故事性的文筆讓我們一眼明瞭。就讓作者帶你探訪各專家，來一趟摩擦與表面之旅吧。
名人推薦
焦傳金（國立自然科學博物館館長）
黃俊儒（科學新聞解剖室創辦人）
Amazon讀者好評
-我是機械貿易的檢查員，機械表面質地是最容易被誤解的專業之一。整體來說，這本書吸引我的目光，因為我正在尋求專家對此主題的看法。從油漆到動物及機械加工的表面，本書細節令人經驗，描述的相關應用相當有趣。相當有趣，容易閱讀，文筆優美。
-本書不僅提供良好有趣的表面科學綜觀（範圍之廣令人訝異），並且賦予我們一個窗口，讓我們思索日常生活中經歷、聽聞的事物如何運作。本書整體行文風格令人著迷，並且表現出對這主題的明顯熱情。
具体描述
摩擦与表面科学：物质的隐秘联系 本书简介 本书深入探讨了摩擦力这一无处不在却又常常被我们忽略的物理现象，并将其置于广阔的表面科学领域进行考察。它不仅是一本物理学教材的补充读物，更是一本面向所有对物质世界底层运作机制充满好奇心的读者的科普佳作。我们将从宏观到微观，逐步揭开摩擦力产生的复杂机制，并展示表面科学在现代技术和日常生活中所扮演的关键角色。 第一部分：摩擦的起源与基本概念 摩擦力，这个最基本的力之一，决定了我们能否行走、驾车、抓取物品，以及机器能否高效运转。然而，它的本质远比“两个物体接触面相互阻碍运动”的简单描述要复杂得多。 1. 摩擦力的历史回顾与经典模型： 本书首先追溯了摩擦力概念的演变历程，从古老的经验法则（如阿蒙顿-库仑定律）开始。我们将详细剖析这些经典模型的假设前提、适用范围及其局限性。例如，为什么在某些情况下摩擦力与接触面积无关？这种看似反直觉的现象背后隐藏着怎样的几何学和压力分布原理？ 2. 显微镜下的世界：真实接触面积的挑战： 要真正理解摩擦，我们必须深入到微观尺度。本书将带领读者进入原子和分子构成的粗糙表面。我们强调，宏观上光滑的表面在显微镜下布满了起伏的峰谷。真正的接触点远少于我们肉眼可见的区域，而这些微小的真实接触点承受了物体全部的重量。我们将探讨如何通过原子力显微镜（AFM）等现代工具来测量和可视化这些真实的接触形貌。 3. 粘附力与界面化学： 摩擦力的产生，除了机械的啮合与阻碍外，表面间的粘附力（Adhesion）扮演了至关重要的角色。粘附力源于范德华力、氢键甚至电子之间的相互作用。我们会讨论材料的化学性质——其极性、表面能和表面官能团——如何显著影响粘附强度，进而调节静摩擦力和动摩擦力的数值。这是理解“黏”这个概念的物理基础。 第二部分：深入微观：摩擦的动态机制 当物体开始相对运动时，摩擦力会发生变化，这涉及到能量的耗散和材料的形变。 4. 塑性形变与冷焊： 在真实接触点，由于巨大的局部压力，材料会发生微观的塑性形变。我们将详细阐述材料的屈服强度在摩擦过程中的重要性。更进一步，在真空或极端清洁的条件下，材料的原子面可能发生冷焊（Cold Welding）——即接触点原子间形成化学键。运动发生时，这些新形成的化学键必须被剪切或断裂，这构成了动摩擦力的主要来源之一。 5. 润滑的科学：从油膜到边界层： 润滑剂（润滑油、油脂等）是人类工程学中的伟大发明，它们的核心功能是分离两个固体表面，将高强度的固体-固体摩擦转化为低强度的流体-固体摩擦。本书将系统介绍不同类型的润滑模式： 流体润滑（Hydrodynamic Lubrication）： 讨论牛顿流体和非牛顿流体在剪切下的行为，以及雷诺方程如何预测油膜的承载能力。 边界润滑（Boundary Lubrication）： 当润滑剂膜层太薄，以至于无法完全隔离表面时，润滑剂分子会在表面形成一层紧密吸附的保护膜。研究这些吸附层的结构和抗剪切能力至关重要。 混合润滑： 在实际的机械系统中，通常是上述两种模式的过渡地带。 6. 摩擦生热与磨损的循环： 摩擦过程本质上是一个能量耗散过程，大部分转化为热能。本书会分析摩擦生热对材料性能的影响，例如热软化、氧化加速等。同时，剧烈的摩擦必然导致材料的损失，即磨损（Wear）。我们将区分粘着磨损、磨粒磨损和腐蚀磨损等主要类型，并讨论如何通过材料选择和表面工程手段来控制磨损率，以延长机械部件的寿命。 第三部分：表面科学的广阔应用 摩擦与表面现象并非纯粹的理论研究，它们是连接基础物理与尖端工程的桥梁。 7. 轮胎与路面的相互作用： 汽车行驶的安全性和效率直接取决于轮胎与路面之间的摩擦特性。我们会探讨胎面花纹如何排水以防止水滑（湿地摩擦），以及不同橡胶配方对抓地力和滚动阻力的影响。滚动阻力——一种特殊的摩擦形式——是衡量燃料效率的关键参数。 8. 生物摩擦学与生物材料： 在生物系统中，摩擦力无处不在：从骨骼的关节活动到血液在血管中的流动。本书会介绍仿生学研究，例如模仿壁虎脚掌的干性粘附机制，以及如何设计具有低摩擦特性的植入式医疗设备（如人工关节），以减少磨损和炎症反应。 9. 先进材料的表面调控： 现代材料科学致力于通过表面改性来赋予材料新的特性。我们将介绍诸如PVD/CVD（物理/化学气相沉积）技术，用于在基材上镀覆超硬的类金刚石碳（DLC）涂层或陶瓷涂层，以实现超低摩擦系数和高耐磨性。此外，自清洁表面（如仿荷叶效应）的设计也与表面能和润湿性密切相关。 总结：一个未完待续的探索 摩擦与表面科学是一个仍在快速发展的领域。本书力求提供一个全面的视角，展示如何通过理解原子尺度的相互作用，来解决宏观世界中的工程难题。它邀请读者不仅要“感觉”到摩擦的存在，更要“理解”其内在的物理与化学驱动力。
著者信息
作者簡介
羅麗．溫克里斯 (Laurie Winkless)
愛爾蘭籍，從物理學家轉職為科普作家，目前居住於紐西蘭。長期致力於科普，喜歡在不同形式的媒介談論科學。
畢業後成為英國國家物理實驗室的研究科學家，專精於功能性材料研究。離開實驗室後，曾與科學組織、工程公司、大學與太空人一同合作。
文章曾刊登於《富比世》、《連線》（Wired）、《君子雜誌》（Esquire）與《經濟學人》等著名媒體。第一本著作《科學與城市》（Science and the City）在2016年由布倫斯伯里西格瑪（Bloomsbury Sigma）出版。之後於2021年出版本書原文版，對摩擦與表面科學進行探索。
譯者簡介
田昕旻
專職英文譯者。熱愛文字與閱讀，漫漫譯途有書香與貓毛相伴。
個人譯作有《跑步的科學與實務》、《正面迎擊！難產的早期預防及處置》、《科學大解密》、《氣象大解密》、《自然直覺》等書。
羅麗．溫克里斯 (Laurie Winkless)
愛爾蘭籍，從物理學家轉職為科普作家，目前居住於紐西蘭。長期致力於科普，喜歡在不同形式的媒介談論科學。
畢業後成為英國國家物理實驗室的研究科學家，專精於功能性材料研究。離開實驗室後，曾與科學組織、工程公司、大學與太空人一同合作。
文章曾刊登於《富比世》、《連線》（Wired）、《君子雜誌》（Esquire）與《經濟學人》等著名媒體。第一本著作《科學與城市》（Science and the City）在2016年由布倫斯伯里西格瑪（Bloomsbury Sigma）出版。之後於2021年出版本書原文版，對摩擦與表面科學進行探索。
譯者簡介
田昕旻
專職英文譯者。熱愛文字與閱讀，漫漫譯途有書香與貓毛相伴。
個人譯作有《跑步的科學與實務》、《正面迎擊！難產的早期預防及處置》、《科學大解密》、《氣象大解密》、《自然直覺》等書。
图书目录
序 Hello
第一章、黏還是不黏 To Stick or Not to Stick
第二章、壁虎的爬牆功 A Gecko’s Grip
第三章、游泳去 Gone Swimming
第四章、翱翔天際 Flying High
第五章、上路出發 Hit The Road
第六章、搖晃的群島 These Shaky Isles
第七章、破冰 Break the Ice
第八章、觸摸的力量 The Human Touch
第九章、緊密接觸 Close Contact
延伸閱讀
致謝
第一章、黏還是不黏 To Stick or Not to Stick
第二章、壁虎的爬牆功 A Gecko’s Grip
第三章、游泳去 Gone Swimming
第四章、翱翔天際 Flying High
第五章、上路出發 Hit The Road
第六章、搖晃的群島 These Shaky Isles
第七章、破冰 Break the Ice
第八章、觸摸的力量 The Human Touch
第九章、緊密接觸 Close Contact
延伸閱讀
致謝
图书试读
作者序
網路上有一張隨處可見的流程圖，喜歡自己動手修繕和組裝物品的人應該都很熟悉。這張流程圖的最上方是一句問句，「這東西會動嗎？」底下則提供了兩個選擇：如果想要固定物品，請選大力膠布，如果想要讓物品滑順好轉，請選WD-40®。這兩樣產品長久以來都被視為家庭必備好物。也是任何工作坊的必備工具；它們因為萬用而成了家家戶戶的常備用品。兩者我都非常喜歡。
幾年前，當這本書的初步構想在我腦海中嘎嘎作響時，我對這些產品有了一些領悟。因為其中之一是緊貼表面，另一個則是在物體之間滑動來鬆開它們，兩者經常被視為相反；彷彿各據「黏－滑量表」的兩端。真實世界中並沒有這樣的量表存在——不管是日常生活還是在實驗室的受控環境。那是因為「黏」和「滑」這兩個字很模稜兩可，當然也不確切處於對立的兩端。雖然它們廣為大家使用，但是在不同情況下，對不同的人而言，它們都代表不同的意義。依情況而異，它們一個可能讓人聯想到口香糖、大力膠布和糖漿的畫面，而另一個則會聯想到冰雪路面、WD-40和濕磁磚。
「黏」和「滑」這兩個字也不像堅硬和導熱性那樣，是真正的材料性質。它們沒有大家都同意的科學定義，也沒有確切的指標可以用來量化或比較。明明每天日常生活都會用到這兩個字，但卻沒有科學文獻支持，這樣的反差正是我決定把這本書取名《黏黏滑滑》的原因之一*。
註解：*原因就是這樣，而且我剛好覺得這是個很不賴的標題。
據我看，這組熟悉的詞彙可以找到新用途，應用於各式各樣有趣的作用中：特別是發生在表面上和表面之間所有怪奇又美好的事物。兩件物體接觸時會發生很多科學變化；無論是空氣流經彎曲的表面、兩塊金屬貼著彼此互相滑動，或膠水塗抹到木板上。雖然黏性無法測量或定義，但是有許多相關特性可以測量，且有一整個研究領域都致力於定義它們。
摩擦學（tribology）就是其中之一†。有時候會稱為「摩擦與滑動」的科學，主要焦點在於兩個移動的表面如何相互作用。雖然乍看之下似乎有點小眾，但我們之後會發現，這樣的相互作用在我們身邊比比皆是，且解釋了冰川在充滿岩石的地形中的移動方式，以及你電腦硬碟發出的運轉聲。無論專攻哪個研究領域，所有摩擦學家皆著迷於摩擦力，也就是與表面平行的阻力，無論是讓靜止物體保持在原處〔靜摩擦（static friction）〕，或是讓移動的物體慢下來〔動摩擦（kinetic friction）〕的力量。
註解：†摩擦學這個名詞源自希臘文——「tribos」，意思是「我摩擦」
透過測量材料之間的摩擦力，並將之融入幾十年來不斷發展和更新的數學模型中，摩擦學家可對表面產生有深度且高明的見解。如此一來，他們就能找到方法控制作用於表面的摩擦力。所有有相連零件的系統，不管是經過工程設計或生物與生俱來，在設計時都會考慮到摩擦力。有時候目標是要盡量提高摩擦力；提供元件之間的抓力或牽引力，就算是在極端條件下。其他時候摩擦力則被視為勁敵，因為會導致物品真的磨到靜止為止。不管是哪種情況，我們都無法忽略摩擦力，正因如此，摩擦力是本書的核心，貫穿全書每個章節。
從很多方面來說，摩擦學都不是一門新興科學。人類已探索和控制表面的相互作用近千年之久，比我們發展出用來描述摩擦力所需的算式或工具還久遠得多。在傑胡提霍特普（Djehutihotep）的陵墓就有個著名的例子。他是有權有勢的首都首長，四千年前居住在上埃及（Upper Egypt）。這座陵墓裝飾得富麗堂皇的牆上，有一幅現稱為《巨像的運輸（Transport of the Colossus）》的壁畫。這幅畫像的內容是一副木橇上載著一座巨大的石像，由一群工人拖行。在石像腳邊站著一個人，直接把水倒在木橇前方，起初被解讀為純粹只是一種儀式行為。工程師日後看著這幅畫，思量其中是否有更深的含意。這個液體有可能也是早期的潤滑劑嗎？為了要讓沉重的木橇比較容易在沙地上滑行嗎？
2014年，由丹尼爾．波恩（Daniel Bonn）教授帶領的團隊開始尋找這個疑問的解答。實驗設計相當簡單——他們裝載一塊載了砝碼的木橇，沿著混合了不同水量的沙堆樣本拖行，測量使用的力量。他們最感興趣的衡量標準是摩擦係數μ（coefficient of friction，μ發音為「mu」，類似華語「謬」）。這個比值大量用於摩擦學研究（一般來說，還有工程學與科學）中，因其能讓你大概明白兩種材料表面的作用強度*。此數值愈近零，表面愈容易開始滑動。所以，鋼放在冰塊上的μ值會比木頭放在冰塊上還低一點（μ分別為0.03與0.05），而在乾燥柏油上的橡膠的摩擦作用，則比兩者都高18～30倍（μ＝0.9）。這也說明了輪胎有助於汽車停留在路面上的部分原因；我們在第五章會再詳述。藉由測量在愈來愈濕的沙地上拖行的木橇之摩擦係數，波恩就能直接確認倒水對沙子「滑度」的影響。
註解：*更具體地說，μ是兩個表面之間抵抗活動的摩擦力以及正向力（normal force，表面對其上方物體所施加的「支撐」力或壓力）之間的比例。如同動摩擦和靜摩擦，μ依表面是靜止或活動也會有不同的數值。我們在這本書中會經常提到μ。
所有乾燥沙體的摩擦力都偏高，基本μ值為0.55。波恩把此歸咎於「木橇前方的沙堆早在它真的開始移動之前就形成了」。當他增加含水量，沙堆的體積就減少，μ值也是。某些情況下，單純透過加水，木橇與沙之間的摩擦力即可下降40％。但是一旦沙子含水量超過約5％，摩擦力就會再次開始攀升，導致木橇較難拉動。研究人員推斷，要在沙漠中的沙子上運送物品，可加入理想的水量以助滑動。其背後機制對於曾用水桶裝水和倒水來堆成沙堡的人來說應該很熟悉。如果內部的沙是乾的，水就能不受限地流動和擴散。相反的，濕沙則會保持其形狀，這要歸功於砂粒之間形成「水橋」。如果你混合的比例剛剛好，水會團結這些材料，形成平滑、堅硬的表面，可滑動上方的重物。回到2014年，波恩向《華盛頓郵報》（Washington Post）提到，如果把這個潤滑機制放大到巨大石碑那樣的規模，就代表「相較於乾沙，埃及人在濕沙上只需要用上一半的人力就能拉動物品……而埃及人很可能對這個有用的訣竅心知肚明。」
水的應用讓潤滑的世界大幅往前邁進。如今市面上有上千款市售潤滑劑可供選用，主要的基本原料是礦物油（也就是石油）。這些產品有共通目的：減少表面之間移動的摩擦力，無論是廉價割草機的內部或高科技的火星車（Martian Rover）。這些用來減少摩擦力的合成物有龐大的全球市場，2020年市值超過1500億美元（相當於1070億英鎊）。我們會在第九章介紹一些目前最先進的固態潤滑劑。水依然偶爾會影響潤滑，尤其是在像山崩這樣的地質作用，以及第六章和第七章會提到的地震與冰。但是水多半會像其他液體般對表面產生摩擦力；它會拖住物體，減慢它們的移動速度。這些特定的阻力可透過流體力學（也就是液體與氣體移動的科學）理解，且影響範圍廣泛。我們在第四章中還會提到，所有球體和飛機的飛行都會受周遭氣體控制。而如果你是游泳者，第三章會揭露水中前行需要什麼，你將認識一些把水推離表面而降低其影響的水下科技。
不過，還有很多內容出於各種不同的原因無法囊括於本書中。例如，我一開始原本打算用一章的篇幅討論表面科學在醫學的應用，從經由特殊設計微粒給藥的標靶藥物，到設計出有利細胞黏附和生長的植入物。有鑑於我在撰寫本書時（2021年一月），新冠肺炎大流行仍透過可經由空氣和表面傳播的病毒影響全球每個人的日常生活，這樣的疏忽令人遺憾。但事實是，我的時間和篇幅都不夠，無法再擴及需要大量時間與篇幅的主題。其他章節則僅僅改變了焦點。第二章原本是要探討動物使用表面科學領航和控制周圍環境的許多方法。蜘蛛、海膽和鯊魚都是原本可能入選的生物。結果那一章現在只著重於一種動物——壁虎。在蒐集這隻爬行動物相關資料的過程中，我被牠圈粉了：我深深著迷於牠的攀爬能力背後蘊藏的驚人機制，以及受牠啟發的眾多科技。還有其他來自自然界的範例散佈於全書其他段落。在第八章，我採用了物理學家對觸覺的觀點，及其在人類社會中扮演的角色。最後，或也許該說最初，第一章是所有黏合力相關事物的入門，包括說明一些我經常被詢問的黏滑物品真正的運作原理。
《黏黏滑滑》一書的核心與材料及材料影響其表面的力量有關。無論如何，我從2007年開始便在工作上投入這個主題。那是我第一次參與運用微結構表面（patterned surface）控制摩擦力與液體流動的研究專題，別的先不提，這個專題讓我開始研究防潑水（water-repellent）材料。後來，當我撰寫《科學與城市》（Science and the City）一書時，這些表面的相互作用不斷浮上我的心頭，從葉子在鐵路上的滑度，到輪胎的抓地力。相較於我們對摩擦力的認知與理解，它對現代世界的重要性似乎大得荒唐。那就是《黏黏滑滑》一書的概念真正紮根的時刻。我開始用「發生在表面的事情」觀點看待萬物之後，就一發不可收拾。本書於焉誕生。
《黏黏滑滑》這本書不是要徹底探究所有已知的表面相互作用；也不是想成為一本物理學教科書、摩擦力的數學專著，或深入探究市面上效果最好的膠水。如果您追求的是那種程度的知識，那麼我很樂意與您分享許多其他參考資料*。相反地，我在本書集結了自己最愛的範例，想讓各位讀者明白，作用於材料外表的力量如何實際和象徵性地影響我們的周遭世界。這些力量的含意會穿越科學的各領域，因此，我們的旅程將經歷一些出乎意料的轉折。我想（或者該說我希望？）這本書對所有人而言都有其意義。
註解：*本書最後的延伸閱讀附錄有列出重點參考資料。前往我的個人網站可以找到所有參考資料（若有相關連結便會附上）。
在探究這些主題時，我有幸可以與科學界和社會上一些了不起的人物交流；他們都是各自領域的專家，卻願意慷慨撥冗與我對談，並分享他們的知識。要說「我欠他們一份情」太過輕描淡寫。我很期待各位讀者可以與這些專家相遇。
那麼，現在就請您滑到舒適的角落，燒一壺水，聽我說一些有趣的故事吧。
網路上有一張隨處可見的流程圖，喜歡自己動手修繕和組裝物品的人應該都很熟悉。這張流程圖的最上方是一句問句，「這東西會動嗎？」底下則提供了兩個選擇：如果想要固定物品，請選大力膠布，如果想要讓物品滑順好轉，請選WD-40®。這兩樣產品長久以來都被視為家庭必備好物。也是任何工作坊的必備工具；它們因為萬用而成了家家戶戶的常備用品。兩者我都非常喜歡。
幾年前，當這本書的初步構想在我腦海中嘎嘎作響時，我對這些產品有了一些領悟。因為其中之一是緊貼表面，另一個則是在物體之間滑動來鬆開它們，兩者經常被視為相反；彷彿各據「黏－滑量表」的兩端。真實世界中並沒有這樣的量表存在——不管是日常生活還是在實驗室的受控環境。那是因為「黏」和「滑」這兩個字很模稜兩可，當然也不確切處於對立的兩端。雖然它們廣為大家使用，但是在不同情況下，對不同的人而言，它們都代表不同的意義。依情況而異，它們一個可能讓人聯想到口香糖、大力膠布和糖漿的畫面，而另一個則會聯想到冰雪路面、WD-40和濕磁磚。
「黏」和「滑」這兩個字也不像堅硬和導熱性那樣，是真正的材料性質。它們沒有大家都同意的科學定義，也沒有確切的指標可以用來量化或比較。明明每天日常生活都會用到這兩個字，但卻沒有科學文獻支持，這樣的反差正是我決定把這本書取名《黏黏滑滑》的原因之一*。
註解：*原因就是這樣，而且我剛好覺得這是個很不賴的標題。
據我看，這組熟悉的詞彙可以找到新用途，應用於各式各樣有趣的作用中：特別是發生在表面上和表面之間所有怪奇又美好的事物。兩件物體接觸時會發生很多科學變化；無論是空氣流經彎曲的表面、兩塊金屬貼著彼此互相滑動，或膠水塗抹到木板上。雖然黏性無法測量或定義，但是有許多相關特性可以測量，且有一整個研究領域都致力於定義它們。
摩擦學（tribology）就是其中之一†。有時候會稱為「摩擦與滑動」的科學，主要焦點在於兩個移動的表面如何相互作用。雖然乍看之下似乎有點小眾，但我們之後會發現，這樣的相互作用在我們身邊比比皆是，且解釋了冰川在充滿岩石的地形中的移動方式，以及你電腦硬碟發出的運轉聲。無論專攻哪個研究領域，所有摩擦學家皆著迷於摩擦力，也就是與表面平行的阻力，無論是讓靜止物體保持在原處〔靜摩擦（static friction）〕，或是讓移動的物體慢下來〔動摩擦（kinetic friction）〕的力量。
註解：†摩擦學這個名詞源自希臘文——「tribos」，意思是「我摩擦」
透過測量材料之間的摩擦力，並將之融入幾十年來不斷發展和更新的數學模型中，摩擦學家可對表面產生有深度且高明的見解。如此一來，他們就能找到方法控制作用於表面的摩擦力。所有有相連零件的系統，不管是經過工程設計或生物與生俱來，在設計時都會考慮到摩擦力。有時候目標是要盡量提高摩擦力；提供元件之間的抓力或牽引力，就算是在極端條件下。其他時候摩擦力則被視為勁敵，因為會導致物品真的磨到靜止為止。不管是哪種情況，我們都無法忽略摩擦力，正因如此，摩擦力是本書的核心，貫穿全書每個章節。
從很多方面來說，摩擦學都不是一門新興科學。人類已探索和控制表面的相互作用近千年之久，比我們發展出用來描述摩擦力所需的算式或工具還久遠得多。在傑胡提霍特普（Djehutihotep）的陵墓就有個著名的例子。他是有權有勢的首都首長，四千年前居住在上埃及（Upper Egypt）。這座陵墓裝飾得富麗堂皇的牆上，有一幅現稱為《巨像的運輸（Transport of the Colossus）》的壁畫。這幅畫像的內容是一副木橇上載著一座巨大的石像，由一群工人拖行。在石像腳邊站著一個人，直接把水倒在木橇前方，起初被解讀為純粹只是一種儀式行為。工程師日後看著這幅畫，思量其中是否有更深的含意。這個液體有可能也是早期的潤滑劑嗎？為了要讓沉重的木橇比較容易在沙地上滑行嗎？
2014年，由丹尼爾．波恩（Daniel Bonn）教授帶領的團隊開始尋找這個疑問的解答。實驗設計相當簡單——他們裝載一塊載了砝碼的木橇，沿著混合了不同水量的沙堆樣本拖行，測量使用的力量。他們最感興趣的衡量標準是摩擦係數μ（coefficient of friction，μ發音為「mu」，類似華語「謬」）。這個比值大量用於摩擦學研究（一般來說，還有工程學與科學）中，因其能讓你大概明白兩種材料表面的作用強度*。此數值愈近零，表面愈容易開始滑動。所以，鋼放在冰塊上的μ值會比木頭放在冰塊上還低一點（μ分別為0.03與0.05），而在乾燥柏油上的橡膠的摩擦作用，則比兩者都高18～30倍（μ＝0.9）。這也說明了輪胎有助於汽車停留在路面上的部分原因；我們在第五章會再詳述。藉由測量在愈來愈濕的沙地上拖行的木橇之摩擦係數，波恩就能直接確認倒水對沙子「滑度」的影響。
註解：*更具體地說，μ是兩個表面之間抵抗活動的摩擦力以及正向力（normal force，表面對其上方物體所施加的「支撐」力或壓力）之間的比例。如同動摩擦和靜摩擦，μ依表面是靜止或活動也會有不同的數值。我們在這本書中會經常提到μ。
所有乾燥沙體的摩擦力都偏高，基本μ值為0.55。波恩把此歸咎於「木橇前方的沙堆早在它真的開始移動之前就形成了」。當他增加含水量，沙堆的體積就減少，μ值也是。某些情況下，單純透過加水，木橇與沙之間的摩擦力即可下降40％。但是一旦沙子含水量超過約5％，摩擦力就會再次開始攀升，導致木橇較難拉動。研究人員推斷，要在沙漠中的沙子上運送物品，可加入理想的水量以助滑動。其背後機制對於曾用水桶裝水和倒水來堆成沙堡的人來說應該很熟悉。如果內部的沙是乾的，水就能不受限地流動和擴散。相反的，濕沙則會保持其形狀，這要歸功於砂粒之間形成「水橋」。如果你混合的比例剛剛好，水會團結這些材料，形成平滑、堅硬的表面，可滑動上方的重物。回到2014年，波恩向《華盛頓郵報》（Washington Post）提到，如果把這個潤滑機制放大到巨大石碑那樣的規模，就代表「相較於乾沙，埃及人在濕沙上只需要用上一半的人力就能拉動物品……而埃及人很可能對這個有用的訣竅心知肚明。」
水的應用讓潤滑的世界大幅往前邁進。如今市面上有上千款市售潤滑劑可供選用，主要的基本原料是礦物油（也就是石油）。這些產品有共通目的：減少表面之間移動的摩擦力，無論是廉價割草機的內部或高科技的火星車（Martian Rover）。這些用來減少摩擦力的合成物有龐大的全球市場，2020年市值超過1500億美元（相當於1070億英鎊）。我們會在第九章介紹一些目前最先進的固態潤滑劑。水依然偶爾會影響潤滑，尤其是在像山崩這樣的地質作用，以及第六章和第七章會提到的地震與冰。但是水多半會像其他液體般對表面產生摩擦力；它會拖住物體，減慢它們的移動速度。這些特定的阻力可透過流體力學（也就是液體與氣體移動的科學）理解，且影響範圍廣泛。我們在第四章中還會提到，所有球體和飛機的飛行都會受周遭氣體控制。而如果你是游泳者，第三章會揭露水中前行需要什麼，你將認識一些把水推離表面而降低其影響的水下科技。
不過，還有很多內容出於各種不同的原因無法囊括於本書中。例如，我一開始原本打算用一章的篇幅討論表面科學在醫學的應用，從經由特殊設計微粒給藥的標靶藥物，到設計出有利細胞黏附和生長的植入物。有鑑於我在撰寫本書時（2021年一月），新冠肺炎大流行仍透過可經由空氣和表面傳播的病毒影響全球每個人的日常生活，這樣的疏忽令人遺憾。但事實是，我的時間和篇幅都不夠，無法再擴及需要大量時間與篇幅的主題。其他章節則僅僅改變了焦點。第二章原本是要探討動物使用表面科學領航和控制周圍環境的許多方法。蜘蛛、海膽和鯊魚都是原本可能入選的生物。結果那一章現在只著重於一種動物——壁虎。在蒐集這隻爬行動物相關資料的過程中，我被牠圈粉了：我深深著迷於牠的攀爬能力背後蘊藏的驚人機制，以及受牠啟發的眾多科技。還有其他來自自然界的範例散佈於全書其他段落。在第八章，我採用了物理學家對觸覺的觀點，及其在人類社會中扮演的角色。最後，或也許該說最初，第一章是所有黏合力相關事物的入門，包括說明一些我經常被詢問的黏滑物品真正的運作原理。
《黏黏滑滑》一書的核心與材料及材料影響其表面的力量有關。無論如何，我從2007年開始便在工作上投入這個主題。那是我第一次參與運用微結構表面（patterned surface）控制摩擦力與液體流動的研究專題，別的先不提，這個專題讓我開始研究防潑水（water-repellent）材料。後來，當我撰寫《科學與城市》（Science and the City）一書時，這些表面的相互作用不斷浮上我的心頭，從葉子在鐵路上的滑度，到輪胎的抓地力。相較於我們對摩擦力的認知與理解，它對現代世界的重要性似乎大得荒唐。那就是《黏黏滑滑》一書的概念真正紮根的時刻。我開始用「發生在表面的事情」觀點看待萬物之後，就一發不可收拾。本書於焉誕生。
《黏黏滑滑》這本書不是要徹底探究所有已知的表面相互作用；也不是想成為一本物理學教科書、摩擦力的數學專著，或深入探究市面上效果最好的膠水。如果您追求的是那種程度的知識，那麼我很樂意與您分享許多其他參考資料*。相反地，我在本書集結了自己最愛的範例，想讓各位讀者明白，作用於材料外表的力量如何實際和象徵性地影響我們的周遭世界。這些力量的含意會穿越科學的各領域，因此，我們的旅程將經歷一些出乎意料的轉折。我想（或者該說我希望？）這本書對所有人而言都有其意義。
註解：*本書最後的延伸閱讀附錄有列出重點參考資料。前往我的個人網站可以找到所有參考資料（若有相關連結便會附上）。
在探究這些主題時，我有幸可以與科學界和社會上一些了不起的人物交流；他們都是各自領域的專家，卻願意慷慨撥冗與我對談，並分享他們的知識。要說「我欠他們一份情」太過輕描淡寫。我很期待各位讀者可以與這些專家相遇。
那麼，現在就請您滑到舒適的角落，燒一壺水，聽我說一些有趣的故事吧。
用户评价
评分
这本新发现的书，光是书名就让人充满了好奇心。那种“黏黏滑滑”的字眼，立刻唤起了我对日常生活中那些触感体验的思考，比如雨后湿滑的路面，或者是厨房里不小心洒出的油渍，那些瞬间的失控感，背后到底隐藏着怎样的物理学原理？我一直对“看不见的科学”很感兴趣，那些决定我们行走、抓握乃至机器运转的基础力量，往往被我们忽略。我猜想这本书不仅仅会解释硬邦邦的公式，更会用生动有趣的方式，把这些抽象的力场具象化。比如，如果它能深入探讨蜘蛛丝那种惊人的抓附力，或者荷叶表面那种超疏水的效应，那就太棒了。我特别期待它能将宏观的现象与微观的分子间作用力联系起来，让我们真正理解，那些看似简单的摩擦和附着，其实是物质世界最精妙的设计之一。这本书如果能成功地架起“日常直觉”和“科学解释”之间的桥梁，那绝对是一本值得反复阅读的佳作，尤其对于那些想给孩子解释为什么溜冰鞋可以滑得那么快的人来说，它应该能提供一套绝佳的谈资。我希望它能拓展我的视野，让我看待每一次触摸和滑动都有了全新的视角。
评分翻开任何一本关于基础物理的书，通常都会被那些关于质量、速度和能量的定义淹没，让人感到枯燥乏味。然而，这本书的名字听起来就像是直接从实验室里刚端出来的、带着温度的实验报告，充满了探索的野性。我希望它能跳脱出传统的教科书叙事框架，用一种近乎侦探小说的方式来剖析“表面”这个概念。想象一下，我们生活在一个由无数个接触点构成的世界里，而这本书似乎承诺要揭示这些接触点背后的“阴谋”。我尤其关注“表面科学”这个词汇，它暗示着材料的微观结构将是叙事的核心。这本书会不会详细对比一下金属、聚合物和生物组织在原子层面的差异是如何导致它们不同的“黏性”和“滑溜感”的？如果能配上大量精美的显微照片或者动态模拟的描述，那无疑是锦上添花。我追求的不是那种高深的理论推导，而是那种能够让我拍案叫绝的“原来如此”的瞬间，即一个简单的日常观察如何被严谨的科学逻辑完美解释的震撼感。这种叙事张力，是判断一本科普书是否成功的关键。
评分老实说，现在市面上的科普读物太多，很多都停留在现象的罗列，缺乏深度的挖掘。我对这本《黏黏滑滑》抱有的期望，是它能在“黏”和“滑”这两个看似矛盾的概念之间找到一个精妙的平衡点，而不是只偏向某一方。我猜想它会有一个章节专门讨论“粘弹性”——那种介于固体和液体之间的复杂物质特性，比如我们吃到的焦糖或者软糖。这种物质的状态，对我们理解物理世界的连续性有着至关重要的意义。如果作者能够引入一些工程上的实际案例，比如轮胎的抓地力设计、还是微电子元件中的润滑技术，那就更好了。我期待的是一种**跨学科**的视野，不仅仅是物理学，还应该触及化学、材料学甚至生物学。例如，昆虫的脚垫是如何做到在光滑表面上行走的，这背后涉及到的范德华力和表面张力，绝对是值得大书特书的内容。我希望这本书能够引领读者完成一次从脚下的地板到宇宙中的星际尘埃的尺度跨越，用同一种原理来统一理解。
评分我关注的重点在于**叙事的清晰度和历史脉络的梳理**。摩擦力与表面科学的研究，其历史可以追溯到达芬奇时代，甚至更早。我希望这本书不仅是展示现代科学的成果，还能带领我们回顾那些伟大的科学家是如何一步步揭开这些秘密的。比如，牛顿和莱布尼茨在理解接触角和表面张力时的早期争论，或者现代纳米技术如何改变了我们对“表面”的定义。一本优秀的历史科普书，会把科学发现的过程描绘成一场激动人心的智力冒险，而不是一连串孤立的事实。我期待作者能巧妙地穿插这些历史的侧影，让读者理解，今天的“黏黏滑滑”理论，是建立在多少代人的智慧和试错之上的。如果能有一个清晰的图表来展示从宏观摩擦系数到纳米尺度的粘附力是如何被量化和建模的，那就更完美了。我希望阅读过程是连贯且充满逻辑递进的，最终能构建出一个完整的知识体系，而不是零散的知识点堆砌。
评分这本书的名字有一种莫名的**感官诱惑力**，它不像其他物理书那样冰冷，反而充满了触觉上的暗示。作为读者，我更倾向于那些能够激发起我动手实践欲望的书籍。我非常希望这本书中能提供一些可以自行操作的小实验，不需要复杂的仪器，只需要家里的厨房用品或者办公桌上的小物件，就能验证书中所述的原理。比如，如何用一点点水增加或减少纸张间的摩擦力？或者，如何通过改变温度来影响液体（比如蜂蜜）的“滑度”？如果书里能提供这种“边读边试”的体验，那么知识的吸收率会大大提高。我更看重的是**应用价值**，一个好的科普作品应该能让你在日常生活中变得更“聪明”地去观察和解决问题。如果读完这本书，我对如何选择一块合适的砧板，或者如何更好地清洁黏腻的烤盘都有了新的认识，那么这本书的价值就不仅仅停留在理论层面，而是真正融入了生活。这种实用主义的驱动，是我对这类书籍的核心期待。
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