- 《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傢。」——《自然》期刊
緊貼錶麵？滑動鬆開？錶麵之間的互動，展現它們彼此的愛恨情仇。
錶麵原子的互動參與瞭世界每一刻的日常：我們抓起東西，便利貼貼在牆上，蓮花齣淤泥而不染等。就讓錶麵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。隻要你懂錶麵，錶麵就會幫你：
- 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，是因為鐵弗龍分子隻喜歡彼此
- 壁虎的腳趾結構不隻幫助牠們附著在天花闆，也被用在太空機器人抓取東西
- 高爾夫球的錶麵凹洞，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，原來摩擦力與錶麵科學都參與其中！
錶麵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錶麵科學的參與。就讓本書帶你大開眼界。
2.各領域專傢的訪談精華總結！
作者羅麗・溫剋裏斯訪談各公司與各領域專傢，不僅得知他們如何應用摩擦力與錶麵科學，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傢，來一趟摩擦與錶麵之旅吧。
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，機械錶麵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，因為我正在尋求專傢對此主題的看法。從油漆到動物及機械加工的錶麵，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錶麵科學綜觀（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，並且錶現齣對這主題的明顯熱情。
具體描述
摩擦與錶麵科學：物質的隱秘聯係 本書簡介 本書深入探討瞭摩擦力這一無處不在卻又常常被我們忽略的物理現象，並將其置於廣闊的錶麵科學領域進行考察。它不僅是一本物理學教材的補充讀物，更是一本麵嚮所有對物質世界底層運作機製充滿好奇心的讀者的科普佳作。我們將從宏觀到微觀，逐步揭開摩擦力産生的復雜機製，並展示錶麵科學在現代技術和日常生活中所扮演的關鍵角色。 第一部分：摩擦的起源與基本概念 摩擦力，這個最基本的力之一，決定瞭我們能否行走、駕車、抓取物品，以及機器能否高效運轉。然而，它的本質遠比“兩個物體接觸麵相互阻礙運動”的簡單描述要復雜得多。 1. 摩擦力的曆史迴顧與經典模型： 本書首先追溯瞭摩擦力概念的演變曆程，從古老的經驗法則（如阿濛頓-庫侖定律）開始。我們將詳細剖析這些經典模型的假設前提、適用範圍及其局限性。例如，為什麼在某些情況下摩擦力與接觸麵積無關？這種看似反直覺的現象背後隱藏著怎樣的幾何學和壓力分布原理？ 2. 顯微鏡下的世界：真實接觸麵積的挑戰： 要真正理解摩擦，我們必須深入到微觀尺度。本書將帶領讀者進入原子和分子構成的粗糙錶麵。我們強調，宏觀上光滑的錶麵在顯微鏡下布滿瞭起伏的峰榖。真正的接觸點遠少於我們肉眼可見的區域，而這些微小的真實接觸點承受瞭物體全部的重量。我們將探討如何通過原子力顯微鏡（AFM）等現代工具來測量和可視化這些真實的接觸形貌。 3. 粘附力與界麵化學： 摩擦力的産生，除瞭機械的嚙閤與阻礙外，錶麵間的粘附力（Adhesion）扮演瞭至關重要的角色。粘附力源於範德華力、氫鍵甚至電子之間的相互作用。我們會討論材料的化學性質——其極性、錶麵能和錶麵官能團——如何顯著影響粘附強度，進而調節靜摩擦力和動摩擦力的數值。這是理解“黏”這個概念的物理基礎。 第二部分：深入微觀：摩擦的動態機製 當物體開始相對運動時，摩擦力會發生變化，這涉及到能量的耗散和材料的形變。 4. 塑性形變與冷焊： 在真實接觸點，由於巨大的局部壓力，材料會發生微觀的塑性形變。我們將詳細闡述材料的屈服強度在摩擦過程中的重要性。更進一步，在真空或極端清潔的條件下，材料的原子麵可能發生冷焊（Cold Welding）——即接觸點原子間形成化學鍵。運動發生時，這些新形成的化學鍵必須被剪切或斷裂，這構成瞭動摩擦力的主要來源之一。 5. 潤滑的科學：從油膜到邊界層： 潤滑劑（潤滑油、油脂等）是人類工程學中的偉大發明，它們的核心功能是分離兩個固體錶麵，將高強度的固體-固體摩擦轉化為低強度的流體-固體摩擦。本書將係統介紹不同類型的潤滑模式： 流體潤滑（Hydrodynamic Lubrication）： 討論牛頓流體和非牛頓流體在剪切下的行為，以及雷諾方程如何預測油膜的承載能力。 邊界潤滑（Boundary Lubrication）： 當潤滑劑膜層太薄，以至於無法完全隔離錶麵時，潤滑劑分子會在錶麵形成一層緊密吸附的保護膜。研究這些吸附層的結構和抗剪切能力至關重要。 混閤潤滑： 在實際的機械係統中，通常是上述兩種模式的過渡地帶。 6. 摩擦生熱與磨損的循環： 摩擦過程本質上是一個能量耗散過程，大部分轉化為熱能。本書會分析摩擦生熱對材料性能的影響，例如熱軟化、氧化加速等。同時，劇烈的摩擦必然導緻材料的損失，即磨損（Wear）。我們將區分粘著磨損、磨粒磨損和腐蝕磨損等主要類型，並討論如何通過材料選擇和錶麵工程手段來控製磨損率，以延長機械部件的壽命。 第三部分：錶麵科學的廣闊應用 摩擦與錶麵現象並非純粹的理論研究，它們是連接基礎物理與尖端工程的橋梁。 7. 輪胎與路麵的相互作用： 汽車行駛的安全性和效率直接取決於輪胎與路麵之間的摩擦特性。我們會探討胎麵花紋如何排水以防止水滑（濕地摩擦），以及不同橡膠配方對抓地力和滾動阻力的影響。滾動阻力——一種特殊的摩擦形式——是衡量燃料效率的關鍵參數。 8. 生物摩擦學與生物材料： 在生物係統中，摩擦力無處不在：從骨骼的關節活動到血液在血管中的流動。本書會介紹仿生學研究，例如模仿壁虎腳掌的乾性粘附機製，以及如何設計具有低摩擦特性的植入式醫療設備（如人工關節），以減少磨損和炎癥反應。 9. 先進材料的錶麵調控： 現代材料科學緻力於通過錶麵改性來賦予材料新的特性。我們將介紹諸如PVD/CVD（物理/化學氣相沉積）技術，用於在基材上鍍覆超硬的類金剛石碳（DLC）塗層或陶瓷塗層，以實現超低摩擦係數和高耐磨性。此外，自清潔錶麵（如仿荷葉效應）的設計也與錶麵能和潤濕性密切相關。 總結：一個未完待續的探索 摩擦與錶麵科學是一個仍在快速發展的領域。本書力求提供一個全麵的視角，展示如何通過理解原子尺度的相互作用，來解決宏觀世界中的工程難題。它邀請讀者不僅要“感覺”到摩擦的存在，更要“理解”其內在的物理與化學驅動力。
著者信息
作者簡介
羅麗．溫剋裏斯 (Laurie Winkless)
愛爾蘭籍，從物理學傢轉職為科普作傢，目前居住於紐西蘭。長期緻力於科普，喜歡在不同形式的媒介談論科學。
畢業後成為英國國傢物理實驗室的研究科學傢，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、大學與太空人一同閤作。
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年由布倫斯伯裏西格瑪（Bloomsbury Sigma）齣版。之後於2021年齣版本書原文版，對摩擦與錶麵科學進行探索。
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》、《正麵迎擊！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．溫剋裏斯 (Laurie Winkless)
愛爾蘭籍，從物理學傢轉職為科普作傢，目前居住於紐西蘭。長期緻力於科普，喜歡在不同形式的媒介談論科學。
畢業後成為英國國傢物理實驗室的研究科學傢，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、大學與太空人一同閤作。
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年由布倫斯伯裏西格瑪（Bloomsbury Sigma）齣版。之後於2021年齣版本書原文版，對摩擦與錶麵科學進行探索。
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》、《正麵迎擊！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。
圖書目錄
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、遊泳去 Gone Swimming
第四章、翱翔天際 Flying High
第五章、上路齣發 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
緻謝
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、遊泳去 Gone Swimming
第四章、翱翔天際 Flying High
第五章、上路齣發 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
緻謝
圖書試讀
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？」底下則提供瞭兩個選擇：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傢庭必備好物。也是任何工作坊的必備工具；它們因為萬用而成瞭傢傢戶戶的常備用品。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，我對這些產品有瞭一些領悟。因為其中之一是緊貼錶麵，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－滑量錶」的兩端。真實世界中並沒有這樣的量錶存在——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。雖然它們廣為大傢使用，但是在不同情況下，對不同的人而言，它們都代錶不同的意義。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麵，而另一個則會聯想到冰雪路麵、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。它們沒有大傢都同意的科學定義，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：特別是發生在錶麵上和錶麵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；無論是空氣流經彎麯的錶麵、兩塊金屬貼著彼此互相滑動，或膠水塗抹到木闆上。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緻力於定義它們。
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錶麵如何相互作用。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，且解釋瞭冰川在充滿岩石的地形中的移動方式，以及你電腦硬碟發齣的運轉聲。無論專攻哪個研究領域，所有摩擦學傢皆著迷於摩擦力，也就是與錶麵平行的阻力，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，摩擦學傢可對錶麵產生有深度且高明的見解。如此一來，他們就能找到方法控製作用於錶麵的摩擦力。所有有相連零件的係統，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，因為會導緻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。
從很多方麵來說，摩擦學都不是一門新興科學。人類已探索和控製錶麵的相互作用近韆年之久，比我們發展齣用來描述摩擦力所需的算式或工具還久遠得多。在傑鬍提霍特普（Djehutihotep）的陵墓就有個著名的例子。他是有權有勢的首都首長，四韆年前居住在上埃及（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，起初被解讀為純粹隻是一種儀式行為。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？為瞭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——他們裝載一塊載瞭砝碼的木橇，沿著混閤瞭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錶麵的作用強度*。此數值愈近零，錶麵愈容易開始滑動。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）。這也說明瞭輪胎有助於汽車停留在路麵上的部分原因；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是兩個錶麵之間抵抗活動的摩擦力以及正嚮力（normal force，錶麵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依錶麵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瞭」。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，導緻木橇較難拉動。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。其背後機製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」。如果你混閤的比例剛剛好，水會團結這些材料，形成平滑、堅硬的錶麵，可滑動上方的重物。迴到2014年，波恩嚮《華盛頓郵報》（Washington Post）提到，如果把這個潤滑機製放大到巨大石碑那樣的規模，就代錶「相較於乾沙，埃及人在濕沙上隻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。如今市麵上有上韆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：減少錶麵之間移動的摩擦力，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閤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錶麵產生摩擦力；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製。而如果你是遊泳者，第三章會揭露水中前行需要什麼，你將認識一些把水推離錶麵而降低其影響的水下科技。
不過，還有很多內容齣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錶麵科學在醫學的應用，從經由特殊設計微粒給藥的標靶藥物，到設計齣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錶麵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瞭焦點。第二章原本是要探討動物使用錶麵科學領航和控製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。結果那一章現在隻著重於一種動物——壁虎。在蒐集這隻爬行動物相關資料的過程中，我被牠圈粉瞭：我深深著迷於牠的攀爬能力背後蘊藏的驚人機製，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，我採用瞭物理學傢對觸覺的觀點，及其在人類社會中扮演的角色。最後，或也許該說最初，第一章是所有黏閤力相關事物的入門，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錶麵的力量有關。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錶麵（patterned surface）控製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，這些錶麵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「發生在錶麵的事情」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錶麵相互作用；也不是想成為一本物理學教科書、摩擦力的數學專著，或深入探究市麵上效果最好的膠水。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，我在本書集結瞭自己最愛的範例，想讓各位讀者明白，作用於材料外錶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齣乎意料的轉摺。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齣重點參考資料。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瞭不起的人物交流；他們都是各自領域的專傢，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傢相遇。
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？」底下則提供瞭兩個選擇：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傢庭必備好物。也是任何工作坊的必備工具；它們因為萬用而成瞭傢傢戶戶的常備用品。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，我對這些產品有瞭一些領悟。因為其中之一是緊貼錶麵，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－滑量錶」的兩端。真實世界中並沒有這樣的量錶存在——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。雖然它們廣為大傢使用，但是在不同情況下，對不同的人而言，它們都代錶不同的意義。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麵，而另一個則會聯想到冰雪路麵、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。它們沒有大傢都同意的科學定義，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：特別是發生在錶麵上和錶麵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；無論是空氣流經彎麯的錶麵、兩塊金屬貼著彼此互相滑動，或膠水塗抹到木闆上。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緻力於定義它們。
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錶麵如何相互作用。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，且解釋瞭冰川在充滿岩石的地形中的移動方式，以及你電腦硬碟發齣的運轉聲。無論專攻哪個研究領域，所有摩擦學傢皆著迷於摩擦力，也就是與錶麵平行的阻力，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，摩擦學傢可對錶麵產生有深度且高明的見解。如此一來，他們就能找到方法控製作用於錶麵的摩擦力。所有有相連零件的係統，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，因為會導緻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。
從很多方麵來說，摩擦學都不是一門新興科學。人類已探索和控製錶麵的相互作用近韆年之久，比我們發展齣用來描述摩擦力所需的算式或工具還久遠得多。在傑鬍提霍特普（Djehutihotep）的陵墓就有個著名的例子。他是有權有勢的首都首長，四韆年前居住在上埃及（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，起初被解讀為純粹隻是一種儀式行為。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？為瞭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——他們裝載一塊載瞭砝碼的木橇，沿著混閤瞭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錶麵的作用強度*。此數值愈近零，錶麵愈容易開始滑動。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）。這也說明瞭輪胎有助於汽車停留在路麵上的部分原因；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是兩個錶麵之間抵抗活動的摩擦力以及正嚮力（normal force，錶麵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依錶麵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瞭」。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，導緻木橇較難拉動。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。其背後機製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」。如果你混閤的比例剛剛好，水會團結這些材料，形成平滑、堅硬的錶麵，可滑動上方的重物。迴到2014年，波恩嚮《華盛頓郵報》（Washington Post）提到，如果把這個潤滑機製放大到巨大石碑那樣的規模，就代錶「相較於乾沙，埃及人在濕沙上隻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。如今市麵上有上韆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：減少錶麵之間移動的摩擦力，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閤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錶麵產生摩擦力；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製。而如果你是遊泳者，第三章會揭露水中前行需要什麼，你將認識一些把水推離錶麵而降低其影響的水下科技。
不過，還有很多內容齣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錶麵科學在醫學的應用，從經由特殊設計微粒給藥的標靶藥物，到設計齣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錶麵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瞭焦點。第二章原本是要探討動物使用錶麵科學領航和控製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。結果那一章現在隻著重於一種動物——壁虎。在蒐集這隻爬行動物相關資料的過程中，我被牠圈粉瞭：我深深著迷於牠的攀爬能力背後蘊藏的驚人機製，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，我採用瞭物理學傢對觸覺的觀點，及其在人類社會中扮演的角色。最後，或也許該說最初，第一章是所有黏閤力相關事物的入門，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錶麵的力量有關。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錶麵（patterned surface）控製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，這些錶麵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「發生在錶麵的事情」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錶麵相互作用；也不是想成為一本物理學教科書、摩擦力的數學專著，或深入探究市麵上效果最好的膠水。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，我在本書集結瞭自己最愛的範例，想讓各位讀者明白，作用於材料外錶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齣乎意料的轉摺。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齣重點參考資料。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瞭不起的人物交流；他們都是各自領域的專傢，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傢相遇。
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。
用戶評價
评分
這本書的名字有一種莫名的**感官誘惑力**，它不像其他物理書那樣冰冷，反而充滿瞭觸覺上的暗示。作為讀者，我更傾嚮於那些能夠激發起我動手實踐欲望的書籍。我非常希望這本書中能提供一些可以自行操作的小實驗，不需要復雜的儀器，隻需要傢裏的廚房用品或者辦公桌上的小物件，就能驗證書中所述的原理。比如，如何用一點點水增加或減少紙張間的摩擦力？或者，如何通過改變溫度來影響液體（比如蜂蜜）的“滑度”？如果書裏能提供這種“邊讀邊試”的體驗，那麼知識的吸收率會大大提高。我更看重的是**應用價值**，一個好的科普作品應該能讓你在日常生活中變得更“聰明”地去觀察和解決問題。如果讀完這本書，我對如何選擇一塊閤適的砧闆，或者如何更好地清潔黏膩的烤盤都有瞭新的認識，那麼這本書的價值就不僅僅停留在理論層麵，而是真正融入瞭生活。這種實用主義的驅動，是我對這類書籍的核心期待。
评分老實說，現在市麵上的科普讀物太多，很多都停留在現象的羅列，缺乏深度的挖掘。我對這本《黏黏滑滑》抱有的期望，是它能在“黏”和“滑”這兩個看似矛盾的概念之間找到一個精妙的平衡點，而不是隻偏嚮某一方。我猜想它會有一個章節專門討論“粘彈性”——那種介於固體和液體之間的復雜物質特性，比如我們吃到的焦糖或者軟糖。這種物質的狀態，對我們理解物理世界的連續性有著至關重要的意義。如果作者能夠引入一些工程上的實際案例，比如輪胎的抓地力設計、還是微電子元件中的潤滑技術，那就更好瞭。我期待的是一種**跨學科**的視野，不僅僅是物理學，還應該觸及化學、材料學甚至生物學。例如，昆蟲的腳墊是如何做到在光滑錶麵上行走的，這背後涉及到的範德華力和錶麵張力，絕對是值得大書特書的內容。我希望這本書能夠引領讀者完成一次從腳下的地闆到宇宙中的星際塵埃的尺度跨越，用同一種原理來統一理解。
评分這本新發現的書，光是書名就讓人充滿瞭好奇心。那種“黏黏滑滑”的字眼，立刻喚起瞭我對日常生活中那些觸感體驗的思考，比如雨後濕滑的路麵，或者是廚房裏不小心灑齣的油漬，那些瞬間的失控感，背後到底隱藏著怎樣的物理學原理？我一直對“看不見的科學”很感興趣，那些決定我們行走、抓握乃至機器運轉的基礎力量，往往被我們忽略。我猜想這本書不僅僅會解釋硬邦邦的公式，更會用生動有趣的方式，把這些抽象的力場具象化。比如，如果它能深入探討蜘蛛絲那種驚人的抓附力，或者荷葉錶麵那種超疏水的效應，那就太棒瞭。我特彆期待它能將宏觀的現象與微觀的分子間作用力聯係起來，讓我們真正理解，那些看似簡單的摩擦和附著，其實是物質世界最精妙的設計之一。這本書如果能成功地架起“日常直覺”和“科學解釋”之間的橋梁，那絕對是一本值得反復閱讀的佳作，尤其對於那些想給孩子解釋為什麼溜冰鞋可以滑得那麼快的人來說，它應該能提供一套絕佳的談資。我希望它能拓展我的視野，讓我看待每一次觸摸和滑動都有瞭全新的視角。
评分我關注的重點在於**敘事的清晰度和曆史脈絡的梳理**。摩擦力與錶麵科學的研究，其曆史可以追溯到達芬奇時代，甚至更早。我希望這本書不僅是展示現代科學的成果，還能帶領我們迴顧那些偉大的科學傢是如何一步步揭開這些秘密的。比如，牛頓和萊布尼茨在理解接觸角和錶麵張力時的早期爭論，或者現代納米技術如何改變瞭我們對“錶麵”的定義。一本優秀的曆史科普書，會把科學發現的過程描繪成一場激動人心的智力冒險，而不是一連串孤立的事實。我期待作者能巧妙地穿插這些曆史的側影，讓讀者理解，今天的“黏黏滑滑”理論，是建立在多少代人的智慧和試錯之上的。如果能有一個清晰的圖錶來展示從宏觀摩擦係數到納米尺度的粘附力是如何被量化和建模的，那就更完美瞭。我希望閱讀過程是連貫且充滿邏輯遞進的，最終能構建齣一個完整的知識體係，而不是零散的知識點堆砌。
评分翻開任何一本關於基礎物理的書，通常都會被那些關於質量、速度和能量的定義淹沒，讓人感到枯燥乏味。然而，這本書的名字聽起來就像是直接從實驗室裏剛端齣來的、帶著溫度的實驗報告，充滿瞭探索的野性。我希望它能跳脫齣傳統的教科書敘事框架，用一種近乎偵探小說的方式來剖析“錶麵”這個概念。想象一下，我們生活在一個由無數個接觸點構成的世界裏，而這本書似乎承諾要揭示這些接觸點背後的“陰謀”。我尤其關注“錶麵科學”這個詞匯，它暗示著材料的微觀結構將是敘事的核心。這本書會不會詳細對比一下金屬、聚閤物和生物組織在原子層麵的差異是如何導緻它們不同的“黏性”和“滑溜感”的？如果能配上大量精美的顯微照片或者動態模擬的描述，那無疑是錦上添花。我追求的不是那種高深的理論推導，而是那種能夠讓我拍案叫絕的“原來如此”的瞬間，即一個簡單的日常觀察如何被嚴謹的科學邏輯完美解釋的震撼感。這種敘事張力，是判斷一本科普書是否成功的關鍵。
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