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本文为你解读的书是《锈蚀》。它说的是咱们非常常见的金属生锈现象,像是水龙头、电灯泡、小刀、易拉罐等等,都会生锈。很多人会觉得,生锈不是什么大事,东西生锈了就买新的啊,还值得写一本书吗?但这本书的作者可有不一样的看法。这本书的副标题叫“人类最漫长的战争”。你看,他认为人类和锈蚀之间,可是存在战争的。
为什么这么说呢?其实我们对锈蚀的不重视,已经给很多行业,甚至人类自己都带来了非常大的影响。就拿汽车来举个例子。汽车的每个金属零部件都会生锈,想想看,如果防锈不到位,那些关键部位生锈了、失灵了,像是燃油泵、刹车线不好使了,那都是人命关天的事。书里统计说,从年以来,因为重要零部件生锈,美国国家公路交通安全管理局已经召回了好几百万辆车了。
同样的道理,飞机的零部件也会生锈,后果就更严重了。拜锈蚀所赐,美国就有过一架战斗机、一架直升机坠毁,还有一家商用飞机在飞行途中断成了两半。如果事先仔细检查的话,事故是可以避免的。但就是因为我们没把锈蚀当成一个大问题,以为只是一点点锈斑,没想到零件内部已经锈烂了,这才酿成了大祸。
本书的作者乔纳森·瓦尔德曼是一位环境调查记者,他花了九年的时间,跟各行各业的抗锈专家对话。
看过这本书你会发现,锈蚀不单单是个化学问题,人类跟锈蚀的互动是一个有趣的视角,可以通过它看到人类文明的另一面。工业革命以来,人类和自然就对立了起来,人们喊出的口号都是“征服自然”。但锈蚀问题却在提醒我们:大自然像一只无形的手,人类种种“征服自然”的成就,可能都会被它慢慢抚平。自然,从来没被“征服”。
下面,我就通过三个问题来为你详细解读,人类和锈蚀之间的战争是什么样的?
第一个问题是,强大的人类为什么解决不了小小的锈蚀?
第二个问题是,小小的锈蚀是怎么反过来影响人类文明的?
第三个问题是,从这场特殊的战争里,我们能学会些什么?
咱们刚才说到,这本书的副标题叫“人类最漫长的战争”,乍一听有点匪夷所思。你看,一般来说,一场战争如果拖了很长时间,那么在某种程度上,双方应该势均力敌。但照理说,人类的科学进步这么快,早就把发生锈蚀的化学方程式搞明白了。锈蚀呢,万变不离其宗,就是一些金属的氧化物。为什么我们不能速战速决搞定它呢?
这主要是因为,在和锈蚀的战争里,根本没有“速战速决”这么一说,锈蚀一直在发生。这里有两个难点,一个是主观上的,一个是技术上的。
主观上的难点在于,锈蚀的后果不一定会马上暴露出来。所以有些产品设计者觉得,只要东西现在好用,将来锈不锈不关我的事,我何必多掏钱去防锈呢?我们现在评估一个工程、一个项目也一样,最直观的是成本和工期的数据,而不是使用寿命。
举个例子,假如你是美国国防部的项目经理,现在你要去制造一批军用车辆。你有两种选择:一个是用便宜的铆钉、廉价的涂料来造这批军用车,这样预算还会有结余,你会名利双收,不过这些车10年就会锈掉。还有一个选择是,用防锈的铆钉和涂料,这样成本会大幅上升,你要么承受上司的压力,要么自掏腰包,但这么造出来的车可以用40年。你会怎么选?
这只是个简化的例子,现实中的考虑因素要复杂得多。作者就提到,美国国防部的项目经理,的确有过类似的困惑。用便宜材料省下来的钱是确定的,而锈蚀的账到底应该怎么算呢?只能粗略估计一下。书里统计说,因为忽视了锈蚀的影响,美国每年要为锈蚀付出亿美元的代价。这其中包括桥梁折断、船只沉没、油管破裂、房屋毁坏等等的费用,远远超过他们为其他自然灾害付出的总和。作者还帮我们换算了一下,拿曾经的北美第一高楼西尔斯大厦换算,这笔钱可以盖多座西尔斯大厦呢!你看,忽视锈蚀的后果,非常不划算。
不过,就算我们有心解决锈蚀,技术上的难度也很大。锈蚀问题很特殊,要解决它,学科范围覆盖特别广,必须得跨行业、跨部门来解决。比如你觉得谁对锈蚀最有发言权呢?在过去的几十年里,很多跟锈蚀沾边的专业人士,都不认为自己了解锈蚀。
书里提到说,如果你拿锈蚀问题去请教机械工程师,他会让你去找土木工程师;土木工程师觉得,得找化学工程师;化学工程师说,找材料工程师;材料工程师可能给你推荐了电气工程师;而电气工程师让你回去找开头的那位机械工程师。瞧瞧,绕了一个圈,还是没解决问题。这可不是段子,美国最大的锈蚀麻烦之一,就跟这有点类似。
在旧金山东北的苏森湾,有很多严重生锈的商船。它们已经破到不值得废物利用了,但也不能直接拖去外海凿沉,因为那会污染环境。所以,人们只能不计成本地想办法把它拖走。但怎么拖走是个大问题。
比方说,船底下附着了很多贝类,你得请教生物学家,看它们是不是侵略性贝类,转移途中会不会污染水域?你还得问问生态学家和毒理学家,比如船上泄漏的液体有毒吗,对生物有影响吗?然后你还得出动建模人员、测绘专家,讨论转移这个大家伙的具体办法、路线等等。但是这些专家在讨论、制定方案的时候,锈蚀的进度可一刻也没停,没等专家们把问题研究完,船上又脱落了21吨生锈的金属,变成了更大的环境灾难,问题升级了。
小小的锈蚀挑战强大的人类,看起来是不自量力,没想到却是“人类最漫长的战争”。有金属的地方就有锈蚀,而且它一直在发生,只要人类还在使用金属这种材料,那这场战争就不会停止。难道说在这场漫长的战争中,人类就一直损兵折将吗?当然不是,势均力敌的对手会激发潜力,锈蚀就逼着我们去发展技术,它甚至改写了人类历史。接下来,我就要说说第二个问题,锈蚀具体是怎么影响人类文明的?
赫拉利在《人类简史》这本书里有个颠覆性的观点。他说,不是人类驯化了小麦,是“小麦驯化了人类”。人类把“小麦”这种野草栽种到世界各地,为它辛勤劳作。这样,小麦才得以生生不息。你看,站在小麦的视角上看问题,被驯化的就是我们了。那么,如果站在锈蚀的视角上来看人类文明,又会看到什么呢?
我觉得,锈蚀对人类最主要的贡献,就是推进了“电化学”这门新学科的发展。从本质上看,腐蚀就是金属发生了氧化反应,所以才生锈了。而物质发生氧化反应的时候会失去电子,这就和电化学有关系了。电化学,听名字就知道,它包含两个关键词,电流和化学反应。
科学家发现,参与化学反应的物质,电子会发生转移,就产生了电流。拿金属来说,不同的金属化学性质是不一样的,有的更容易发生化学反应,我们就说它的化学性质更“活泼”。这些更活泼的金属,更容易失去电子。比如锌比铁更活泼,就比铁更容易失去电子。追踪电子迁移的路线,我们就能看到电流了。
利用电化学的原理,人们发明了电池。咱们还拿锌和铁来举例子,失去电子的锌是阳极,得到电子的铁是阴极。在产生电流的同时,阳极持续失去电子,锌慢慢被腐蚀,然后消失。这个时候反应就停止了。这就是锌铁电池内部的原理。反应停止之后,我们就会说电池没电了。
这本来是电池的工作原理,但有个人敏锐地发现,只要换一个角度看这个原理,这就是一种对抗锈蚀的武器。这个人是电化学的开拓者之一,英国化学家汉弗莱·戴维。那该怎么换角度看这个原理呢?你看,我们说电池没电了,是说作为阳极的锌消失了。但如果我们
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