评论：科学玩具

世界上一些最古老、最受欢迎的玩具都建立在简单的物理原理上。例如，陀螺仪的运动受陀螺稳定性和进动支配。同样，悠悠球依赖动量和加速度，积木则依赖摩擦力和压缩。现在，三位玩具设计师在这些经典玩具中加入了更多的物理原理，赋予它们全新的面貌。

“悠悠球的重量大约有七分之一是骰子的重量，”自由手悠悠球发明者史蒂夫·布朗说。由邓肯玩具公司提供

多轴旋转的Tetratops（四面体陀螺）可以在其任何一个外球体上旋转。而且所有尺寸都可以堆叠在一起，因为三个接触的球体形成一个稳定的三角形。

史蒂夫·布朗：悠悠球大师 用悠悠球做释放动作，比如绕腿转，是个连专家都感到困惑的花哨技巧。玩具的绳子又细又软，很难接住。“我想，‘肯定有更好的办法，’”布朗说，“我有一条长长的钱包链，上面挂着两个赌场骰子，我就取下一个，把它穿到绳子上。我意识到，如果绳子末端有足够的配重，你就可以把整个悠悠球笔直地向上抛到空中，然后再接住，末端的额外重量能使绳子绷紧，这样它就不会缠绕。”

听起来很简单，但要设计正确却花了一年的时间。“当你坐着，拿着胶水、毛毡、亚麻装订胶带以及所有这些润滑剂和杂物，然后把它们塞进你的悠悠球里，玩弄一番，弄出一个能用的东西，这是一回事，”布朗说，“而要弄清楚如何使其每次都能始终如一地发挥作用，这完全是另一回事。”最大的问题是：弄清楚悠悠球和骰子的重量。完美的搭配是：一个10克的骰子配一个65克的悠悠球。布朗解释说，骰子的重量至关重要，因为它决定了速度。“如果你做‘空中飞人’的动作，你希望悠悠球撞击绳子的动量能带动骰子转一整圈。如果骰子太重，悠悠球的力道就不够，它会转大约四分之三圈就掉下来，很可能会打到你的指关节。如果太轻，它会转得太快，你根本无法追踪，也会打到你的指关节。所以，骰子有合适的重量对你的指关节来说非常重要。”

Freehand悠悠球（14.95美元；邓肯玩具公司，www.yo-yo.com）增加了射程，使其成为悠悠球和杂耍的混合体，布朗预计这将为玩家赢得新的尊重。“悠悠球之所以从未作为表演者的道具而大受欢迎的原因之一是它系在手上，没有风险。所以当它不系在手上时，观众突然意识到他可能会掉落，他可能会把它扔向人群，他可能会打到自己的头。你有了那种‘失败恐惧’的因素，所以当你成功完成一个动作时，它会令人印象深刻十倍。”

库尔特·普日比拉：陀螺医生 多年来，普日比拉一直痴迷于建筑师兼发明家巴克明斯特·富勒复杂的几何结构。为了更好地可视化富勒的设计，普日比拉用杆子模型建造了多面体图形，如四面体（有四个面）和二十面体（20个面）。然而，当他尝试建模富勒绘制的球体填充在这些多面体形状中的图纸时，他却一筹莫展。后来他参观了一家工业塑料商店，发现了亚克力球体。“我把它们带回家，然后粘在一起，”普日比拉说。他玩着堆叠多面体，直到“有一天一堆多面体倒了下来，其中一个多面体稍微旋转了一下。于是我给它转了一下，它就一直转下去。我立刻尝试了所有不同的形状。它们都转起来了。”最令人惊讶的是，与只有一个旋转轴的传统陀螺不同，普日比拉的多面体可以在其任何一个外部球体上旋转。

“我的目标是让每个人都知道什么是四面体，就像他们知道什么是立方体一样，”Tetratops设计师库尔特·普日比拉说。

一个正在旋转的 Tetratop。这些陀螺可以在其任何外部球体上旋转。

Tetratops 因此诞生，这是第一个拥有多个旋转轴的陀螺（两小只带集换卡和手册的套装售价 7.99 美元，一个豪华套装售价 16.95 美元，购于 www.tetratops.com。授权给 Duncan Toys，www.yo-yo.com）。四面体有四个旋转轴，八面体有三个，二十面体和立方八面体有六个。“希望这些陀螺能将人们引入另一个维度，让他们对事物的本质有更多了解，”Przybilla 说。例如，钻石的原子键形成四面体，而足球和碳 60 分子——巴基球——则是截面二十面体。“巴基总是称这些形状为宇宙的基本结构系统，”Przybilla 说。堆叠八面体，你就会得到像 DNA 那样的双螺旋结构。事实上，所有陀螺都能堆叠，因为“尽管球体大小不同，但它们相互关联的角度是相同的。”

普日比拉想知道富勒是否会对这一发现感到惊讶。“我见过巴基和一套这样的亚克力模型的照片。去年夏天我见了巴基的女儿，我问她，‘巴基转过这些吗？’我必须知道，因为他谈了很多关于系统中的旋转和进动，但他从未提及旋转陀螺。她说，‘我不记得他转过一个。’她很高兴我在转它们。”

查克·霍伯曼：变形金刚霍伯曼最出名的是他那些可伸缩的几何塑料造型，尤其是霍伯曼球，只需轻轻一拉就能平滑地改变形状。为了满足那些想从头开始创造结构的粉丝，两年前霍伯曼推出了Expandagon，一套由可连接的膨胀方块和三角形组成的建筑套装。今年九月，霍伯曼将推出Gro-bots，一系列新玩具，带来更大的创造乐趣。通过前两套套件，人们可以将复杂的部件连接起来，并将其连接到一个遥控操作的电动方块上，从而制作出一个变形的机器人“大黄蜂”或“跳跳虫”。

“我感兴趣的设计是自下而上的，”Gro-bots的发明者查克·霍伯曼说。“当你把套件的零件连接起来时，你并不知道你会得到什么。”

霍伯曼说，这些展开的形状是静态结构（抵抗外力并保持其形状）和机构（将力转化为运动）的混合体。“在理想状态下，你会竭尽全力敲击它，但它纹丝不动，”他说，“你需要以恰到好处的方式施加力，然后它就会平稳而美妙地移动。”

霍伯曼说，这种品质源于零件的复杂性。“每个正方形里面有44块塑料。大量零件共同运动，才使得这种变形发生，这就是惊喜的来源。你开始把它看作一个有生命的东西，而不仅仅是一个机械的东西。一些人工智能专家会说，我们只是由数十亿个小机械部件组成的，这些部件加起来看起来很像我们有意识。”

霍伯曼的Gro-bots（跳跳虫，20美元；大黄蜂，30美元，www.hoberman.com）已经呈现出连他自己都感到惊讶的形态。“当我们拿到第一批零件时，”他说，“我和我的团队定义了‘合法’和‘非法’的连接，意思是某种连接方式可行，另一种则不行。但我们意识到，非法的连接往往是最有趣的。而那些一半合法一半非法的形状可能具有更强的有机质感；它们可以在一侧膨胀，而在另一侧保持收缩，然后反向。你开始想象，你真正在做的，是创造出各种行为：行走、渗出和变形。”

启动Gro-bot大黄蜂的马达，其身体膨胀，腿部受力，直到它们向外推，使“昆虫”向前猛冲。

博物馆

优良的种子爱荷华州的遗产农场保护遗传多样性

作者：朱迪思·柯克伍德

乍一看，爱荷华州迪科拉附近这片173英亩的土地，就像是那些自采农场的高级版。在一个明媚的夏日，田地里番茄、豆子和生菜郁郁葱葱，果园里，苹果挂满枝头。再仔细看看——阅读一下标识——你会发现这些水果和蔬菜与你在最豪华的专业市场里找到的任何东西都不同。有1859年丽娜·西斯科的祖父母乘坐篷车带到密苏里州的“鸟蛋豆”，有从莫斯科鸟类市场一位年长的种子供应商那里收集到的“李子柠檬番茄”，还有托马斯·杰斐逊在蒙蒂塞洛种植的生菜。

这是遗产农场，是“种子保护者交换组织”（www.seedsavers.org）的总部，这是一个致力于保护“传家宝”作物的非营利组织。在这里，从阵亡将士纪念日到九月，欢迎游客前来参观，许多由移民从故乡带来的蔬菜、水果、香草和花卉种子正在这里种植和收集，这是一项雄心勃勃的努力，旨在从灭绝中挽救数百种植物品种。如今，大多数杂货店都拥有大量农产品，从鳄梨到小西葫芦，以及同一水果或蔬菜的多个品种，为什么还要为这些稀有品种大费周章呢？在我当地的市场，我可以买到10种不同类型的苹果。然而，这与一个世纪前可获得的7000个品种相去甚远；现在只剩下700个。其他水果和蔬菜也遭受了类似的破坏，这主要归因于农用化学品企业用能够承受机械采摘和跨国运输的杂交和专利品种取代了适应区域的植物。

结果是遗传多样性的丧失，更不用说味道了，这在气候快速变化和杀虫剂抗性昆虫的时代并非好兆头。“目前存在的粮食作物是我们未来培育粮食作物所需的所有植物材料，”肯特·惠利说，他和妻子黛安在1975年创立了种子保护者。过去，科学家们能够通过利用更耐寒、更古老的植物品种来克服作物病害。“但如果这些材料消亡了，我们就无法保证未来也能做到这一点，”他说。通过在储存库中保存超过18,000种种子，遗产农场正在保护可能在另一次马铃薯饥荒或玉米枯萎病灾难后拯救我们的东西。至少，种子选择提供了能够抵御干旱、在粘土中茁壮成长或抵御二斑叶螨的植物。

书籍

淡紫色：一个人如何发明一种改变世界的颜色

西蒙·加菲尔德 W.W. 诺顿公司，售价 23.95 美元。

1856年，18岁的英国化学家威廉·珀金试图从煤焦油（一种煤气生产的副产品）中合成抗疟疾药物奎宁。然而，他的实验却得到了一种墨黑色残渣。珀金对此很感兴趣，他提纯了这种物质，最终创造出一种淡紫色液体。珀金也是一位业余画家，他对这种颜色着迷，便将一块丝绸浸入液体中；丝绸变成了醒目且永久的淡紫色。珀金偶然发现了第一种人造苯胺染料。他将这种新化合物命名为“mauveine”（苯胺紫），源自法语单词“mauve”，意指常见的锦葵植物。苯胺紫很快获得了成功，部分原因在于引领潮流的法国皇后欧仁妮，她对这种颜色的喜爱在19世纪50年代的欧洲引发了一场“苯胺紫狂热”。苯胺紫以及珀金开发的各种其他人工染料由他自己的化工厂大量生产，他迅速致富。他的名字因珀金奖章而流传至今，该奖章每年在美国颁发，以表彰应用化学领域的成就。

苯胺紫标志着科学与工业之间的新型紧密关系，这种关系产生了深远的影响。正如加菲尔德所记载的，珀金的成功发生在英国在科学追求上落后于欧洲大部分地区，并且工业界和研究人员之间存在相当大的不信任之时。尽管这些染料是在英国开发的，但很快就被其他人盗用了。德国拥有科学与工业合作的历史和健康的科研传统，因此能够利用该领域。德国日益增长的统治地位和专利纠纷的压力导致珀金在1873年出售了他的化工厂。到第一次世界大战爆发时，英国使用的85%的人造染料都是进口的，当局不得不匆忙寻找物资来染制士兵的制服。——玛格丽特·弗利

地下传说：地下生命的自然历史

大卫·沃尔夫珀修斯出版社，26美元。

生态学家沃尔夫向他的读者提出了一个尖锐的挑战，他认为他们大多是“地表沙文主义者”。走到门外，抓起一把泥土。他说，就在那一小块土壤里，有近十亿个生物——从微小的蛔虫到薄如蝉翼的真菌丝。然后考虑一下地球，思考科学家们现在所说的：地球表面以上所有生物物质的总质量，都比不上地下存在的生物物质。

研究人员最近发现了数百万种新的活生物体——不仅在表层土壤中，而且在地球深层曾经被认为是贫瘠的区域。微生物在地下两英里处、接近水沸点的温度下茁壮成长。生物学家怀疑，这些地下栖息地可能是地球生命最初起源的地方。

除了为植物提供氮和钾等重要营养物质外，地下发现的生物体还被用于对抗植物疾病和制造新的抗生素。事实上，沃尔夫认为，一撮泥土中包含的1万种物种的潜在用途，应该成为保护泥土的动力，而这项任务正变得越来越紧迫。在美国，土壤侵蚀的速度是其形成速度的10倍。——埃里克·鲍威尔

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克里斯托弗·麦高恩珀修斯出版社，26美元。

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黛博拉·卡德伯里亨利·霍尔特公司，27.50美元。

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