科學距離我們很遙遠嗎？不，其實我們每一天都在「看見」科學。
科學已經用足夠的證據告訴我們，我們生活的世界是由原子組成的。這些微小的物質粒子擁有相似的結構，它們都是由外層帶負電的電子圍繞著帶正電的質量較大的原子核組成。本文不是要帶著大家去複習原子結構的知識，這裡要講的是，由原子、分子組成的氣體的「膨脹」和「爆炸」行為。
一提到「膨脹」或者「爆炸」，大家肯定會覺得沒有好事。事實上，人類一直都在利用著氣體的體積「膨脹」現象來豐富我們的生活內容，或者是提高生活品質，今天我們更是用它來開拓宇宙。
一、爆竹
最容易想到的爆炸應該是爆竹了吧。馬上就又要過年了，這種用紙卷包裹著火藥和氧化劑的小東西給我們帶來了很多的節日氣氛。中國最早的爆竹是用我們的四大發明之一「黑火藥」製成的。其配方通常表示為「一硫二硝三木炭」，反應過程如下：2KNO3+ S + 3C ==== K2S + N2 ↑+ 3CO2↑。
當點燃引信，酸鉀分解放出的氧氣，使木炭和硫磺劇烈燃燒，瞬間產生大量的熱和氮氣、二氧化碳等氣體。由於體積急劇膨脹，產生的壓力猛烈增大，足以脹破紙卷，紙卷爆裂引起空氣劇烈震蕩，就產生了爆炸的聲音。
據測，大約每4克黑火藥著火燃燒時，可以產生280升氣體，體積可膨脹近萬倍。在爆炸時，固體生成物的微粒分散在氣體裡，所以產生大量的煙。由於爆炸時有K2S固體產生，往往有很多濃煙冒出，因此得名黑火藥。
二、饅頭
除了爆竹這種利用氣體的快速膨脹帶來的聲音效果，其實人類更多的是利用相對溫和一些的氣體膨脹現象。最常見的案例就是蒸饅頭。
饅頭或麵包只是用麵粉和酵母等基本成分製成。酵母其實是一種叫做真菌的小生命，它們在溫水的刺激下，生命的活性增加，開始分解和消化麵粉中的糖，並且會代謝產生二氧化碳，這些二氧化碳氣體被困在麵團中。
上了蒸鍋之後，剩餘的真菌會拼命的吞噬糖並釋放出二氧化碳，這些麵團中被困住的二氧化碳的體積會在溫度升高的情況下，迅速膨脹，並在麵團內撐起一個個的小空間。這就是我們看到的饅頭中的那些小孔。當然了，隨著溫度的增高，最後這些真菌都會死掉，饅頭也就不會再繼續變大了。
三、爆米花
另外一種我們比較常見的利用氣體膨脹現象來製作的食品就是爆米花。人類食用爆米花的歷史已經有幾千年了。製作爆米花最常見的原料是玉米、大米和小米，我們就以玉米為例。
幹玉米粒中富含多種營養成分（碳水化合物、蛋白質、鐵和鉀），但它們都被堅韌的外殼緊緊包裹在緻密的種粒裡面。我們在平底鍋內放入油，然後上火加熱，之後就是把幹玉米粒放到鍋裡，好戲就開場了。
玉米粒中的胚乳是給胚芽提供生長養分的原料，它的含水量大約為14%，這些胚乳在被熱油加熱之後，其中的水分就開始蒸發變成氣體。這些高溫的水分子左衝右突。但是它們卻被困在玉米粒的種皮之內。現在，每一個小玉米粒都變成了一個小高壓鍋，水分子無處可逃，所以玉米粒中的氣體壓力就會越來越大。
隨著氣體分子不斷相互碰撞，及撞擊種皮，種皮承受的壓力也逐漸攀升。不過，玉米粒種皮所能承受的壓力畢竟是有限的，當玉米粒的內部溫度上升到180°時，內部的氣壓接近10個標準大氣壓。隨著第一聲清脆的爆裂聲開始，平底鍋內的的爆裂聲就開始越來越激烈。
在爆裂的瞬間，其實是因為種皮無法再繼續困住水蒸氣，衝破了種皮的桎梏。玉米粒中的其它物質也由之前的10個大氣壓迅速暴露在1個大氣壓的環境當中，再也沒有什麼東西能攔住玉米粒中的物質，於是玉米粒中的凝膠開始爆炸性膨脹，直到其內部和外部氣壓相等。
緻密的白色凝膠變成了蓬鬆的白色泡沫，整個玉米粒向外翻了過來，然後逐漸冷卻固化，整個膨化過程就此結束。
四、高壓鍋
除了前面的使用氣體膨脹的例子之外，我們的廚房裡其實還有另外一種利用氣體行為的裝備「高壓鍋」。不過這種裝置，不是利用氣體體積變化來製作食物，而是利用被困住的氣體分子的行為。
當高壓鍋內的水被加熱產生大量的水蒸氣，這些水蒸氣就被困在高壓鍋內。就跟前面講的玉米粒中的水分子的情況一樣，這些水分子之間，以及水分子與高壓鍋內壁之間發生激烈的碰撞，水分子的速度不斷變快。
這樣高壓鍋內的水蒸氣的溫度，就可以超過在一個標準大氣壓下的溫度。換句話說，就是這個時候高壓鍋內的水的沸點超過了100°。高壓鍋就是利用壓力增加來提高水的沸點，利用更高的溫度，來加速食物變熟的裝置。
五、氣體定律
寫到這裡，看似我們把饅頭、爆米花、爆竹的原理都解釋清楚了，但是科學家們不會滿足於這樣粗糙的解釋，他們希望能了解更深入的問題。在這些情況下，組成這些氣體的那些微小單元（原子、分子）究竟發生了什麼，才產生了這些現象？
早在1662年，英國科學家波義爾發現，壓強增加，容器內的氣體體積就會縮小，容器內的氣體壓強與體積成反比。這就是波義爾定律。100年後，法國物理學家查理發現，氣體的體積與溫度成正比。這被稱為查理定律。
如今我們已經知道，波義爾定律和查理定律，其實都是組成氣體的分子的微觀粒子的行為在宏觀上的統計學表現。在標準大氣壓下，室溫條件下，我們的氧分子（兩個氧原子組成）會以1500千米每小時的時速去不斷撞擊以320千米每小時運動的氮氣分子（兩個氮原子組成）。
有了對於這些微觀現象（原子、分子行為）的理解再配合波義爾定律和查理定律，我們就可以非常明確地了解到蒸饅頭、爆米花和高壓鍋內發生的具體過程了。
不過這裡仍然要提一個反直覺的概念：單個分子沒有「溫度」一說。溫度是一個宏觀的量，它是指一團氣體分子，單個分子無所謂溫度。所以說，溫度實際上是描述分子平均動能的一個物理量。
六、蒸汽機
波義爾定律和查理定律的發現，給我們人類社會帶來了巨大的變革，一舉推動人類社會進入蒸汽時代。我們當地的一所高等學校院內，展放著一輛蒸汽火車頭。仰望這個巨大的鐵傢伙，你很難想像它其實就是一個帶輪子的鍋爐，上面燒著一大鍋開水。爬進駕駛室，我們會發現，如果要開動這個大傢伙，就需要不斷給那個爐子裡添煤。燃燒釋放出來的熱量，使得鍋爐裡的水沸騰蒸發，產生高壓的水蒸氣。
所以，我們可以把這個鍋爐看作是生產無數高速運動的水分子的機器。就跟前文提到的玉米粒中發生的現象一樣，這些高速運動的水分子，被困在一個狹小的空間中。需要釋放這些水分子的能量的時候，就會有一個閥門被打開，讓這些水分子，在被控制的情況下，有條件地釋放出去。
數以億計的水分子，通過閥門，傳過管道，瘋狂地撞擊在活塞上，活塞就會產生滑動。活塞的直線運動，再由與之相連接的連杆和曲軸，轉變成車輪的轉動，我們的火車就可以在鐵軌上前進了。
七、火箭
現在我們要來說一下火箭，因為火箭同樣是利用氣體分子的撞擊來推動物體的運動，從本質上來說，跟蹦爆米花和蒸汽機的基本原理是一樣的。與蒸汽機在可控的情況下，穩定可控地釋放那些分子的動能不同。人們設想，如果不經過轉換，直接釋放能量的效率是不是可以更高呢？其實，火槍、大炮和爆竹都是這種思路的早期產品。
到了20世紀，在一戰前夕就出現了一個這樣的瘋狂德國人，楚克爾。他研製了一種長度大約是1米的金屬圓筒，圓筒內是一根裝滿了粉末狀炸藥的銅管，噴嘴位於圓筒的底部。這枚火箭被安放在一個支架上，斜斜地指向天空。我怎麼看都感覺這個很像現在敘利亞反對派製造的煤氣罐火箭彈。
發射的時候，利用電池點燃炸藥，產生大量的高壓蒸汽。這些由數以億計高速運動的氣體分子就會猛烈撞擊火箭頂端，推動火箭向前飛行。由於火箭尾部是開放的，所以燃燒後的廢氣只能通過噴嘴直接排放到大氣中。推力的失衡就使得火箭可以高速向前飛行。
德國的V1和V2飛彈就是在這樣的背景之下得到了長足的發展，並且在二戰中嶄露頭角。戰後，各國都覺得火箭的潛力無限，開始加大力氣投入研發。隨後的故事大家都了解，除了出現了大量用於軍事用途的飛彈，更是帶來了人類航天技術的發展。火箭成為了人造地球衛星，空間站、登月的運載工具，開啟了人類宇宙航行的新紀元。
特別要提一句，前幾天，我們中國的「胖五」火箭發生成功，這意味著，我們中國首次火星探測的運載工具已經成熟，年底前擇機發射的條件已經具備。讓我們一起來期待著，那個讓國人激動的時刻吧。
結束語
饅頭、爆米花、高壓鍋、蒸汽機、火箭……這些看似不相關的東西，其背後都遵循著相同的物理定律。掌握了這些規律，我們就能夠讓組成物質的分子、原子按照我們的需要去運動，從而實現我們的目標。是要蒸出鬆軟的饅頭，還是要推動火箭上天，我們都需要分子和原子的幫助。
這是原子、分子的力量！
這也是科學的力量！