能装下⼀海之⽔的⽟净瓶是克莱因瓶吗?
《⻄游记》四⼗⼆回中,悟空难敌红孩⼉的三昧真⽕,去南海请观⾳菩萨救驾,她带上杨柳⽟净瓶装下⼀海之⽔,反掌之间就扑灭了⼤⽕。那么这个瓶⼦到底是什么?是数学家设想的克莱因瓶吗?
答:这个现象呢我认为是酒精⽓化吸热的结果。酒精是⾮极性分⼦,分⼦间的相互作⽤⼒⽐较⼩,因此在常温常压下容易挥发。当你把酒精喷在塑料瓶上的时候,酒精会快速⽓化吸收热量,导致塑料瓶身的温度降低。瓶内的⽔蒸⽓受凉后会液化,在塑料瓶内部形成⽔雾。
⽤⽕烧物体能让物体超过⽕的温度吗?
答:这个问题⾮常⾮常有意思。第⼀种情况,这个物体并不会被⽕点燃。因为根据热⼒学第⼆定律:热量可以⾃发地从温度⾼的物体传递到较冷的物体,但不可能⾃发地从温度低的物体传递到温度⾼的物体(克劳修斯表述),⽤⽕烧物体不能让物体超过⽕的温度。我们假设⽕的温度为300摄⽒度,那么物体会⼀直从⽕吸取热量,直到温度相等。温度⼀致以后,物体就⽆法从⽕处吸收热量,温度也就⽆法再升⾼。
第⼆种情况,这个物体会被⽕点燃。我们以甲烷为例⼦(化学式为CH4),甲烷的燃点为538摄⽒度,⽽甲烷燃烧的⽕焰最⾼温度能达到2860摄⽒度。如果我们⽤假定600温度的⽕去点燃甲烷,那么甲烷燃烧达到的2860摄⽒度远⾼于⽕的温度。
台⻛如何震碎玻璃,我们⼜该如何应对?
答:台⻛会带来狂⻛暴⾬,破坏性极⼤。当台⻛来临时,没有做好保护措施的窗玻璃是很容易破碎的。玻璃窗被台⻛震碎的原因主要有以下三种:1. 最直接的,玻璃被⻛刮来的杂物撞击破碎;2. ⻛吹玻璃引起玻璃振动,当⻛吹玻璃振动的频率恰好接近玻璃的固有频率时,会与玻璃产⽣共振,导致玻璃振动幅度不断增⼤,让玻璃破碎;3. ⻛⼒⾜够⼤,玻璃被强⻛吹变形,导致破裂。
⼀些媒体报道的,通过⽤普通胶带在窗户上贴⽶字形来加固玻璃窗,这其实是个流传了很多年的误区。国内外已经有很多实验证明,这种⽅法并不能有效的防⽌玻璃破裂。
⼀是因为脆弱的普通胶带不能增加⼤块普通玻璃本身的抗挠曲强度,反⽽弄不好可能会让玻璃受⼒不均,更容易破碎;⼆是⿎吹所谓“降低频率防⽌玻璃共鸣”,贴胶带确实会改变玻璃的固有频率,实际上我们是不能确定⻛吹玻璃的振动是在哪个频率,所以这样是保护了玻璃,还是贴了反⽽不如不贴,这事也不好说。
如果真的遇到超级⼤⻛,还是要保护⾃⼰,安全第⼀。可以在窗户上安装护窗板或者户外铝合⾦卷帘,甚⾄直接⽤⽊板等将窗户封死,这些都是靠谱且有效的防护措施。
坐⽕⻋时,常可以⻅到两列列⻋⾼速交汇,⽽根据伯努利原理,流速⼤的地⽅压强⼩,那么列⻋不会因此吸到⼀起吗?
答:这位同学说对了⼀半,其实两列列⻋会⻋时,真实的情况是两列⻋先分别受到指向外部的斥⼒,再受到指向内部的吸引⼒,如下图所示。
那为什么列⻋会⻋时会先受到斥⼒再受到吸引⼒呢?因为伯努利⽅程是只适⽤于定常流动情况下的。列⻋正常⾏驶时会挤压前⽅空⽓从⽽导致⻋头位置⽓压升⾼。在两列⻋交会之时,列⻋⾸先会受对⽅⻋头处挤压的⾼压空⽓影响,相互排斥。在交会过程中受伯努利⽅程影响,两列⻋中间的⽓压降低,因此受到向内的吸引⼒。通常来说,⾼压⽓体的斥⼒影响是要强于伯努利⽅程影响的。列⻋会⻋过程中的⽓压分布呢,如下图所示。
请问为什么⾼度近视会遗传?不良⽤眼习惯会影响到基因吗?还是说孩⼦跟着⽗⺟有样学样导致视⼒恶化?
答:以下回答不构成医学建议,有视⼒问题的请及时就医!近视的成因是由遗传、环境因素和⾏为习惯共同作⽤导致了近视的发⽣。所以不良的⽤眼习惯可能会导致近视,⾄于影不影响基因受多种复杂因素影响⽆法下准确结论。近视有2种类型:先天性近视以及后天获得性近视。先天性近视具有家族聚集性,受遗传因素的影响较⼤。
近视度数⾼于600度的屈光不正状态称为⾼度近视,⾼度近视的病因相当复杂。在遗传⽅⾯,⼤部分的⾼度近视遗传属于常染⾊体隐性遗传病。研究表明,同等条件下,与⽗⺟都不近视的孩⼦相⽐较:⽗⺟单⽅近视的孩⼦,发⽣近视的概率⾼2.1倍;⽗⺟双⽅都近视的孩⼦,发⽣近视的概率就增⻓到了4.9倍。⽗⺟近视与⼦⼥近视呈正相关,表明遗传性近视易感性。⽗⺟近视史与⼦⼥近视有着较⼤联系,尤其是⾼度近视。
关于保护视⼒,必须从⼉童抓起,⽗⺟对孩⼦要起监督和以身作则的作⽤,早发现早治疗。⽆论是⽗⺟还是孩⼦都要做到例如养成良好的⽤眼卫⽣习惯,保持正确读写姿势,增加户外活动时间等⾏为来预防近视,保护眼睛。
既然真空中没有氧⽓,那么恒星都是怎么燃烧的?
答:⼀般来说燃烧需要三种要素并存才能发⽣,分别是可燃物如燃料、氧⽓、以及温度要达到燃点(发光发热的氧化还原化学反应)。但恒星的“燃烧”并不是上述的燃烧,⽽是聚变反应!两个较轻的核结合⽽形成⼀个较重的核和⼀个极轻的核(或粒⼦)的⼀种核反应形式。在此过程中,物质并没有守恒,因为有⼀部分正在聚变的原⼦核的物质被转化为能量。在恒星内部所发⽣的“燃烧”最常⻅的就是氢原⼦核的聚变反应。
氢原⼦核的聚变反应
既然恒星燃烧不是我们平常所说的燃烧⽽是聚变反应,那恒星的⽕焰状结构怎么来的呢?
其实原因来⾃于——磁重联。磁重联是⼀种发⽣于⾼导电等离⼦体中的物理过程,过程中磁拓扑重新分布,同时磁能被转换为动能、热能与加速粒⼦。磁重联涉及的时间尺度介在磁场的慢阻抗扩散和快速阿尔⽂波之间。(确实有点复杂,其实简单点说就是太阳的磁场导致表⾯的等离⼦体表现出⽕焰状的结构!
磁铁为什么有磁性。碎开了,为什么⽣成新的磁极。磁是⼀种能量吗?
答:这是三个问题,我⼀个⼀个回答。
磁铁为什么有磁性?因为磁铁内部具有⾃发磁化的磁畴!磁畴的形成机理:铁磁性物质内部相邻原⼦之间的交换作⽤会让原⼦内部的磁矩(内部磁矩的来源主要为电⼦运动所产⽣的轨道磁矩和⾃旋磁矩)平⾏或者反平⾏排列,从⽽导致局域内的各原⼦的磁矩沿着同⼀个⽅向排列。
磁畴
为什么磁铁断开后会形成新的磁极?因为磁铁内部的磁畴不会因为磁铁断裂⽽消失。刚刚我们提到磁铁内部具有⾃发磁化的磁畴,⽽当磁铁断开以后,内部磁畴的仍然存在,磁畴存在那么铁磁性也就存在!
磁是⼀种能量吗?磁不能与能量划等号。但磁⼒可以做功,功是能量转化的量度,磁⼒做的功来⾃于磁场前后的势能差。
相传克莱因瓶可以装下太平洋所有的⽔是真的么?
答:很难说是真是假,因为克莱因瓶是存在于四维空间的封闭的⾯,装三维空间的⽔属于是《三体》中褚岩进⼊⽔滴——升维打击了。在四维视⻆下,克莱因瓶并没有⾥外之分,所以很难定义什么叫“装”。你⼤可以认为它能像观⾳菩萨的⽟净瓶⼀样装下⽆穷多的⽔,也可以认为它⼀滴⽔也装不进去。
为了说明这个问题,不妨先看⼀下这条8字形的封闭的线。如果这条线是存在于⼆维空间⾥的,那么它所“围”住的⾯积就能很好地定义出来。但如果这条线是三维的,⽐如下图中红线部分被升⾼了,那么这时这条线所“围”的⾯积就很难被清楚地定义出来了。
克莱因瓶也是类似的,它可以理解成将莫⽐乌斯环的两条边粘合起来的产物。粘合的过程中橙圈内的部分看似会相交,但其实是这是投影到三维空间中的错觉,它们在第四维中是错开的。
⼆维空间中封闭的线可以清楚地定义⼀个⾯积,但升到三维后就不⾏了。三维空间中封闭的⾯可以清楚地定义⼀个体积,但升到四维后也不⾏了。所以回过头来看题⽬,因为我们很难在四维空间中定义什么叫“装”,就像很难在三维空间中定义什么叫“围”。
现在市⾯上卖的所谓的克莱因瓶实物,都是三维空间下的“伪劣仿制品”,瓶颈在穿过瓶身连通瓶底的时候不可避免地会相交。
⽹上有博主尝试往⾥⾯装⽔,装到⼀定程度后确实会满出来。这其实是不对的,因为在装的过程中默认在橙⾊⽅框处加了⼀个⾯,这个⾯加上克莱因瓶才会围成有限的空间。克莱因瓶本身只有⼀个⾯,和莫⽐乌斯环⼀样,并不区分⾥⾯和外⾯。