相信大家都有過
夜晚拍照照片出現(xiàn)鬼影的經(jīng)歷
讀下去
教你如何有效消除它！
（文末彩蛋：收獲單身男青年美照一張）


Q1

關(guān)于相對論的問題：我開宇宙飛船遠離地球，在地球眼里是我遠離地球，在我眼里是地球遠離我，那么這個時候到底是誰的時間變慢了？

by 匿名

答：

都變慢了：當你坐上宇宙飛船時，以飛船為參考系，地球在運動 , 在你看來地球上的時間變慢了， 而以地球為參考系，飛船在運動，地球上的人看來，你的時間變慢了。首先我們必須明確，這是在兩個不同運動狀態(tài)的參考系下看問題。乍一看，地球系比飛船系慢，飛船系也比地球系慢，確實是一對矛盾，但是我們要注意這兩個論斷都是有條件的。之所以有這種疑問可能是伽利略變換的思想深入人心，我們默認了在不同參考系下的時間流逝都是相同的，但是狹義相對論糾正了這一點，它讓我們明白：在不同運動狀態(tài)的參考系下，同一事件的時間流逝速度是不同的，時間流逝速度與相對參考物的空間運動速度有關(guān)，因為只有這樣才能保證真空中光速恒定。

所謂“相對”論，時間的快慢也需要找一個參考物，對于每一個參考系而言，它都可以擁有屬于自己的獨一無二的時間量度，也就是說彼此運動的時鐘不再同步。如果在同一參考系下，兩者都慢確實是一對矛盾，但是在兩個時鐘不同步的參考系中分別得到對方慢的結(jié)論是很平常的事情。

by 小線

Q.E.D.

Q2

兩塊一樣的電池，一塊100%電量，另一塊0%電量，兩者重量是否一樣？為什么？類似問題：兩塊一樣的移動硬盤，一塊內(nèi)部完全充滿數(shù)據(jù)，另一塊內(nèi)部沒有任何數(shù)據(jù)，兩者重量是否一樣？為什么？

by 極致Kikyo

答：

對于我們目前使用的電池而言，那么理論上在充電前后電池的質(zhì)量不會發(fā)生變化。如果我們認為沒有發(fā)生電池電極材料的損耗，那么由于電池在充電前后均保持電中性，那么在充電前后電池的電子總數(shù)應(yīng)該保持不變。因此電池內(nèi)部物質(zhì)的量沒有發(fā)生變化，所以充電前后的質(zhì)量不變。充電只改變了電子和原子核的電勢能。當然如果從質(zhì)能方程E=mc^2出發(fā)，那么不同的能量對應(yīng)的質(zhì)量有細微的差別，比如額定電壓為5V的5000mAh的電池（類似于手機電池）在充電前后只會因為質(zhì)能方程變化約1ng。實際上來看，多次充放電后。電池電極材料由于損耗，結(jié)構(gòu)變化，氧化等等其他原因，可能會產(chǎn)生充電前后的質(zhì)量區(qū)別。

對于硬盤存儲數(shù)據(jù)而言，以我們最常使用的機械硬盤為例。存儲數(shù)據(jù)只能改變硬盤上存儲顆粒的磁化取向，因此存儲數(shù)據(jù)前后，其質(zhì)量也不會發(fā)生變化。

by 單身男青年

Q.E.D.

Q3

絕對時間為什么難以完全摒棄?

by FuSibo

答：

對我們每個人來說，可能是因為地球太小（人類目前沒有星際旅行的真實場景）、人生太短、換算太麻煩（你不會希望急匆匆趕早八之前還要口算一遍洛倫茲變換），或者是車馬郵件都慢（遠低于光速）...

而與此同時，絕對時間也并沒有那么難被摒棄，例如衛(wèi)星導航中就應(yīng)用了廣義相對論進行時間修正，否則我們就無法在冬天吃上熱乎的外賣啦??

by Callo

Q.E.D.

Q4

如果有兩束光發(fā)生了相消干涉，那么這兩束光原本帶有的能量去哪里了？

by 匿名

答：

這里搭建一個馬赫-曾德爾干涉儀，當兩束光在A位置干涉相消時，那就必然會在B位置干涉相長。這個過程怎么解釋呢？

當光從介質(zhì)界面發(fā)生反射時，按照麥克斯韋方程組的邊界條件，從光疏介質(zhì)一側(cè)反射，反射光相位與入射光相位相反，從光密介質(zhì)一側(cè)反射，反射光與入射光相位相同。

運用到半透半反鏡，就會實現(xiàn)一側(cè)相位相同，一側(cè)相位相差180°，能量是守恒的，有干涉相消的部分就會有干涉相長的地方。

半透半反鏡是將光的能量分為一半，相干疊加是振幅相加，光場能量依然保持不變。兩束光的總能量為2I。

因此根據(jù)能量守恒，光的能量是不會憑空消失的，他是能量在空間中的重新分配，兩束光疊加后加強的能量是來自于其他部分疊加后相消的能量。

by 藍多多

Q.E.D.

Q5

地表由于地球自轉(zhuǎn)和地球同步轉(zhuǎn)動，那么其上的空氣是如何與其靜止不動的？

by whey

答：

是什么力量推動大氣層隨著地球一起自轉(zhuǎn)呢？答案是不需要推動。大氣隨地球自轉(zhuǎn)時必然要有一個力作為向心力，地球的萬有引力足夠提供大氣隨地球自轉(zhuǎn)所需的向心力，另外大氣與地表保持相對靜止，因此地表與大氣之間沒有摩擦力(此處為簡化模型，忽略了局部存在的空氣與地表的相對運動，例如風)，大氣的轉(zhuǎn)動不會受到阻力而減速，也就不需要推動力來維持。

地球形成初期的初始角動量保留下來形成地球的自轉(zhuǎn)。前太陽星云假說認為太陽系是由前太陽星云(宇宙中的塵埃、分子、等離子體聚集的一片區(qū)域，存在大量氣體分子和電離的氫，不能透過可見光)在萬有引力作用下塌縮形成的，其中就包括地球和地球大氣。另外的觀點指出地球巖石層通過火山噴發(fā)等方式釋放了大量氣體到大氣層。這兩種機制都表明大氣層形成時就已經(jīng)隨地球自轉(zhuǎn)了。

參考資料：

1. physics stackexchange

2. Zahnle, Kevin, Laura Schaefer, and Bruce Fegley. "Earth’s earliest atmospheres." Cold Spring Harbor perspectives in biology 2.10 (2010): a004895.

by 利有攸往

Q.E.D.

Q6

為什么微波爐不能加熱雞蛋?

by 尹馨蘋

答：

大家肯定被叮囑過，最好使用陶瓷、玻璃和塑料碗放在微波爐中，而且如果有蓋的話，一定要把蓋打開再放進去。因為微波爐是用高頻電磁波來促使食物中的水分子加熱的，金屬材質(zhì)會反射，金屬根本沒有辦法吸收或傳導它；微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，但不會消耗能量。

用微波爐加熱雞蛋的時候，雞蛋內(nèi)的水分子會產(chǎn)生高速運動，從而產(chǎn)生熱量和蒸氣，被雞蛋的膜和殼阻礙，拿出來的時候容易因膨脹而發(fā)生爆炸，具有一定的危險性。同理微波爐也不可以用來加熱板栗等一些帶殼的食物，需要打破或剝掉外殼才能放入微波爐中。

筆者還聽說過這樣一個小故事，以前的一場官司，一個老太太用微波爐烘干自己的貓，結(jié)果貓死了，老太太就把微波爐公司告上了法庭，還控訴成功了！后來所有的微波爐廠家都會寫明，禁止放活物。（所以雞蛋也算活物的…吧，下次加熱雞蛋，把蛋在碗里打散就沒事啦~）

by 藍多多

Q.E.D.

Q7

光有加速度嗎？

by 熱愛物理的小魏同學

答：

光速在同一種介質(zhì)當中是恒定不變的，因此光沒有加速度。

光能量和動量的變化，來自于頻率的紅移或藍移，而不是速度的改變。當然，光子在不同介質(zhì)里有不同的速度，在穿越不同介質(zhì)的時候，光運動的速度確實發(fā)生了改變，但是此時光的速度變化是不連續(xù)的，不可微的，因此我們沒有辦法定義在介質(zhì)的間隔面上定義出一個合理的加速度。

在更復雜的情況下：比如在黑洞周圍光的傳播路徑發(fā)生了彎曲，這個時候我們會說光有加速度嗎？為了回答這個問題，我們必須區(qū)分光速和在固定坐標下的光速。簡單地說，此時光沿測地線傳播，也不會有真正意義上的“加速度”。

by 單身男青年

Q.E.D.

Q8

在地面上的直升機和在太空中的飛船運動的原理相同嗎？

by 匿名

答：

相同，都近似遵循牛頓運動定律，但是具體方式不同。區(qū)別在于直升機在大氣內(nèi)而太空飛船在大氣層外。

直升機可以借助空氣中的氧氣使燃料燃燒提供動力，并且依靠旋翼與空氣相互作用為飛行提供升力和前進的動力。典型的直升機有兩個旋翼，包括頂部一個大的主旋翼和尾部一個小的尾槳。主旋翼通過高速旋轉(zhuǎn)給空氣一個向下的推力，推動空氣向下流動，反過來空氣給旋翼一個向上的升力，使直升機可以垂直起降和懸停。直升機水平移動時，主旋翼朝前進方向傾斜，提供一個水平方向的推力。尾槳的作用是提供反向力矩，直升機在空氣中懸停時，為了維持主旋翼的轉(zhuǎn)動，位于直升機主體部分的發(fā)動機必須提供給旋翼一個力矩，那么反過來旋翼也會給直升機主體提供一個力矩，使之反向轉(zhuǎn)動，尾槳就是用來抵消這個力矩的。

外太空沒有氧氣，因此太空飛船除燃料外必須攜帶氧化劑。飛船如果想要加速或者減速，只能向后或向前高速噴出氣體，根據(jù)動量守恒定律我們知道，如果飛船向后噴出高速運動的氣體，這部分氣體會帶走一定的向后的動量，飛船會因此獲得一個向前的動量來抵消它，于是就實現(xiàn)了飛船的加速。在遠離任何天體的空間，由于沒有空氣包圍，飛船幾乎不受任何阻力，在不開發(fā)動機的情況下可以保持勻速直線運動。更多的情況是，飛船在某個天體的引力場中運動，根據(jù)能量不同，軌跡可能是橢圓、拋物線或雙曲線，飛船可以通過加速減速實現(xiàn)變軌。

參考資料：

1. CONLISK A T. Modern helicopter aerodynamics[J/OL]. Annual Review of Fluid Mechanics, 1997, 29(1): 515-567. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.29.1.515.

by 利有攸往

Q.E.D.

Q9

為什么海水和清澈的湖水是藍色的，是水的散射還是反射天空的顏色？以及為什么江水和和水即使很清澈有時在遠處看也是黑色的？

by 匿名

答：

我們都知道干凈的水是無色透明的。那么，為什么海洋或者呈現(xiàn)藍色呢？

多年來，很多人相信海洋和其他水體是藍色的，因為它們反射著藍天。但是這不完全是對的！盡管水的表面確實會反射天空：從海岸上看，晴天時它可能會呈現(xiàn)藍色，暴風雨時呈現(xiàn)灰色，甚至在日落時呈現(xiàn)粉紅色。但是，如果我們在海面以下觀察，海水依然呈現(xiàn)藍色，甚至當我們從太空觀察海洋時也是如此。在這些情況下，水不會反射天空。

這是因為海水和清澈湖水呈現(xiàn)藍色主要是由于水分子對不同頻率的光的選擇性吸收和散射。我們都知道陽光是由不同顏色的光組成的，當光線穿過水時，波長較長的紅色波段的光被水吸收得較多，并在光譜上留下較短的藍色波段，這些顏色反射到我們的眼睛中讓我們感覺海水是藍色的。

至于江水為什么即使非常清澈，有時在遠處看起來也是黑色的，這主要是由于以下因素：

1.水深和底部物質(zhì)：當水體非常深時，陽光不能深入到水底，導致水面上方的水顯得較暗或黑色。此外，如果水底覆蓋著深色的沙土、泥土或巖石，這些暗色會反射到水面上，使水看起來更暗。

2.光的折射和反射：水體對光線的折射和反射影響其外觀顏色。從遠處看，水面反射了天空和周圍環(huán)境的顏色。如果天空陰暗或周圍環(huán)境較暗，水面反射的顏色就會偏暗，從而使得遠處的水體看起來是黑色的。

3.水中的有機物質(zhì)（丹寧酸）：某些河流和湖泊可能因為腐爛植物釋放的丹寧酸而呈現(xiàn)深色，并變得酸性例如某些流經(jīng)森林、沼澤或濕地的緩慢流動的水道。這種類型的水體被稱為黑水河流，通常具有較低的pH值。

參考資料：

1. 海洋為何呈現(xiàn)藍色？

2. 海洋為什么是“藍色”的？

by 青春小花??

Q.E.D.

Q10

太空有溫度嗎？熱源在太空中會散熱更快還是更慢？

by 羅蘭

答：

我們使用“溫度”這一物理量來表征一個物體的冷熱程度，在微觀上來看，溫度反應(yīng)的是物體內(nèi)部粒子熱運動的劇烈程度。

因此，我們當然能夠用和地面上一樣的溫度的定義來衡量諸如太陽一樣，在太空中相對“致密”區(qū)域里熱運動的劇烈程度。但是對于如果遠離各星體，幾乎是一個完美的真空的太空空間而言，我們不能給出一個通常意義的“溫度”。太空中沒有這種意義下的溫度，不意味著熱源在太空中不能散熱。

物體可以通過三種不同的方式與環(huán)境進行熱交換：傳導、對流和輻射。前兩種都依賴物質(zhì)來進行導熱或?qū)α鳎谌N熱輻射卻不需要。熱源最初處于相對高的溫度下進入太空時，它就會開始將熱量輻射于四周，開始以比在地面上更緩慢的速度降溫，（或者如果它在太陽附近，就能夠接受太陽發(fā)出的巨大熱輻射而升溫），但是這種降溫是有終點的，在2.7K（大約-270°C）時，物體的對外熱輻射和接受的宇宙微波背景輻射平衡。

現(xiàn)在認為，微波背景輻射是宇宙誕生“大爆炸”的遺留，時間漫漫，背景輻射不同波長的輻射強度也在發(fā)生變化，時至今日，背景輻射看起來就像是一個2.7K溫度的黑體所發(fā)出的，因此我們稱呼即宇宙微波背景輻射的溫度是2.7K，這也是我們通常稱呼的深空的“溫度”。

by 單身男青年

Q.E.D.

Q11

溫度究竟是什么？一塊熱的鐵燙手，僅僅是因為它的表面分子運動速度很快，以至于經(jīng)過傳導讓人們手上的分子運動速度也變快，然后我們大腦告訴我們這是燙的？

by Bob

答：

題主的描述沒有問題。當外界溫度改變特別是機體受到冷熱刺激時，表面皮膚分布的冷熱溫度感受器會探測到信號，并傳入到神經(jīng)中樞，抵達大腦，產(chǎn)生燙的感覺。人體對溫度的感知，不是基于溫度的具體數(shù)值，而是基于溫度的變化。就像相同溫度的鐵塊和木塊，但是你會覺得鐵塊更冷，這是由于鐵塊的導熱能力更強，你的皮膚散熱更快，因此我們會感受到更冷。

在從微觀上來看，溫度的本質(zhì)是衡量物體分子熱運動的劇烈程度，一個宏觀物體的溫度，正比于組成它所有粒子動能的平均值，溫度是一個統(tǒng)計概念，描述對象必須由大量的微粒組成。所以說從微觀上來分析，溫度感受器接受冷熱刺激是一種熱傳遞過程，當皮膚接觸到溫度不同的物體，也就是說皮膚分子接觸到與之運動狀態(tài)不同的分子，由于分子之間的碰撞，導致皮膚分子運動狀態(tài)改變，從而使手的溫度改變，形成冷熱刺激。

by 小線

Q.E.D.

Q12

我在西安大唐不夜城拍了一句話構(gòu)成的燈的照片，在月色下，回顧照片的時候發(fā)現(xiàn)有字的完全倒過來的顯示，這是什么原理呢？

by 懶Yang閑Yu

答：

這是光在鏡頭組之間來回反射產(chǎn)生的鬼影（ghosting flare）。

手機和相機鏡頭是由多個透鏡組成的，物體發(fā)出的光要穿過透鏡組才能落到傳感器上。其中，大部分光線會在空氣-玻璃界面處透過并發(fā)生折射，但少部分光會在界面發(fā)生反射。下圖中紅色的光就是這樣一種二次反射光，它會傳感器上匯聚成一個新的像，稱為“鬼影”。同樣的道理，還會有四次反射甚至六次反射的光，不過這些光非常弱，往往不會對成像產(chǎn)生影響。

二次反射可以在不同的空氣-玻璃界面上發(fā)生，所以在單張照片中，同一個物可能會有多個鬼影。但只要光學系統(tǒng)具有徑向?qū)ΨQ性，鬼影就都會落在主像和傳感器中心的連線(l炫光)上。傳感器的中心點(o)將這條連線分成兩側(cè)，在原像另一側(cè)的鬼影是倒立的，也就是這位讀者看到的倒立的像的來源。

要想解決鬼影，硬件方面可以在鏡頭上鍍增透膜，減少光線在界面的反射率，降低鬼影的亮度。

還可以合理設(shè)計透鏡組，減少二次反射光進入CCD的量[2]。

也可以在軟件方面設(shè)計后期處理算法，檢測鬼影并將其消除。有研究者提出假設(shè)，認為較強的鬼影基本上位于與原像中心對稱的位置，所以可以利用這個位置關(guān)系方便地識別鬼影并消除[3]。

參考資料：

1. Koreban F, Schechner Y Y. Geometry by deflaring[C]//2009 IEEE International Conference on Computational Photography (ICCP). IEEE, 2009: 1-8.

2. Hullin M, Eisemann E, Seidel H P, et al. Physically-based real-time lens flare rendering[M]//ACM SIGGRAPH 2011 papers. 2011: 1-10.

3. Dai Y, Luo Y, Zhou S, et al. Nighttime smartphone reflective flare removal using optical center symmetry prior[C]//Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2023: 20783-20791.

by 牧羊

Q.E.D.

Q13

單身男青年是誰？能否介紹認識一下?

by 單身女青年

答：

你好單身女青年，很高興認識你。應(yīng)廣大讀者的需求，請允許我在此簡要介紹一下我自己。

本人單身男青年，一只物理學科研民工，性別男，24歲，目前單身。身高180cm，體重75kg。興趣愛好廣泛。游戲愛好者，喜歡的游戲種類包括但不限于RTS/MOBA/RPG/rouge/ACT/soul-like/桌游等。騎行愛好者，地理愛好者，科幻愛好者，推理愛好者，電影愛好者，旅游愛好者，健身愛好者，美食愛好者，時常處在肥宅和現(xiàn)充的疊加態(tài)。

鑒于單身女青年的熱情，下面附上一張自拍照，希望可以打消你的熱情，早日回頭上岸：

若想進一步與我聯(lián)系，請下拉至本推送最后并給本回答投票，我將擇機復出。

by 單身男青年

Q.E.D.

#本期答題團隊

單身男青年、小線、Callo、藍多多、利有攸往、青春小花??、牧羊

編輯：Gyoku