植物輸送水分和養(yǎng)分的另一種方式
紙巾快速吸收液體
蠟燭的燃燒
愛因斯坦的第一篇論文
原來都藏著毛細(xì)現(xiàn)象！


Q1

為什么咖啡搖一搖會(huì)出現(xiàn)泡沫？

by 半日閑

答：

咖啡表面的泡沫是一種“膠體”，即是一種氣體和液體和混合狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，氣體并沒有溶解入液體，而是保持自身的氣態(tài)，形成了被液體包圍住的一個(gè)個(gè)"氣泡"。在咖啡中產(chǎn)生的綿密氣泡經(jīng)常被稱為'Crema'，對咖啡的潤滑的口感和香氣都很重要。

盡管對于咖啡泡沫的產(chǎn)生和維持還沒有一個(gè)精確的結(jié)論，但通常都認(rèn)為它與咖啡液中碳酸氫鹽和碳酸之間的平衡息息相關(guān)。在一般的咖啡液體中，CO?溶解和析出保持平衡，而搖晃咖啡施加了一個(gè)不穩(wěn)定的離心力，產(chǎn)生液體壓力梯度，促使碳酸平衡被打破，咖啡中的微米級固體顆?？梢猿洚?dāng)成核位點(diǎn)，促使析出的CO?氣體形成氣泡上升，并在咖啡的表面匯聚。咖啡表面的空氣/咖啡界面擁有許多蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)通過在氣泡和的周圍形成粘彈性的“皮膚”包裹并穩(wěn)定泡沫。

同時(shí)咖啡中富含多糖，多糖使得咖啡更加粘稠難以移動(dòng)，阻止了泡沫中氣體向空氣的析出。在多種有利因素的作用下，咖啡表面的泡沫通常能夠維持?jǐn)?shù)分鐘以上。

參考資料：

1. Ishwarya S P, Nisha P. Unraveling the science of coffee foam–a comprehensive review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2021, 61(10): 1704-1724.

2. Nunes F M, Coimbra M A, Duarte A C, et al. Foamability, foam stability, and chemical composition of espresso coffee as affected by the degree of roast[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997, 45(8): 3238-3243.

by 單身男青年

Q.E.D.

Q2

刮大風(fēng)時(shí)候的嗚咽呼嘯聲是怎么來的？

by 匿名

答：

我們知道風(fēng)是看不見的，但我們經(jīng)常能聽到大風(fēng)呼呼地從我們耳邊吹過，風(fēng)本身帶有這種呼嘯聲嗎？

風(fēng)其實(shí)是空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的現(xiàn)象，而氣體本身是不會(huì)產(chǎn)生聲音的，當(dāng)風(fēng)在流動(dòng)過程遭遇到阻礙時(shí)，就會(huì)在障礙物表面產(chǎn)生渦流，從而產(chǎn)生振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)傳到空氣中，如果振動(dòng)頻率恰好在人的聽覺范圍之內(nèi)（20-20000HZ），就會(huì)被人耳聽到，便成了我們所說的風(fēng)聲。而且風(fēng)力的強(qiáng)弱不同，致使障礙物振動(dòng)的頻率也不同，我們會(huì)聽到不同高低音調(diào)的風(fēng)聲，所以真有可能風(fēng)"太大"，讓你聽不清。當(dāng)沒有阻礙氣體流動(dòng)的障礙物時(shí)，風(fēng)也就銷聲匿跡了。

by serendipity

Q.E.D.

Q3

為什么提到元素的衰變都說半衰期而不說衰變（全衰）期？

by 林葉泉

答：

對于大量放射性原子核來講，半衰期指的是半數(shù)原子核發(fā)生衰變所需的時(shí)間，人們常常用半衰期來衡量元素衰變的快慢，同樣地，我們也可以定義1/3衰期，1/4衰期等等，定義半衰期只是為了方便計(jì)算罷了。

大量放射性原子核衰變滿足指數(shù)衰減規(guī)律：

其中N0是初始時(shí)刻的原子核數(shù)，λ是衰減常數(shù)，從數(shù)學(xué)上看，全衰期（即N=0）是無窮大，并且對于任何一個(gè)原子核都是一樣的，所以我們無法用全衰期來判斷元素的衰變快慢，因此這樣定義的物理量是沒有意義的。

by Sid

Q.E.D.

Q4

如何理解分形的維度介于整數(shù)維度之間?

by 萊茵金狗克麗斯騰

答：

解釋這個(gè)問題要重新理解空間或者圖像的維度。通常而言，按照Euclid理論，直線是一維，平面是二維，空間是三維，推廣出去，就有更高維的超空間，其含義非常直觀。這種維度我們叫做Euclid維數(shù)。而在分形中，我們用自相似的性質(zhì)來定義維度，如果將任意一個(gè)圖形的線度放大L倍，對于D維的幾何對象將能獲得K個(gè)原來的幾何對象，即有：K=L^D。

我們使用分形的維數(shù)重新看待原有的Eulid維度，可見，對于正方形，L=3,K=9,D=2。而對于立方體，L=3,K=27,D=3，這些例子里，分形維度和直觀的Euclid維數(shù)吻合，在1919年數(shù)學(xué)家Hausdorff就按照這樣的辦法定義出Hausdorff維數(shù)D=lnK/lnL。

一個(gè)經(jīng)典的分形維數(shù)的例子是Cantor桿：將桿分為三段，舍棄中間一段，再對剩余兩段做同樣的處理。對于Cantor桿，線度增加3倍時(shí)，幾何對象的個(gè)數(shù)只有原來的兩倍，因此其Hausdorff維數(shù)為ln2/ln3=0.6309，就是一個(gè)典型非整數(shù)維度的例子。不過需要注意的是，幾何對象具有分形特征的同時(shí)也可能有整數(shù)D。

by 單身男青年

Q.E.D.

Q5

為什么有時(shí)月亮看起來很皎潔，有時(shí)看起來很暗黃呢？

by 匿名

答：

月亮的皎潔和暗黃形容的是月亮的顏色和亮度。月亮的顏色和亮度變化是受多種因素影響的，包括月相（即月亮相對地球和太陽的位置）、大氣條件、地理位置和觀察時(shí)間等。

首先從月相的角度分析：在滿月時(shí)，月亮看起來最亮，因?yàn)樗惶栒樟恋囊幻嫱耆嫦虻厍?。在新月時(shí)，月亮幾乎看不見，因?yàn)樗惶栒樟恋囊幻嫱耆诚虻厍?。同時(shí)，月亮繞著地球轉(zhuǎn)動(dòng)的軌道實(shí)際上是橢圓形的（地球位于橢圓焦點(diǎn)），這意味著月亮和地球的距離有近有遠(yuǎn)，最近的位置稱之為近地點(diǎn)，最遠(yuǎn)的位置稱之為遠(yuǎn)地點(diǎn)。顯而易見，當(dāng)月亮離地球越近也就看起來又大又亮，反之則又小又暗。

接著可以從大氣條件的角度分析：當(dāng)月亮低懸在地平線時(shí)，月光必須通過大氣層才能灑向地面，這可能導(dǎo)致它的顏色變得又暗又黃。這是因?yàn)榇髿鈺?huì)散射掉更多的藍(lán)光，使得通過的光線偏向紅色/黃色，這是一種叫做"瑞利散射"的現(xiàn)象，同樣的原因也使得日出日落時(shí)太陽看起來呈紅色。

最后，地理位置和觀察時(shí)間也是非常重要的影響因素：在不同的地理位置和不同的觀察時(shí)間，月亮的高度角和方位角都會(huì)有所變化，這將同時(shí)影響月亮的顏色和亮度。這一點(diǎn)我們可以聯(lián)想各種的"超級月亮"的新聞。一些百年一遇或者千年一遇的星象可是要在特定的城市、特定的時(shí)間段才能觀測的到喔。

總而言之，月相往往影響月亮的亮度、形狀和大小，大氣條件往往改變月亮的顏色，而地理位置和觀察時(shí)間可能成為賞月的關(guān)鍵因素。這就是有時(shí)候月亮看起來皎潔，有時(shí)候又看起來暗黃的原因。

by 魚非我

Q.E.D.

Q6

光具有波粒二象性，那么其波動(dòng)性是電磁波性質(zhì)的體現(xiàn)，還是光子概率波性質(zhì)的體現(xiàn)，或者是兩者均有？

by 咕

答：

波粒二象性認(rèn)為光既可以表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)，例如光電效應(yīng)；又能表現(xiàn)出波的性質(zhì)，例如光的干涉，其中的波指的就是電磁波表現(xiàn)的波動(dòng)性質(zhì)。然而概率波才是描述了量子世界中光的真實(shí)狀態(tài)。

電磁波是由麥克斯韋方程組來描述的，它是一種經(jīng)典意義下的波，沒有完全描述出微觀粒子的特征，例如由麥克斯韋方程組不能解釋原子核中電子穩(wěn)定性的問題。

首先我們要跳出自己的經(jīng)典思維。微觀物體其實(shí)并不能稱之為粒子，也不能稱之為波，它們只是在不同的測量條件下會(huì)分別表現(xiàn)出粒子和波的性質(zhì)。我們只可以粗略的描述微觀粒子其實(shí)是彌散在空間中的“一團(tuán)模糊的東西”。例如在未被測量之前，氫原子電子就是由圖1中這些“一團(tuán)團(tuán)亮光”來描述，越亮代表測量得到的概率越大。

那么微觀物質(zhì)是如何存在于空間中的呢？這個(gè)問題由概率波來回答。微觀世界中物質(zhì)遵循量子力學(xué)的規(guī)律，我們能通過測量得到它們塌縮出現(xiàn)在空間某一處的概率，在塌縮之前，我們用波函數(shù)來描述他們，波函數(shù)的平方為物質(zhì)出現(xiàn)在空間某位置的概率。隨著時(shí)間的變化，空間各點(diǎn)的概率分布也會(huì)變化，于是我們用波的物理學(xué)語言去描述，也就是概率波的形狀會(huì)變化。概率波成為了微觀物質(zhì)的粒子特性和波動(dòng)特性的連接橋梁，波函數(shù)的演變規(guī)律由薛定諤方程決定，當(dāng)薛定諤方程解出物質(zhì)的概率波形狀非常集中時(shí)，那么就說明在很小的空間尺度內(nèi)集中了物質(zhì)出現(xiàn)的所有概率，則微觀物質(zhì)表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)，如果方程解得到的概率波在空間中很分散，那么物質(zhì)能表現(xiàn)出波的特性。

by 小線

Q.E.D.

Q7

想知道指尖抽血時(shí) 醫(yī)生用來吸血的那根細(xì)長透明管是什么 它兩頭是通的那么原理是什么呢?

by X.

答：

你知道愛因斯坦在他人生中發(fā)表的第一篇論文是關(guān)于什么的嗎？是不是想不到會(huì)和這個(gè)問題相關(guān)哈哈。

醫(yī)生用來從指尖抽血的細(xì)長透明管稱為毛細(xì)管。它的內(nèi)徑只有約1毫米，依靠毛細(xì)作用將血液吸入空隙。狹窄的尺寸使血液附著在內(nèi)壁上，產(chǎn)生表面張力，將血液向上拉。由于管道的兩端是開放的，因此血液會(huì)沿著管道的整個(gè)長度繼續(xù)流動(dòng)。毛細(xì)管的力量就像一個(gè)無形的泵，不斷將液體吸入管內(nèi)。

毛細(xì)作用是指液體在沒有重力等外力作用下在狹窄空間流動(dòng)的現(xiàn)象。發(fā)生毛細(xì)作用的原因是液體分子與管壁之間的吸引力大于液體分子本身之間的吸引力。這導(dǎo)致液體在管內(nèi)上升，直到液體的重量平衡了上升力。

毛細(xì)作用由兩種力引起：內(nèi)聚力和粘附力。內(nèi)聚力是將液體分子固定在一起的力。粘附力是使液體粘附在另一個(gè)表面上的力。當(dāng)液體與細(xì)管或多孔材料（如植物莖干或紙巾）接觸時(shí)，液體與材料之間的粘附力要強(qiáng)于液體內(nèi)部的內(nèi)聚力。這意味著，液體分子與材料之間的吸引力大于相互之間的吸引力。因此，液體會(huì)爬上管子或在材料中擴(kuò)散。

毛細(xì)作用的高度或速度取決于多個(gè)因素，如管子的直徑、液體的表面張力以及液體和材料之間的接觸角。一般來說，毛細(xì)作用在較細(xì)的管子或材料中更為有效，液柱重量與管徑的平方成正比，但是液體與管壁的接觸面積只與管徑成正比，這使得有更多的表面積可供粘附。此外，表面張力較高的液體（如水）往往比表面張力較低的液體（如酒精）上升得更高。

毛細(xì)作用對自然和人類生活都很重要。例如：

●植物除了蒸騰作用外還利用毛細(xì)作用將水分和養(yǎng)分從根部輸送到葉片。水分子粘附在植物莖干中稱為木質(zhì)部的微小管壁上，并在向上移動(dòng)的過程中相互牽引。

●紙巾利用毛細(xì)作用快速有效地吸收液體。我們知道紙巾中間有很多空隙，而紙纖維就像細(xì)管一樣，通過粘附作用吸入液體分子，并通過內(nèi)聚作用將其擴(kuò)散到整個(gè)紙巾。但是如果僅僅是空隙，并不能夠吸水。比如說平常我們使用的海綿，它可以把水吸得飽飽的，但是卻不能用來吸水銀，就算我們往里硬塞進(jìn)去也不行的那種。

●蠟燭中的蠟利用毛細(xì)作用可以持續(xù)燃燒數(shù)小時(shí)。蠟燭的燈芯由棉花或其他多孔材料制成，可以吸收燭體中融化的蠟。然后，蠟通過毛細(xì)作用沿著燭芯向上移動(dòng)，到達(dá)火焰處汽化燃燒。

●化學(xué)上的薄板層析法和柱色譜法（過柱子）也利用了毛細(xì)效應(yīng)?；瘜W(xué)家們利用毛細(xì)現(xiàn)象來區(qū)分不同的化學(xué)物質(zhì)和成分。實(shí)驗(yàn)中處理的可以流動(dòng)的液體（流動(dòng)相）在毛細(xì)作用下緩慢地將混合物樣品中的不同組分由下而上帶動(dòng)爬升。因?yàn)橐后w中各組分與用來讓液體爬升的材料（固定相）l的作用力不同，在流動(dòng)相中溶解度也不同，導(dǎo)致各組分的擴(kuò)散速度有差異而最終在板上形成上下不一的斑點(diǎn)，從而達(dá)到分離混合物的目的。（此處生化學(xué)子應(yīng)該流淚??）

●愛因斯坦的人生中的第一篇論文，就是在奇跡年的四年之前的1901年發(fā)表的關(guān)于毛細(xì)現(xiàn)象的研究，但是他后來早在1907年和友人Stark的信中提到自己前兩篇論文毫無價(jià)值，大概和很多人不愿面對自己的小學(xué)時(shí)候流水賬論文呢黑歷史一樣。

總之當(dāng)下次你看到植物、紙巾或蠟燭時(shí)，你就能和朋友解釋毛細(xì)作用是如何讓它們產(chǎn)生這種神奇的現(xiàn)象啦！最后請問親愛的讀者，你知道汞的毛細(xì)現(xiàn)象是怎么樣的嘛，請聰明的你回復(fù)在評論區(qū)。

參考資料：

1. 毛細(xì)現(xiàn)象

2. 薄層色譜法

by 青春小花??

Q.E.D.

Q8

為什么手機(jī)黃光可以護(hù)眼？光越黃越護(hù)眼嗎？

by 林葉泉

答：

黃光對智能手機(jī)和數(shù)碼設(shè)備的保護(hù)作用主要集中在過濾藍(lán)光上。藍(lán)光是可見光光譜的一部分，波長較短，因此比紅光或黃光等其他顏色的光具有更強(qiáng)的能量。能量的增加意味著藍(lán)光可以更深地穿透眼睛，時(shí)間長了可能會(huì)對眼睛造成傷害，導(dǎo)致眼部疲勞，甚至?xí)捎谟绊懲屎诩に氐姆置诙绊懰咧芷凇?/p>

而黃光的波長較長，能量較低。如果在數(shù)碼屏幕上使用黃色濾光片，就可以通過減少藍(lán)光照射來增強(qiáng)對比度，從而有助于減輕眼睛疲勞。這些濾光片之所以能發(fā)揮作用，是因?yàn)?strong>眼睛的色覺錐狀細(xì)胞對黃光的敏感度低于對藍(lán)光的敏感度。此外，眼睛中一種叫做黑視蛋白的蛋白質(zhì)參與調(diào)節(jié)睡眠-覺醒周期，它對藍(lán)光的反應(yīng)更靈敏；因此，過濾藍(lán)光也有助于提高睡眠質(zhì)量。

以下是智能手機(jī)的黃光護(hù)眼模式設(shè)置有益的原因：

●減少藍(lán)光照射：屏幕上的黃色色調(diào)可以最大限度地減少到達(dá)眼睛的藍(lán)光量，這有助于減少潛在的視網(wǎng)膜損傷和眼睛疲勞。

●增強(qiáng)對比度：黃色屏幕可以增加對比度，使眼睛更容易集中注意力，減輕長時(shí)間看屏幕帶來的疲勞。

●維持晝夜節(jié)律：通過減少藍(lán)光，尤其是傍晚時(shí)分的藍(lán)光，黃光可以幫助維持自然的睡眠-覺醒周期，而藍(lán)光是眾所周知的干擾因素。

但需要注意的是，更多的黃光并不一定等同于更好的護(hù)眼效果。關(guān)鍵是要控制有害光波長的照射，而不僅僅是增加黃光的存在。各種設(shè)備都提供 "夜間模式 "或 "防藍(lán)光濾鏡 "等設(shè)置，可將顯示屏調(diào)整為暖色調(diào)，減少藍(lán)光的發(fā)射。

此外，專門的眼鏡鏡片鍍膜層可以選擇性地阻擋藍(lán)光，在眼睛和設(shè)備屏幕之間提供一道物理屏障。還有一些軟件解決方案可以根據(jù)一天中的時(shí)間調(diào)整屏幕色溫，以減少藍(lán)光照射，特別是藍(lán)光在夜間尤其有害。

總之，智能手機(jī)上的黃光設(shè)置是防止屏幕發(fā)出高能藍(lán)光的一種預(yù)防措施。它們提供了更舒適的觀看體驗(yàn)，可能有助于改善眼睛健康和睡眠模式。然而，關(guān)鍵在于光線照射的平衡和有害藍(lán)光的減少，而不僅僅是光線本身的色調(diào)。

參考資料：

1. Reducing The Effects of Blue Light

2. Using Your Smartphone In The Dark Risks Speeding Up Vision Loss

3. Protect your eyes from harmful light

4. Yellow screen keep your eyes healthy

by 青春小花??

Q.E.D.

Q9

有性生殖是進(jìn)化來的嗎，又是如何進(jìn)化來的？

by 匿名

答：

有性生殖是進(jìn)化而來的。原始單細(xì)胞生物是選擇無性生殖的方式來進(jìn)行生殖的，直到現(xiàn)在細(xì)菌、酵母、藻類還是保留了無性生殖來快速擴(kuò)增。而在后續(xù)的發(fā)展中，為了更好的適應(yīng)環(huán)境，越來越多的生物選擇了有性生殖。

由于缺乏可靠的化石證據(jù)，有性生殖的產(chǎn)生目前只有假說，并且不同假說之間有較多的出入?？傮w上可以認(rèn)為有性生殖的發(fā)展過程是：1. 由單倍體n，變?yōu)槎扼w2n；2. 兩個(gè)二倍體2n各提供一個(gè)基因組組成新的雙倍體2n'。而這兩個(gè)過程如何演化至今缺少明確的實(shí)證，但是可以從植物的世代交替中窺見一二，植物有的是以配子體n來營養(yǎng)繁殖，有的是以孢子體2n來營養(yǎng)繁殖，有的孢子體配子體都很發(fā)達(dá)，這可能暗示了有性生殖產(chǎn)生的過程。

但是可以肯定的是，有性生殖的誕生加速了生物進(jìn)化，原始的無性生殖，突變產(chǎn)生的概率會(huì)很低，這意味著新表型產(chǎn)生的速度會(huì)更低，在環(huán)境適宜時(shí)并不是大問題，一旦面臨環(huán)境變化脅迫，這意味著更差的環(huán)境適應(yīng)，種群的生存會(huì)面臨更大的威脅，甚至直接走向滅絕。有性生殖產(chǎn)生后，對于參與個(gè)體而言，雖然只有一半的遺傳信息得到傳遞，但是有性生殖帶來了更多的突變更多的新表型（來源于同源重組和有性生殖過程中更多的突變），使得子代的生存概率大大提高，能更好的適應(yīng)環(huán)境和變化，對于種群而言是更佳的選擇。

所以對于生物而言，在“1 or 0”和“1/2”的單選題中，有性生殖1/2成為了大多數(shù)生物的選擇。以草履蟲為例，在環(huán)境適宜的情況下，草履蟲會(huì)選擇無性生殖來產(chǎn)生大量與母本相同基因組的子代，而在環(huán)境惡化產(chǎn)生脅迫之時(shí)，便會(huì)轉(zhuǎn)向有性生殖，來產(chǎn)生足夠突變和表型，度過艱難時(shí)刻。

你可能會(huì)問有沒有生物只選了無性生殖的選項(xiàng)，有，他們同時(shí)也作弊了。以無性生殖的細(xì)菌為例，細(xì)菌在保留了無性生殖的同時(shí)，還進(jìn)化出了細(xì)菌接合和質(zhì)粒系統(tǒng)，細(xì)菌之間可以通過接合，來交換質(zhì)粒和基因組片段，這一過程更加類似于有性生殖。

by 某大型裸猿

Q.E.D.

#本期答題團(tuán)隊(duì)

藏癡、某大型裸猿、青春小花??、Sid、單身男青年、魚非我

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編輯：Gyoku