在水里浸泡之后
為什么只有指頭會起褶皺
而其他地方不會呢


Q1

煮稀飯為何淤鍋（泡泡外溢）而煮水無論蓋不蓋蓋子都不會淤鍋？

by 匿名

答：

回想起小時候被媽媽叮囑看鍋但因看電視忘記終于溢鍋一片狼藉最后被罵這件事。溢鍋這個現(xiàn)象原因也簡單，往往發(fā)生在煮粥、煮面后期劇烈沸騰的時候。

這個時候，水與面粉充分混合形成較為粘稠的混合物，而水大量汽化為水蒸氣并形成大量泡泡。正常情況下，比如燒水的時候，泡泡會輕易上升到表面然后破裂。但是煮粥時候形成的糊糊表面張力和黏度都比水大，泡泡難以上升到表面，也難以破裂，最終越積越多，越升越高，最終導(dǎo)致溢鍋。

往往這時候我們打開鍋蓋，氣壓和溫度馬上會降低，泡泡很快就會一層一層脆裂而退去。如果還不行，就拿個涼勺子攪拌一下就可以立即見效。不過這些都需要在鍋前守著，最好的辦法還是控制好水的量使之和鍋匹配。聽說加一點(diǎn)油也可以起到效果，如果有更好的辦法，歡迎大家在評論區(qū)交流~~

by 小范

Q.E.D.

Q2

將壓縮的彈簧放入硫酸中，被腐蝕沒后，彈性勢能會轉(zhuǎn)化為什么能？是如何轉(zhuǎn)化的？

by 7元船長

答：

會變成熱，耗散在溶液中。彈簧的彈性勢能來源于彈簧中原子間的相互作用。對于我們常見的金屬彈簧，原子傾向于整齊地排列成晶格。原子待在平衡位置上能量最低，當(dāng)人們擠壓彈簧時，彈簧發(fā)生形變，在微觀上就是晶格發(fā)生畸變，原子偏離平衡位置，因此能量升高。彈性勢能就是這樣儲存在彈簧中。

彈簧被腐蝕時，構(gòu)成它的原子(成為離子)離開固體，被壓縮的彈簧中原子由于偏離平衡位置，處在更高能量的狀態(tài)上，脫離固體所需能量更少，因此脫離后動能更大。最終溶液中微觀粒子具有更大的動能，也就是彈簧的勢能轉(zhuǎn)化為溶液的內(nèi)能。

by 利有攸往

Q.E.D.

Q3

為什么搬重物時把重物貼在身上就覺得沒那么重了

by 胡桃

答：

這其實(shí)是個力學(xué)問題，只不過由于人體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有點(diǎn)迷惑性。雖然看整體而言，人要承受的都是這個重物的重力，但是不同姿勢下人局部肌群所要付出的代價卻是不同的。先舉一個比較簡單的例子：健身房基本動作——啞鈴側(cè)平舉。

一個5kg的啞鈴如果只是拎在手里，甚至可以忽略其存在，但是如果兩臂平舉保持不動，幾秒鐘后就會有明顯的疲勞感。這是因?yàn)槭直燮缴鞎r以肩膀?yàn)檗D(zhuǎn)動中心，啞鈴的力臂基本是整個手臂的長度，然而肩部肌肉發(fā)力的作用點(diǎn)卻離轉(zhuǎn)動中心很近。這意味著肩部肌肉要使出數(shù)倍于啞鈴重力的力才能保證兩個力矩相抵。自然會覺得累。

下面看看相對復(fù)雜的搬重物的情況，一旦重物放在手里，我們就會不自覺后仰（非戰(zhàn)術(shù)~），因?yàn)橐蒙习肷淼闹亓θテ胶獾舫钟兄匚飼r帶來的力矩，保證腰不會彎下去。重物離身體越遠(yuǎn)，往后仰的程度越大，否則腰部和背部可能會付出巨大代價而受傷。雖然這兩個力相對腰部的力矩平衡了，但不同后仰程度的疲勞程度卻不同，因?yàn)檫@兩個力相對其他關(guān)節(jié)比如肩關(guān)節(jié)都是有力矩的，所以上半身的很多肌群包括頸部肌群都要因?yàn)楹笱鲆约笆直鄣南鄬ζ缴於l(fā)力。不難看出，身體越接近直立，即物體越接近身體，各個部分要克服的力矩就越小，這便是會省力的原因。

by 云開葉落

Q.E.D.

Q4

請問在零重力的太空中，怎么去測物體的質(zhì)量呢？

by 匿名

答：

在人類遇到過的大多數(shù)情況中，讓航天員在太空動手測質(zhì)量并不是一件特別有必要的事。人造航天器及攜行物品的質(zhì)量很容易在發(fā)射前測出；燃料的質(zhì)量可以由體積和密度算出；月球及火星上的采樣活動如果必須稱重，可以用當(dāng)?shù)匦乔蛏系闹亓Q算——這是中學(xué)物理的內(nèi)容。

必須在失重環(huán)境下進(jìn)行的質(zhì)量測試可以不用二力平衡，而是利用牛頓第二定律。將待測物體（比如航天員本人）固定在測試結(jié)構(gòu)上并使其獲得一加速度。用測試結(jié)構(gòu)施加的力除以這一加速度即可。這一過程中所需的測量量僅有力、位移和時間，都可以利用壓電或光電元件在太空中方便準(zhǔn)確地測出。

by 藏癡

Q.E.D.

Q5

我們的皮膚在被水長時間浸泡后表面會起褶皺，但是我們的舌頭24h都浸潤在唾液中，為什么舌頭的表面卻是光滑的？

by 匿名

答：

長時間被水浸泡后，起褶皺的并不是全身皮膚，而僅僅是手指和腳趾的皮膚。

起褶皺的過程并不是一個單純的由于細(xì)胞內(nèi)外滲透壓差引起的細(xì)胞吸水現(xiàn)象，而是由神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的反射。當(dāng)破壞手指的交感神經(jīng)后，這種褶皺現(xiàn)象就會消失[1]。這也是為什么舌頭和口腔內(nèi)壁時刻處于潮濕狀態(tài)卻不會起褶。因?yàn)樯囝^上沒有這種神經(jīng)反射。起皺現(xiàn)象在人類和靈長動物身上都有被觀察到。

那么再聊一點(diǎn)題外話。既然這種起皺反應(yīng)是由神經(jīng)控制的，那為什么人體會進(jìn)化出這種神經(jīng)反射呢？有科學(xué)家研究了這種褶皺的紋路，發(fā)現(xiàn)這種紋路與海角天然形成的排水通路走勢相近[2]。

在潮濕環(huán)境中，當(dāng)手或腳接觸到有水的表面時，水可以由這種褶皺快速導(dǎo)出，這樣可以避免打滑，更方便我們進(jìn)行物體的抓握。

參考資料：

1. Braham J, Sadeh M, Saravoa-Pinhas; Skin wrinkling on immersion of hands: a test of sympathetic function. Arch Neurol 1979;36:113–114.

2. Mark Changizi, Romann Weber, Ritesh Kotecha, Joseph Palazzo; Are Wet-Induced Wrinkled Fingers Primate Rain Treads?. Brain Behav Evol ?2011; 77 (4): 286–290.

by 冬眠愛好者

Q.E.D.

Q6

萬有引力常數(shù)G會隨時間變化嗎？引力常數(shù)是在太陽系內(nèi)測出來的，那么在宇宙的邊緣還是這個數(shù)值嗎?如果有變化,變化范圍能有多少呢?

by 愛因斯坦喝果汁

答：

從實(shí)驗(yàn)角度出發(fā)，沒有證據(jù)證明引力常量G不隨時間變化。我們在推文科學(xué)家做一個實(shí)驗(yàn)，我就得胖三斤？中介紹過，用一種新的測量方法測到的引力常量比傳統(tǒng)扭秤法測到的數(shù)值大約2.2%。目前不能確定這一差距是來源于不同方法的系統(tǒng)誤差還是引力常量本身的變化。

目前許多理論也預(yù)言了引力常量可能的變化。在標(biāo)量-張量引力網(wǎng)絡(luò)理論中, 引力常數(shù)被認(rèn)為是由一個標(biāo)量場的平均值的倒數(shù)所決定, 而標(biāo)量場又是與宇宙的質(zhì)量密度相關(guān)的，這可能暗示宇宙不同位置的引力常量不同。

by 藏癡

Q.E.D.

Q7

萬有引力在考慮天體自轉(zhuǎn)和不考慮天體自轉(zhuǎn)有什么區(qū)別

by 諸

答：

如果站在經(jīng)典牛頓力學(xué)的視角下看，沒有區(qū)別！我們可以用微積分嚴(yán)格地證明一個質(zhì)量為M的球體在球外某一點(diǎn)處產(chǎn)生的引力場等價于M集中于球心時所產(chǎn)生的引力場，而不管這個球體是否旋轉(zhuǎn)，因?yàn)椴挥绊戀|(zhì)量分布！

但是廣義相對論告訴我們，情況不是這個樣子的。直觀來說，回憶那句解釋廣義相對論最著名的話：“物體告訴時空如何彎曲，時空告訴物體如何運(yùn)動”，從這個角度上，物體與時空相互影響，由此轉(zhuǎn)動起來后的天體就像扔入水中的陀螺一樣，不可避免地影響周圍環(huán)境（當(dāng)然這只是直觀上的理解）。我們這種旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量對時空額外造成的影響為參考系拖曳。對于帶電的小球，靜止時小球只產(chǎn)生電場，旋轉(zhuǎn)起來后卻會產(chǎn)生磁場，類比而言，研究旋轉(zhuǎn)質(zhì)量所帶來的影響相關(guān)領(lǐng)域被稱作“引力磁學(xué)”。

廣相的理論很優(yōu)美，但是推導(dǎo)起來也著實(shí)復(fù)雜，因此這里我們只現(xiàn)象上的介紹。首先參考系拖曳對于小質(zhì)量、低速的牛頓世界會帶來微小修正。其中一個比較著名的為Lense-Thirring進(jìn)動?？紤]一個在繞地軌道上旋轉(zhuǎn)的陀螺（比如在衛(wèi)星上放置一顆自由的陀螺）。陀螺的旋轉(zhuǎn)軸會繞某個軸旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為進(jìn)動。

而進(jìn)動的角速度在考慮地球旋轉(zhuǎn)后會帶來額外的精細(xì)項(xiàng)：

因此對這一項(xiàng)的測量也成為驗(yàn)證廣義相對論的方法，歷史上的實(shí)驗(yàn)見參考文獻(xiàn)[1]。

除此之外，在極端條件下也會有顯著影響。比如對于黑洞而言，旋轉(zhuǎn)與否有很大差異。旋轉(zhuǎn)起來的黑洞被稱作克爾黑洞，考慮在克爾黑洞赤道面上做圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)，我們稱軌道角動量與黑洞相同為順行，反之稱為逆行。此時，順行與逆行的運(yùn)動方程（測地線方程）將會不同，如果探究相應(yīng)的最小穩(wěn)定圓軌道半徑問題，即允許質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定圓周運(yùn)動的最小半徑為多大，為了使問題更加簡單，考慮一個極端克爾黑洞（）, 順行最小圓軌道可達(dá), 逆行卻只能達(dá)到. 想深入了解可參見相關(guān)教材。

參考資料

1. Everitt C W F, DeBra D B, Parkinson B W, et al. Gravity probe B: final results of a space experiment to test general relativity[J]. Physical Review Letters, 2011, 106(22): 221101.

by 小范

Q.E.D.

Q8

蔬菜沙拉里切碎的生菜會在碗里進(jìn)行光合作用嗎？如果胃里有光，它被消化之前會進(jìn)行光合作用嗎？

by Xiaoice Lover

答：

先說答案，離體的植物組織依然可以維持相當(dāng)長時間的活性，包括光合作用和呼吸。

光合作用本質(zhì)上，是含有光合色素的蛋白（一般為PSⅠ和PSⅡ）利用光能，將氧化還原電位抬高，抬高的電位可以在其他蛋白的介導(dǎo)下轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。這一過程僅在葉綠體內(nèi)膜上完成，所以理論上，條件適宜時僅有葉綠體存在，依然可以較短時間內(nèi)維持光合作用，如果保持了細(xì)胞或者組織完整，則可以進(jìn)一步延長光合作用的時間。

離體組織的活性保持其實(shí)有很多應(yīng)用，園藝上常見的扦插，便是將根莖葉等組織插入適宜基質(zhì)中完成植物的繁育。植物學(xué)中的組織培養(yǎng)也是在植物激素誘導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)植物細(xì)胞脫分化和再分化并發(fā)育成個體。

所以沙拉中切碎的沙拉，不僅可以保持光合作用和呼吸，還可以通過組織培養(yǎng)，再次發(fā)育成一整顆生菜。

by ?某大型裸猿

Q.E.D.

#本期答題團(tuán)隊(duì)

小范、利有攸往、云開葉落、藏癡、冬眠愛好者、某大型裸猿

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編輯：小范