輪胎會慢慢泄氣
籃球會越拍越癟
那么地球上的大氣層
作為一個靠引力束縛的氣球
是不是也會漏氣呢？


Q1

既然癌細胞可以無限增殖，那么是否可以作為某種食物來源？

by Richard

答：

理論上可以，實際上不可行，但已經有使用干細胞的培植肉問世了。

理論上來說，癌細胞在全熟狀態(tài)下是可以食用的，我們也在之前的問答中解釋了為什么癌細胞和正常細胞都是可以作為食物來源的，參考（No.248Q）。

但在實際上，有很多限制。首先，癌細胞在處理過程中存在風險。大多數(shù)癌細胞（比如Hela細胞）的生物安全等級是2（大多數(shù)普通細胞的等級是1，炭疽、SARS的等級是3，埃博拉的等級是4），這意味著操作者需要防護，并在生物安全柜中進行細胞相關操作，相關廢棄物和癌細胞本身也需要貼示生物危害標志。其次，癌細胞產品即使沒有任何安全隱患，但在廣告宣傳上，會有非常大的劣勢，有多少消費者會愿意買與癌癥相關的癌細胞？

雖然癌細胞有限制，但是干細胞沒問題啊。干細胞在合適條件下，同樣也可以有序地進行無限增殖，并且可以進一步分化成其他細胞，形成相關組織，而且干細胞比癌細胞更安全。所以現(xiàn)在其實已經有公司利用動物的干細胞來增殖分化生成“培植肉”（Cultured meat），這種培植肉在理論上可以更集約、更高效、更環(huán)保地提供肉類產品，并且口感上也會比植物蛋白的人造肉更好。但是目前的生產成本還是太高，而且技術還不算成熟，只有有限的產品供應，并且也同樣有著較大的輿論爭議。

by 某大型裸猿

Q.E.D.

Q2

一片包裝食品的鋁箔，放入冰柜冷凍一晚上，但是溫度變化卻不明顯。將它砸成一小塊，在冰柜放幾分鐘，溫度就變得很低了。這是為什么？by 火中送炭

答：

提出這個問題的同學的感覺非常敏銳，需要肯定。但是問題中對“溫度變化”的描述，卻太依賴雙手的觸覺了。放在冰箱里的溫度，最后肯定都被凍到零下十幾度了，怎么可能“溫度變化”不明顯？真正發(fā)生的事情是，溫度很低的鋁箔紙，摸起來并不涼，但是溫度很低的鋁塊，摸起來很涼。為什么會這樣？

我們先回憶一下鋁箔有多厚？

這是家用食品用錫箔紙（鋁箔）的厚度——二十微米上下。太薄了，質量太少了，對應的熱容也太少了。人的手剛輕輕摸上去的時候，就已經快速地把鋁箔地的溫度升高了，自然就“感覺不到”鋁箔剛拿出冰柜的時候實際上是零下十幾度這個事實。

by Luna

Q.E.D.

Q3

大氣是靠地球的萬有引力束縛在地球表面的，高空大氣在不斷減少，那么地球是不是在漏氣？by 匿名

答：

地球是在漏氣。一個典型的漏氣方式是金斯逃逸(Jeans escape)[1]，這是一種熱效應導致的逃逸。簡單地說，這是指氣體分子的熱運動速度超過了地球的逃逸速度，可以飛離地球。

大氣中分子的速率分布可以被認為滿足麥克斯韋分布律。對于一個容器中處于平衡態(tài)的氣體分子，如果忽略外場，單個分子出現(xiàn)在容器中任意位置的幾率相等，因此重要的是分子按照速度或速率的分布規(guī)律，這可以用麥克斯韋分布律描述。麥克斯韋分布律具有如下的形式

其中是分子質量，是分子運動速率，是溫度，是玻爾茲曼常數(shù)，它的函數(shù)圖像如下，橫軸是速率，縱軸是該速率附近的分子所占比例。同種分子，溫度越高，運動速度大的分子就越多；相同溫度下，分子質量越小，運動速度大的分子就越多。

在室溫下，氣體分子的平均速率一般是數(shù)百米每秒，但是在分布最右端總存在少量分子速度超過了地球的逃逸速度(11.2km/s)，這些分子具有飛離地球的能力。

分子間碰撞構成阻礙分子飛離地球的重要因素。對于高度較低的大氣，單位體積所含分子數(shù)目大，分子自由程短，分子之間很容易發(fā)生碰撞，少量速度超過逃逸速度的分子極可能因碰撞降低速度或改變運動方向，不能飛出地球。但是，在600km高度以上的散逸層，氣體極為稀薄，自由程很大，不易發(fā)生碰撞，速度達到逃逸速度的分子容易飛出地球[2]。此外，散逸層溫度較高(約1500K)[3]，并且不隨高度變化[4]，這樣的高溫使氣體分子逸出地球更為容易。

除了金斯逃逸之外，電荷交換逃逸也是一種漏氣機制，這是指地球磁場束縛的高能帶電粒子與中性氣體分子碰撞，使分子獲得很高的速度并飛離地球[1]。

參考資料：

[1]?Atmospheric escape

[2] 秦允豪.普通物理學教程:熱學.普通物理學教程.高等教育出版社, 2004.1

[3]?"exosphere". Encyclopedia Britannica

[4] Bauer S, Lammer H. Planetary aeronomy: atmosphere environments in planetary systems[M]. Springer Science & Business Media, 2013.

by 利有攸往

Q.E.D.

Q4

我們平時在軟件里清除的緩存是一些什么數(shù)據(jù)？

by 選我

答：

首先說一說什么是緩存。

緩存(Cache)，在最初也是最狹義的定義下，指的是計算機CPU芯片中，為了方便CPU讀取數(shù)據(jù)而在線路上最靠近CPU處設計的一個臨時數(shù)據(jù)存儲區(qū)[1]。由于硬盤的數(shù)據(jù)讀寫速度要遠遠小于內存條，而內存條的數(shù)據(jù)讀寫速度又遠遠小于CPU緩存，所以為了最大化發(fā)揮CPU性能，CPU緩存就至關重要了。

可以類比CPU是一個發(fā)動機，能轉的很快很快的那種，而其處理的數(shù)據(jù)是燃料，緩存就是一個靠發(fā)動機最近的燃料供應箱，而且比內存條、硬盤這些燃料箱的管道都粗，輸出速度更大，所以能更好地滿足CPU這個轉速極高的發(fā)動機的需求。

說完了狹義的緩存，下面說說廣義上，也就是提問同學所說的軟件緩存等，究竟是個什么東西。緩存這個詞的廣義含義為：以供軟件或者硬件進行快速讀取為目的而在計算機系統(tǒng)中所保留的一部分數(shù)據(jù)。

以我們最常用的微信為例，在儲存空間這一菜單內，可以發(fā)現(xiàn)清理緩存的選項，如下圖左所示，如果點擊“前往清理”，則會發(fā)現(xiàn)如下圖右所示的緩存項目：

可以看到，緩存項包括了小程序、朋友圈等等內容。以小程序為例，例如我們打開微信跳一跳：

可以看到這是一個游戲。然后我們就可以開始摸魚（劃掉），然后自然可以想到，為了愉快地游戲，這個塑料小跳人需要一個很精致的三維建模，同時底下不同形狀的跳塊也需要有多姿多彩的形狀。但在第一次加載小程序前，以上這些精美的信息都存儲在微信云端，為了讓同學們在手機上能玩得開心，第一次打開小程序后，這些精美的模型就被下載到了手機本地。而為了讓同學們以后每次想跳一跳的時候，都能立馬跳一跳，而不是等十幾秒重新加載這些精美模型，所以微信將這些模型下載下來后，其作為臨時數(shù)據(jù)并不會刪除，而是以緩存的形式存儲到了小程序里。這樣，以后每次開跳，都不用從云端重新下載跳塊，而是直接更快地讀取本地文件即可。

而其他類型的緩存，雖然其存儲形式各不相同，但實際上所起的作用都是大同小異的。那如果有一天我不再跳了，然后又嫌這些緩存占地方怎么辦呢？所以我們可以對這些緩存進行清理，來釋放空間。

那如果我之后又在想跳和不跳之間反復橫跳怎么辦呢？那也無妨，重新進小程序，當其發(fā)現(xiàn)本地緩存被清理后，還會再次從云端下載一遍素材，以便同學們愉快地跳一跳（跳一跳的正常使用）。而由此可見，這也與微信中對于緩存的說明，“緩存是使用微信過程中產生的臨時數(shù)據(jù)，清理緩存不會影響微信的正常使用”，是一致的。

參考資料：

[1]?What Is Cache Memory in My Computer | HP? Tech Takes

by Callo

Q.E.D.

Q5

電流和電壓可以單獨存在嗎？兩個是相互獨立的嗎？

by 匿名

答：

電壓和電流是可以單獨存在的。

實際上，兩者只有在少數(shù)情況下有明確的依賴關系，最典型的例子是我們考慮電路的時候，比如著名的歐姆定律，即純電阻元件上的電壓和電流滿足，其中是電阻。

電壓來自于電場的存在導致的電勢差，從電勢差到電流還需要“較為自由”的帶電粒子。否則，比如真空中的點電荷、未使用的電池、充電后的電容……都可以導致電壓存在的同時，并沒有電流的存在。

電流是電荷定向移動形成的，實際上，沒有電壓也能做到這一點，比如磁約束裝置，通過強大的磁場將帶電粒子束縛在環(huán)形真空腔中，這就可以形成電流；比如在導體中如果電阻為零，即超導體中，就可以存在電流而沒有電壓。我們對“電壓導致電流產生”這樣一個印象，應該是來自于電阻的存在，即一般導體中，運動的電子由于會與晶格碰撞從而損失能量，必須有電壓的存在才能維持電子的定向移動。但是在超導體中，通過一些量子機制，可以無阻地傳輸電流。比如1957年，Qullins在Pb環(huán)中激發(fā)起幾百安培的電流，在持續(xù)兩年半的時間內沒有發(fā)現(xiàn)有可觀察到的電流變化。

by 小范

Q.E.D.

Q6

空間站宇航員使用的筆記本電腦是特制的嗎？畢竟根據(jù)角動量守恒定律，散熱風扇或機械硬盤工作的時候，電腦主體也會旋轉。這個問題是怎么解決的呢？by 大綠耗子為誰沉淪

答：

我們先來看看這個問題到底存不存在。高中課本萬有引力一節(jié)曾提到，牛頓統(tǒng)一了“天上的物理”和“地上的物理”。在地上，風扇啟動和停止時，電腦主體理論上也同樣會因為角動量守恒發(fā)生旋轉，然后靠摩擦力產生的力矩保持靜止。手托筆記本工作時只能感受到重力的壓迫而完全感受不到摩擦力的存在。所以風扇導致的筆記本轉動基本上可以忽略。

如果認真估計一下，筆記本風扇的典型參數(shù)是：半徑5厘米，扇葉總重量約10克[1]，轉動角速度約，風扇從啟動到穩(wěn)定所用的時間大約一秒，這里我們”料敵從寬”，取加速時間＝。假設風扇做一個勻角加速的運動，按照外力矩提供角動量的變化，＝，并用圓盤轉動慣量來估計扇葉，得到在離風扇軸＝處，只需要一個0.1N的力就可以抵消掉風扇的作用。相比之下，手機Type-C接口的拔出力要在8~20N，比摩擦力要大兩三個量級！這么看，真的可以忽略風扇角動量的影響了。

如果真的還不放心，帶一臺有兩個風扇并且轉動方向相反的筆記本電腦上天，就真的沒問題了。這種電腦，在電商平臺也還是能找到的。

話說回來，雖然不用考慮風扇角動量的問題，但是上天的電腦在可靠性、保密性等其他方面，還是大概率與日常民用電腦不一樣的。至于為什么不是全概率——我不是那臺上天的電腦，我真的不知道

。

參考資料：

[1]?某風扇數(shù)據(jù)頁

by 藏癡

Q.E.D.

Q7

現(xiàn)如今實驗證實的最小粒子是什么？如果發(fā)現(xiàn)了新的粒子，可以自由命名嗎？by 匿名

答：

你可能聽過萬物是由原子構成的，而原子又由原子核和電子構成，原子核又由質子和中子構成，質子和中子又分別是由上夸克和下夸克構成的。到夸克層次為止，就已經達到目前人們對物質微觀構成的認知極限了。

現(xiàn)行主流的粒子物理標準模型給出了十七種最小的基本粒子，分別是六種夸克、六種輕子、傳遞電磁相互作用的光子γ、傳遞強相互作用的膠子、傳遞弱相互作用的和、賦予粒子裸質量的希格斯玻色子。隨著2013年大型強子對撞機（LHC)正式宣布發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，這十七種最小粒子都得到了實驗驗證，并且在現(xiàn)階段大家都普遍接受它們是不可再分的最小的基本粒子。

標準模型已經統(tǒng)一了強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用。還有一種粒子叫引力子，負責傳遞引力，目前尚僅存在于理論中，還沒有被實驗證實。

如果你發(fā)現(xiàn)了其他的新的基本粒子，當然可以自由命名，比如我的話大概會起名“羊子”。但現(xiàn)階段對撞機上發(fā)現(xiàn)的粒子大多是復合粒子，以多個夸克構成的共振態(tài)為例，今年六月底就新發(fā)現(xiàn)了四中子態(tài)，你可以想象它類似一個氦核，但它不是兩個質子+兩個中子，而是純純的四個中子。還有五夸克態(tài)，它已經有成熟的命名方式。例如，它的命名規(guī)則是含有粲夸克(charm quark)的五夸克(Pentaquark)，具有4380MeV的共振能量。

Q.E.D.

Q8

（修正）如果萬有引力不是與r成平方反比，而是與r成一次正比，一次反比，平方正比，3/2次反比……相應的天體運動各會如何改變？by 何必如此

答：

在兩期前的問答中我們回答了這個問題No.329 Q4，當時寫得太倉促，數(shù)值模擬時沒有選取一個合理的方式修改這個冪律關系，出現(xiàn)了不太美妙的模擬結果。

有讀者指出可以換一個單位制來改變冪律。這里我具體解釋一下，如果我們以米作為長度單位，并且不修改萬有引力常數(shù)的數(shù)值，那么，在把引力從平方反比變成一次反比時，太陽對地球的引力大小會放大倍。這就是模擬軌道中天體直接墜入太陽并突然拐彎的原因。

現(xiàn)在我們把長度單位換成天文單位A.U.，也就是以日地平均距離1.5億公里作為長度的單位1。那么改變引力冪律時，地球受到的實際引力都不會變，而火星受到的引力就會發(fā)生變化?；蛘哒f，在米制的長度單位下，改變萬有引力常數(shù)的大小使得日地引力大小不變。在這樣的設定下，以平方反比的引力下地球和太陽可以形成圓周軌道為初始條件，畫出來的軌跡就好看很多了。

我在上次回答中提到伯特蘭定理，定理的內容是，在一般初始條件下，有心力具有或的冪律形式時才能形成閉合穩(wěn)定軌道。從上面的模擬情況來看，其他的冪律關系給出軌道會自發(fā)地“進動”，這在現(xiàn)實世界中只有受到其他天體的引力影響才會出現(xiàn)。而平方反比和一次正比的情況確實會形成閉合的圓或橢圓。

by 牧羊

Q.E.D

#本期答題團隊

某大型裸猿、Luna、利有攸往、Callo、小范、藏癡、牧羊

編輯：牧羊?