本計(jì)劃將持續(xù)一百代人，

盡管，

我們不知道五千年后的夏日，

會(huì)是怎樣的風(fēng)景，

但從今天開始，

人類的勇氣與堅(jiān)毅，

將永刻于星空之下，

這一絕望與希望并存，

持續(xù)千年的控溫之旅，

史稱“冷凍地球”計(jì)劃。

即使總有一天，

貝加爾湖的冰會(huì)化為水，

“冷凍地球”計(jì)劃要做的，

是讓這一天來得盡可能晚一點(diǎn)！

1

Q:望遠(yuǎn)鏡，顯微鏡，放大鏡，同樣是放大物體，有什么區(qū)別？

by?愛科學(xué)

上圖是顯微鏡，放大鏡以及兩種望遠(yuǎn)鏡的光路圖，其中最明顯的區(qū)別在于放大鏡只有一個(gè)凸透鏡，其他都是至少兩組鏡子——目鏡和物鏡；共同點(diǎn)在于它們都有一個(gè)凸透鏡參與成像，且眼睛最終接收的都是虛像。

以下我們就從成像過程中有無實(shí)像和實(shí)像的特點(diǎn)，最終看到的像的特點(diǎn)來看看它們的異同點(diǎn)吧。對(duì)于顯微鏡，物鏡成放大倒立的實(shí)像，再經(jīng)過目鏡成虛像；開普勒望遠(yuǎn)鏡成縮小倒立的實(shí)像，再經(jīng)過目鏡成虛像，而事實(shí)上從光路圖看，顯微鏡和開普勒望遠(yuǎn)鏡的目鏡都只是一個(gè)放大鏡，它們的物鏡是利用物體在凸透鏡一倍焦距至二倍焦距和二倍焦距之外的成像原理，分別成放大倒立的實(shí)像和縮小倒立的實(shí)像；對(duì)于放大鏡，物體則在凸透鏡的一倍焦距以內(nèi)，光線的反向延長(zhǎng)線匯聚于一點(diǎn)，成虛像。對(duì)于兩種望遠(yuǎn)鏡（圖C,D中的物應(yīng)該離物鏡很遠(yuǎn)，圖中將物箭頭拉近了許多），伽利略望遠(yuǎn)鏡中沒有實(shí)像（可以用光屏承接的像），且目鏡是凹透鏡；二者之間的共同特點(diǎn)是目鏡和物鏡都是共焦的，放大倍數(shù)等于物鏡焦距比目鏡焦距。

最終，顯微鏡成放大倒立，左右翻轉(zhuǎn)的虛像；放大鏡成放大正立的虛像，開普勒望遠(yuǎn)鏡是放大倒立且左右翻轉(zhuǎn)的虛像，伽利略望遠(yuǎn)鏡是正立的虛像。實(shí)際應(yīng)用的望遠(yuǎn)鏡都會(huì)加裝正像系統(tǒng)。

By?二十三

2

Q:真空中有阻力嗎？

by?華殤

關(guān)于真空有很多種定義，這里我們認(rèn)為真空指的是沒有空氣分子。我們知道，物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到氣體分子的撞擊，撞擊過程中分子和物體交換動(dòng)量，表現(xiàn)出空氣對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的阻礙作用。如果沒有了空氣，顯然撞擊也不存在了，相應(yīng)的空氣阻力也沒有了。

但是，沒有空氣分子就意味著沒有任何物質(zhì)了嗎，顯然不是的。物質(zhì)還有另一種存在形式：場(chǎng)。場(chǎng)同樣可以和物質(zhì)發(fā)生相互作用，表現(xiàn)出力的作用。比較常見的情形是發(fā)電機(jī)中的線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到磁場(chǎng)施加的阻力，這種阻力將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能來發(fā)電。還有一種比較常見的場(chǎng)景：比較高端的健身房里的動(dòng)感單車使用的都是電磁阻尼系統(tǒng)來增加負(fù)荷，這也是電磁場(chǎng)提供阻力的一個(gè)例子。

By?Nothing

3

Q:如果把地球冷凍一下，溫室效應(yīng)會(huì)緩解嗎？

? ? ?by?洛天依

把地球凍一下，溫室效應(yīng)并不會(huì)緩解。這里我們得簡(jiǎn)要介紹下溫室效應(yīng)是怎么回事，我們地球之所以可以維持一個(gè)宜居的溫度，除了太陽提供熱量之外，大氣還起著非常重要的保溫作用，這個(gè)保溫作用主要是通過大氣逆輻射來實(shí)現(xiàn)的。太陽光向地面輸送的主要是短波輻射，地面被加熱后以長(zhǎng)波的形式向低層大氣輻射熱量，之后大氣也被加熱；從地面輻射到大氣中的長(zhǎng)波輻射一部分散發(fā)到外層空間，一部分則被重新反射回地表以保溫，這個(gè)輻射就是大氣逆輻射；大氣逆輻射中，被二氧化碳（溫室氣體中的主要一種）返回的熱量占較大一部分。工業(yè)革命以來，大氣中的二氧化碳含量急劇上升，地球自身的碳循環(huán)系統(tǒng)沒法處理這么大量的二氧化碳，因此，比以往更多的熱量被反射回地表，地面溫度和低層大氣的溫度逐年上升，而且氣候變暖導(dǎo)致海洋pH值減小（變酸），以沉積物形式存儲(chǔ)在海洋中的二氧化碳又被釋放，這種正反饋又加劇變暖效應(yīng)。這相當(dāng)于給地球穿了件棉衣，還不斷變厚，短暫的冰凍可以“得一夕安寢”，但脫掉“棉衣”才能解決根本問題呀。保護(hù)地球環(huán)境，節(jié)能減排，你我都行動(dòng)起來吧！

By 二十三

4

Q:測(cè)溫槍的工作原理是什么，為什么激光打在那就能測(cè)出溫度？

by?匿名

所有溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)輻射出電磁波。幅射電磁波不是單色的，它由各種成分構(gòu)成，包括可見光，紫外線，紅外線等等。

物體的溫度不同，輻射的成分也不同，低溫物體更傾向于輻射出波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光，高溫物體更傾向于輻射出波長(zhǎng)較短的光。煉鋼過程中可以很明顯的看到這種現(xiàn)象，低溫鋼水呈現(xiàn)紅色，高溫鋼水呈現(xiàn)出白色，這正是幅射光中波長(zhǎng)較短的藍(lán)紫光變多，混合光看起來更像白光造成的。

根據(jù)黑體輻射的理論，幅射光的成分和物體溫度有一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，測(cè)溫槍正是利用了這個(gè)原理：測(cè)溫槍收集人體輻射出的光，經(jīng)過對(duì)幅射光成分的分析可以判斷出人體溫度，整個(gè)過程并不會(huì)和人體發(fā)生接觸。值得一提的是，打出的激光不是測(cè)溫用的，而是瞄準(zhǔn)用的。

By Nothing

5

Q:既然汽化需要吸熱，那么根據(jù)熱力學(xué)第二定律，當(dāng)水溫比周圍環(huán)境溫度高時(shí)，水還能蒸發(fā)嗎？

by 神秘人

與其說汽化需要吸熱不如說汽化會(huì)帶走液體中的熱量。液體汽化的物理圖像是：液體中的分子一直處于運(yùn)動(dòng)中，有的分子跑得快有的分子跑得慢。跑得快的分子更容易突破液體表面的束縛跑出去變成氣體，留下的都是一些跑得比較慢的分子。所以，蒸發(fā)就是跑掉高速分子留下低速分子的過程。從宏觀上看就是液體溫度越來越低。可以看出，即使液體沒有和外界進(jìn)行熱量交換分子依然可以突破液面束縛進(jìn)行汽化。所以，當(dāng)水溫比周圍環(huán)境高時(shí)依然可以蒸發(fā)。在生活中也經(jīng)常能看到這種現(xiàn)象：倒在杯子里的開水盡管比周圍溫度高但它依然在蒸發(fā)。

By?Nothing

6

Q:為什么三角是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)?

by?stardrift.

一個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有兩個(gè)決定因素，一是結(jié)構(gòu)自身的材質(zhì)，二是它的幾何結(jié)構(gòu)。三角形的穩(wěn)定性就是由幾何結(jié)構(gòu)決定的。

對(duì)于三角形，只要三個(gè)邊的長(zhǎng)度決定了，這個(gè)三角形就唯一確定了（兩個(gè)三角形的三條邊分別相等則兩個(gè)三角形全等）。因此，對(duì)于一個(gè)三角形來說，即使你不加任何其他的輔助，它的幾何性質(zhì)就能保證他不變形。換句話說，如果它變形了，一定是結(jié)構(gòu)受到到了破壞，一般是由于材料強(qiáng)度不夠?qū)е碌娜切蔚倪厰嗔?。但是其他多邊形不具有這個(gè)性質(zhì)，比如，一個(gè)正方形四條邊相等，但是四條邊相等的多邊形還可以是一般的菱形，所以對(duì)于四邊形來說，并沒有幾何層面的原因限制它不能變形。想讓它保持穩(wěn)定還需要添加其他的措施。

By?Nothing

7

Q:為什么質(zhì)子數(shù)能決定元素種類，而中子數(shù)不能？

by?匿名

元素種類是按照它的化學(xué)性質(zhì)區(qū)分的（發(fā)明元素周期表的門捷列夫是化學(xué)家）。元素的化學(xué)性質(zhì)可以用量子力學(xué)去解釋。這里需要用到薛定諤方程和泡利不相容原理。

對(duì)于單電子來說，可以影響它的基態(tài)狀態(tài)的是出現(xiàn)在薛定諤方程中的勢(shì)場(chǎng)和電子數(shù)（由于泡利不相容原理的存在，已經(jīng)被其他電子占據(jù)的狀態(tài)不能再容納其他電子，這也會(huì)影響原子性質(zhì)）。其中電子數(shù)完全由質(zhì)子數(shù)決定，而外場(chǎng)幾乎不受中子數(shù)的影響，因?yàn)橹凶与m然有質(zhì)量，但是引力相互作用太小，幾乎不對(duì)電子產(chǎn)生影響；

另一方面，雖然質(zhì)子和中子之間存在強(qiáng)相互作用，但是強(qiáng)相互作用距離非常短，以至于電子幾乎感覺不到它的存在。因此勢(shì)場(chǎng)幾乎全部由質(zhì)子的電場(chǎng)提供。這也是質(zhì)子數(shù)可以決定元素的種類的原因。　

By?Nothing

8

Q:電線可以通過電壓的高低變化傳遞信息，光纖又是如何傳遞信息的呢？

by?九天攬?jiān)?/span>

光纖傳輸信息簡(jiǎn)單來說，就是利用前端接收的電信號(hào)調(diào)制激光器（或發(fā)光二極管）輸出的光作為載體，光信號(hào)沿光纖發(fā)生全反射進(jìn)行傳輸，到達(dá)目的地，再將接收到的光信號(hào)利用檢波器解調(diào)成原先的電信號(hào)。

光纖，即光導(dǎo)纖維，一般由纖芯，包層和涂層組成。全反射現(xiàn)象主要發(fā)生在纖芯和包層的界面上（纖芯的折射率比包層大），從而使光波鎖在光纖內(nèi)部向前傳播。全反射原理就是利用光在不同物質(zhì)中的傳播速度不同的特性，在光的入射角達(dá)到或大于某一臨界值，入射光就會(huì)被全部反射回來（折射定律可以算得這個(gè)角度）。

我們已經(jīng)把光波鎖在光纖內(nèi)部了，接下來我們還需要這些多次反射的光波不出現(xiàn)相消，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部區(qū)域無衰減。這個(gè)時(shí)候就要提到橫向諧振原理，簡(jiǎn)單來說，就是波在界面來回傳播一次相位移必須是2π的整數(shù)倍，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的駐波。

而光纖傳遞信息主要依靠的其實(shí)是前端的調(diào)制和后端的檢波。調(diào)制常見的有亮度調(diào)制，即根據(jù)前端電信號(hào)的頻率/幅度不同改變光的強(qiáng)度，也就是我們常說的開關(guān)調(diào)制，通過亮滅來傳遞信號(hào)。當(dāng)然光載波的傳遞還可以通過調(diào)制激光的幅度以及相位的形式來將基帶信號(hào)調(diào)制到光波上的形式實(shí)現(xiàn)。

By?Aaron Chen

>>本期答題團(tuán)隊(duì)<<?

物理所? ?Nothing、Aaron Chen、二十三

我們下期再見QwQ