《西游記》四十二回
悟空難敵紅孩兒的三昧真火
去南海請觀音菩薩救駕
她帶上楊柳玉凈瓶裝下一海之水
反掌之間就撲滅了大火
那么這個瓶子到底是什么？
是數(shù)學(xué)家設(shè)想的克萊因瓶嗎？

Q1

為什么酒精噴在塑料瓶上塑料瓶里面會起霧？

by 奇點(diǎn)

答：

這個現(xiàn)象呢我認(rèn)為是酒精氣化吸熱的結(jié)果。酒精分子間的相互作用力比較小，因此在常溫常壓下容易揮發(fā)。當(dāng)你把酒精噴在塑料瓶上的時候，酒精會快速氣化吸收熱量，導(dǎo)致塑料瓶身的溫度降低。瓶內(nèi)的水蒸氣受涼后會液化，在塑料瓶內(nèi)部形成水霧。

by 單身男青年

Q.E.D.

Q2

用火燒物體能讓物體超過火的溫度嗎？

by 朗

答：

這個問題非常非常有意思。

第一種情況，這個物體并不會被火點(diǎn)燃。因為根據(jù)熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地從溫度高的物體傳遞到較冷的物體，但不可能自發(fā)地從溫度低的物體傳遞到溫度高的物體（克勞修斯表述），用火燒物體不能讓物體超過火的溫度。我們假設(shè)火的溫度為300攝氏度，那么物體會一直從火吸取熱量，直到溫度相等。溫度一致以后，物體就無法從火處吸收熱量，溫度也就無法再升高。

第二種情況，這個物體會被火點(diǎn)燃。我們以甲烷為例子（化學(xué)式為CH4），甲烷的燃點(diǎn)為538攝氏度，而甲烷燃燒的火焰最高溫度能達(dá)到2860攝氏度。如果我們用假定600溫度的火去點(diǎn)燃甲烷，那么甲烷燃燒達(dá)到的2860攝氏度遠(yuǎn)高于火的溫度。

注：這里認(rèn)為甲烷燃燒的火焰還是甲烷。

參考資料：

1. 甲烷 - 維基百科

by iu

Q.E.D.

Q3

臺風(fēng)如何震碎玻璃，我們又該如何應(yīng)對？

by Cindy.Wn

答：

臺風(fēng)會帶來狂風(fēng)暴雨，破壞性極大。當(dāng)臺風(fēng)來臨時，沒有做好保護(hù)措施的窗玻璃是很容易破碎的。玻璃窗被臺風(fēng)震碎的原因主要有以下三種：

1. 最直接的，玻璃被風(fēng)刮來的雜物撞擊破碎；

2. 風(fēng)吹玻璃引起玻璃振動，當(dāng)風(fēng)吹玻璃振動的頻率恰好接近玻璃的固有頻率時，會與玻璃產(chǎn)生共振，導(dǎo)致玻璃振動幅度不斷增大，讓玻璃破碎；

3. 風(fēng)力足夠大，玻璃被強(qiáng)風(fēng)吹變形，導(dǎo)致破裂。

一些媒體報道的，通過用普通膠帶在窗戶上貼米字形來加固玻璃窗，這其實(shí)是個流傳了很多年的誤區(qū)。國內(nèi)外已經(jīng)有很多實(shí)驗[1][2]證明，這種方法并不能有效的防止玻璃破裂。一是因為脆弱的普通膠帶不能增加大塊普通玻璃本身的抗撓曲強(qiáng)度，反而弄不好可能會讓玻璃受力不均，更容易破碎；二是鼓吹所謂“降低頻率防止玻璃共鳴”，貼膠帶確實(shí)會改變玻璃的固有頻率，實(shí)際上我們是不能確定風(fēng)吹玻璃的振動是在哪個頻率，所以這樣是保護(hù)了玻璃，還是貼了反而不如不貼，這事也不好說。

不過貼上的膠帶的確能在玻璃破裂后粘住碎塊，防止產(chǎn)生細(xì)小的玻璃碎片。這樣是方便了玻璃碎一地之后，對于玻璃碎片的清理。但狂風(fēng)中被吹出的，還粘著膠帶的棱角尖銳的大片玻璃對人的安全也有很大威脅。因此要不要在玻璃上貼膠帶就見仁見智了。

如果真的遇到超級大風(fēng)，還是要保護(hù)自己，安全第一?？梢栽诖皯羯习惭b護(hù)窗板或者戶外鋁合金卷簾，甚至直接用木板等將窗戶封死，這些都是靠譜且有效的防護(hù)措施。

參考資料：

1. 臺灣省公視視頻，颱風(fēng)天 窗戶貼上膠帶可以防爆裂？（流言追追追） - YouTube

2. 美國國土安全部下屬的聯(lián)邦緊急事務(wù)署 FEMA 發(fā)布的防災(zāi)指南：How To Prepare For A Hurricane

by Childe

Q.E.D.

Q4

坐火車時，?？梢砸姷絻闪辛熊嚫咚俳粎R，而根據(jù)伯努利原理，流速大的地方壓強(qiáng)小，那么列車不會因此吸到一起嗎？

by 楓叻

答：

這位同學(xué)說對了一半，其實(shí)兩列列車會車時，真實(shí)的情況是兩列車先分別受到指向外部的斥力，再受到指向內(nèi)部的吸引力，如下圖所示。

那為什么列車會車時會先受到斥力再受到吸引力呢？因為伯努利方程是只適用于定常流動情況下的。列車正常行駛時會擠壓前方空氣從而導(dǎo)致車頭位置氣壓升高。在兩列車交會之時，列車首先會受對方車頭處擠壓的高壓空氣影響，相互排斥。在交會過程中受伯努利方程影響，兩列車中間的氣壓降低，因此受到向內(nèi)的吸引力。通常來說，高壓氣體的斥力影響是要強(qiáng)于伯努利方程影響的。列車會車過程中的氣壓分布呢，如下圖所示。

by 單身男青年

Q.E.D.

Q5

請問為什么高度近視會遺傳？不良用眼習(xí)慣會影響到基因嗎？還是說孩子跟著父母有樣學(xué)樣導(dǎo)致視力惡化？

by 匿名

答：

以下回答不構(gòu)成醫(yī)學(xué)建議，有視力問題的請及時就醫(yī)！

近視的成因是由遺傳、環(huán)境因素和行為習(xí)慣共同作用導(dǎo)致了近視的發(fā)生。所以不良的用眼習(xí)慣可能會導(dǎo)致近視，至于影不影響基因受多種復(fù)雜因素影響無法下準(zhǔn)確結(jié)論。近視有2種類型：先天性近視以及后天獲得性近視。先天性近視具有家族聚集性，受遺傳因素的影響較大。

近視度數(shù)高于600度的屈光不正狀態(tài)稱為高度近視，高度近視的病因相當(dāng)復(fù)雜。在遺傳方面，大部分的高度近視遺傳屬于常染色體隱性遺傳病。研究表明，同等條件下，與父母都不近視的孩子相比較：父母單方近視的孩子，發(fā)生近視的概率高2.1倍；父母雙方都近視的孩子，發(fā)生近視的概率就增長到了4.9倍。父母近視與子女近視呈正相關(guān)，表明遺傳性近視易感性。父母近視史與子女近視有著較大聯(lián)系，尤其是高度近視。

關(guān)于保護(hù)視力，必須從兒童抓起，父母對孩子要起監(jiān)督和以身作則的作用，早發(fā)現(xiàn)早治療。無論是父母還是孩子都要做到例如養(yǎng)成良好的用眼衛(wèi)生習(xí)慣，保持正確讀寫姿勢，增加戶外活動時間等行為來預(yù)防近視，保護(hù)眼睛。

參考資料：

1. An overview of myopia genetics Experimental Eye Research, Volume 188, 2019, 107778.

2. Molecular Genetics of Human Myopia: An Update : Optometry and Vision Science

3. 王靖瑞.預(yù)防近視必須從兒童抓起[J].開卷有益-求醫(yī)問藥,2022(06):10.

by 掃地僧

Q.E.D.

Q6

既然真空中沒有氧氣，那么恒星都是怎么燃燒的？

by 匿名

答：

一般來說燃燒需要三種要素并存才能發(fā)生，分別是可燃物如燃料、氧氣、以及溫度要達(dá)到燃點(diǎn)（發(fā)光發(fā)熱的氧化還原化學(xué)反應(yīng)）。但恒星的“燃燒”并不是上述的燃燒，而是聚變反應(yīng)！兩個較輕的核結(jié)合而形成一個較重的核和一個極輕的核（或粒子）的一種核反應(yīng)形式。在此過程中，物質(zhì)并沒有守恒，因為有一部分正在聚變的原子核的物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為能量。在恒星內(nèi)部所發(fā)生的“燃燒”最常見的就是氫原子核的聚變反應(yīng)。

既然恒星燃燒不是我們平常所說的燃燒而是聚變反應(yīng)，那恒星的火焰狀結(jié)構(gòu)怎么來的呢？

其實(shí)原因來自于——磁重聯(lián)。磁重聯(lián)是一種發(fā)生于高導(dǎo)電等離子體中的物理過程，過程中磁拓?fù)渲匦路植?，同時磁能被轉(zhuǎn)換為動能、熱能與加速粒子。磁重聯(lián)涉及的時間尺度介在磁場的慢阻抗擴(kuò)散和快速阿爾文波之間。（確實(shí)有點(diǎn)復(fù)雜，其實(shí)簡單點(diǎn)說就是太陽的磁場導(dǎo)致表面的等離子體表現(xiàn)出火焰狀的結(jié)構(gòu)！

參考資料：

1. 磁重聯(lián) - 維基百科

by iu

Q.E.D.

Q7

磁鐵為什么有磁性。碎開了，為什么生成新的磁極。磁是一種能量嗎?

by 匿名

答：

這是三個問題，我一個一個回答。

磁鐵為什么有磁性？因為磁鐵內(nèi)部具有自發(fā)磁化的磁疇！磁疇的形成機(jī)理：鐵磁性物質(zhì)內(nèi)部相鄰原子之間的交換作用會讓原子內(nèi)部的磁矩（內(nèi)部磁矩的來源主要為電子運(yùn)動所產(chǎn)生的軌道磁矩和自旋磁矩）平行或者反平行排列，從而導(dǎo)致局域內(nèi)的各原子的磁矩沿著同一個方向排列。

為什么磁鐵斷開后會形成新的磁極？因為磁鐵內(nèi)部的磁疇不會因為磁鐵斷裂而消失。剛剛我們提到磁鐵內(nèi)部具有自發(fā)磁化的磁疇，而當(dāng)磁鐵斷開以后，內(nèi)部磁疇的仍然存在，磁疇存在那么鐵磁性也就存在!

磁是一種能量嗎？磁不能與能量劃等號。但磁力可以做功，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，磁力做的功來自于磁場前后的勢能差。

參考資料：

1. Magnetic Domain Wall Motion | SpringerLink

2. 磁力真的能無限做功？它的能量源自何處？-妙含物理

by iu

Q.E.D.

Q8

相傳克萊因瓶可以裝下太平洋所有的水是真的么?

by 匿名

答：

很難說是真是假，因為克萊因瓶是存在于四維空間的封閉的面，裝三維空間的水屬于是《三體》中褚?guī)r進(jìn)入水滴——升維打擊了。在四維視角下，克萊因瓶并沒有里外之分，所以很難定義什么叫“裝”。你大可以認(rèn)為它能像觀音菩薩的玉凈瓶一樣裝下無窮多的水，也可以認(rèn)為它一滴水也裝不進(jìn)去。

為了說明這個問題，不妨先看一下這條8字形的封閉的線。如果這條線是存在于二維空間里的，那么它所“圍”住的面積就能很好地定義出來。但如果這條線是三維的，比如下圖中紅線部分被升高了，那么這時這條線所“圍”的面積就很難被清楚地定義出來了。

克萊因瓶也是類似的，它可以理解成將莫比烏斯環(huán)的兩條邊粘合起來的產(chǎn)物。粘合的過程中橙圈內(nèi)的部分看似會相交，但其實(shí)是這是投影到三維空間中的錯覺，它們在第四維中是錯開的。

二維空間中封閉的線可以清楚地定義一個面積，但升到三維后就不行了。三維空間中封閉的面可以清楚地定義一個體積，但升到四維后也不行了。所以回過頭來看題目，因為我們很難在四維空間中定義什么叫“裝”，就像很難在三維空間中定義什么叫“圍”。

現(xiàn)在市面上賣的所謂的克萊因瓶實(shí)物，都是三維空間下的“偽劣仿制品”，瓶頸在穿過瓶身連通瓶底的時候不可避免地會相交。

網(wǎng)上有博主嘗試往里面裝水，裝到一定程度后確實(shí)會滿出來。這其實(shí)是不對的，因為在裝的過程中默認(rèn)在橙色方框處加了一個面，這個面加上克萊因瓶才會圍成有限的空間。克萊因瓶本身只有一個面，和莫比烏斯環(huán)一樣，并不區(qū)分里面和外面。

by 牧羊

Q.E.D.

#本期答題團(tuán)隊

單身男青年、iu、Childe、掃地僧、牧羊

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編輯：牧羊