為什么飛機(jī)起飛時(shí)要調(diào)暗燈光？| 問(wèn)答
飛機(jī)就要起飛了
乘務(wù)人員提醒你系好安全帶
之后燈光暗了下來(lái)
為什么飛機(jī)起飛要營(yíng)造一個(gè)暗環(huán)境呢？
Q1
為什么客機(jī)起飛時(shí)要將燈光調(diào)暗？
by 綠旋風(fēng)
答：答案是為了乘客們的安全。
航空業(yè)的絕大多數(shù)規(guī)則和做法都是以過(guò)去的事件和意外情況為基礎(chǔ)的。它們發(fā)生后會(huì)被仔細(xì)檢查。通過(guò)這些研究和考察，制定并實(shí)施了使航空更安全、更有效的規(guī)則。
當(dāng)人眼從光環(huán)境移動(dòng)到黑暗環(huán)境時(shí)，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間讓視覺(jué)敏感度逐漸提高，才能看到暗處的物體，即暗適應(yīng)過(guò)程。經(jīng)研究顯示，在進(jìn)入暗處的最初7分鐘之內(nèi)，人眼感光閾值會(huì)出現(xiàn)一次明顯下降；在進(jìn)入暗處25-30分鐘之后，閾值才會(huì)下降至最低點(diǎn)。在飛機(jī)起飛前3分鐘和降落前8分鐘，飛行是最危險(xiǎn)的，民航業(yè)內(nèi)有一個(gè)專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)——危險(xiǎn)十一分鐘，也有人將其稱(chēng)為“魔鬼十一分鐘”。這段時(shí)間內(nèi)關(guān)閉燈光可以讓人們提前進(jìn)行暗適應(yīng)過(guò)程，這樣在出現(xiàn)緊急情況時(shí)，乘客能夠跟隨緊急出口燈光，快速找到出口。
同時(shí)飛行員也會(huì)將駕駛艙的燈光關(guān)閉，方便看到指示燈信號(hào)。
也有說(shuō)法是關(guān)閉燈光是為了讓飛機(jī)能夠?qū)⒛茉醇性诎l(fā)動(dòng)機(jī)，保證飛行平穩(wěn)。
參考資料：
Why are the lights turned off during Landing and Takeoff on an airplane? - aviation related posts, aviation pioneers and aviation accidents (aviationfile.com)
為什么人在黑暗環(huán)境與明亮環(huán)境中切換時(shí)有暫時(shí)性看不清？
【小課堂】民航客機(jī)上的“魔鬼十一分鐘” (qq.com)
by 樂(lè)子超人
Q.E.D.
Q2
地震預(yù)警是通過(guò)檢測(cè)次聲波實(shí)現(xiàn)的，那么同樣是機(jī)械波，為什么聲波比地震波傳播快？
by 日月巡天
答：地震波就是一種次聲波，又分為橫波和縱波?？v波傳播速度快、對(duì)建筑危害??；橫波傳播速度稍慢，對(duì)建筑物危害大。震源同時(shí)發(fā)出縱波和橫波?？v波先到達(dá)震中地表，被傳感器探測(cè)到。然后系統(tǒng)盡快發(fā)出預(yù)警，搶在橫波到達(dá)地表之前給人們避難時(shí)間。而在遠(yuǎn)離震中的地方，預(yù)警信號(hào)以電磁波的速度傳播，地震波以固體聲速傳播。因此可以做到分鐘量級(jí)的提前預(yù)警。
by 井筠
Q.E.D.
Q3
物理君，我兒子最近問(wèn)我，非常清澈的水，如果水深達(dá)到1000米，甚至更深時(shí)，我們還能看見(jiàn)水底嗎？
by 奶壺
答：難以看見(jiàn)，除非水底有非常強(qiáng)的光源。雖然水是透明的，但光在水中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生衰減，強(qiáng)度隨著傳播距離呈現(xiàn)指數(shù)衰減。
其中是衰減系數(shù)，d是光在水中傳播的距離。這個(gè)衰減包括水對(duì)光的吸收和散射兩方面作用，如果只考慮吸收，則為μ吸收系數(shù)。在可見(jiàn)光波段，波長(zhǎng)越長(zhǎng)(越靠近光譜的紅端)，吸收越強(qiáng)烈，μ在10-2到
數(shù)量級(jí)。若取吸收系數(shù)為0.1，約70米之后光強(qiáng)就降為初始的千分之一，傳輸1000米光的強(qiáng)度已經(jīng)減弱為原來(lái)的10的44次方分之一，通常人是不可能看見(jiàn)的。另外，對(duì)于純水，散射主要是瑞利散射，不同于吸收，藍(lán)紫光的瑞利散射較強(qiáng)，因此人們?？吹角宄旱乃仕{(lán)色，但是對(duì)于千米深度，散射的光也將幾乎被全部吸收。除非是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的杯子，你可以從側(cè)面看到散射光。
事實(shí)上，人們通常把海面以下陽(yáng)光無(wú)法到達(dá)的深度稱(chēng)為無(wú)光層，根據(jù)不同的海域，無(wú)光層的最上端位于海面以下200米到800米深處。因此，想要看到千米深的水底幾乎是不可能的。
by 利有攸往
Q.E.D.
Q4
在熱天為什么看遠(yuǎn)處的公路有一種蒸發(fā)熱浪的感覺(jué)？
by 天和核心艙數(shù)小理
答：這是一種常見(jiàn)的大氣折射現(xiàn)象，其根源在于空氣的折射率會(huì)隨著溫度、壓力甚至濕度等量的改變而改變，比如曾有人總結(jié)出實(shí)驗(yàn)室條件下的近似公式：
其中是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的空氣折射率，而則是在某一溫度、壓力下的折射率。其中壓力p以托爾（torr）為單位（1 torr = 1/760 atm），溫度T以℃為單位。
在熱天，公路經(jīng)過(guò)太陽(yáng)的暴曬溫度會(huì)很高，于是會(huì)加熱附近的空氣，使其升溫膨脹，折射率也發(fā)生變化。而遠(yuǎn)離地表的空氣溫度相對(duì)低，其折射率自然不同。然而低處高溫的空氣由于膨脹后密度減小會(huì)上升，而高處的低溫空氣則會(huì)下沉，這使得各個(gè)位置的空氣折射率并不是不變的，而是隨著這種加熱與對(duì)流的進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化的。
當(dāng)遠(yuǎn)處的光線穿過(guò)這樣的空氣，會(huì)在多個(gè)不同折射率的空氣區(qū)域的交界處發(fā)生折射，且折射的情況實(shí)時(shí)變化，這種閃爍感就像看見(jiàn)某種“氣流”在流動(dòng)。與之類(lèi)似地，看火焰的附近也會(huì)有類(lèi)似的閃爍感，即“熱浪”。
參考資料：
Edlén B. The refractive index of air[J]. Metrologia, 1966, 2(2): 71.
Atmospheric refraction - Wikipedia
by 云開(kāi)葉落
Q.E.D.
Q5
一個(gè)家用電燈泡有星等嗎，如果有是多少??？
by 匿名
答：常見(jiàn)的星等包括視星等和絕對(duì)星等等幾種。視星等是人眼看到的亮度，以織女星為參照記為0等，每高5等亮度變暗100倍。也就是說(shuō)，5等星比0等暗100倍；0等星又比-5等暗100倍。絕對(duì)星等數(shù)值上等于距光源10秒差距（約32.6光年）處的視星等。所以，燈泡的視星等可以估算，而絕對(duì)星等趨向正無(wú)窮。
物體A的視星等
，其中L是光度，它的量綱是功率，單位可以取瓦特，R是光源到觀察者距離。[1]我們把太陽(yáng)設(shè)成參考B，視星等
，用太陽(yáng)平均輻射強(qiáng)度代替
。在距離發(fā)光功率34W的燈泡3m處的
，算下來(lái)燈泡“視星等”大約-19.3，相當(dāng)于在海王星近日點(diǎn)看太陽(yáng)[2]。
需要指出的是，星等是一個(gè)天文學(xué)概念，而燈泡亮度是光度學(xué)概念，二者相關(guān)但并不是同一套系統(tǒng)。由于學(xué)科發(fā)展的歷史影響，它們用的甚至不是同一套單位，換算也并不容易。這里我們使用了相當(dāng)理想且粗略的近似以及解釋?zhuān)允勾鸢副M可能通俗。
參考資料：
星等中的亮度與光度
視星等
by 藏癡
Q.E.D.
Q6
磁單極子有可能存在嗎？如果發(fā)現(xiàn)了會(huì)對(duì)物理學(xué)有什么影響？
by 彭教授粉絲
答：是有可能存在的。1931年，Dirac提出一個(gè)假設(shè)[1]，他認(rèn)為磁應(yīng)該和電具有和諧的對(duì)稱(chēng)性，既然電有電荷，那么就沒(méi)有理由禁止磁有磁荷。他還在文章中指出，磁單極子可以解釋為什么電荷是量子化的，也就是說(shuō)存在最小的電荷元e，它和磁荷元g滿(mǎn)足關(guān)系[2]
如果磁單極子真的存在，麥克斯韋方程組也需要做一些修改，當(dāng)然改動(dòng)并不大，只需要補(bǔ)上有關(guān)磁荷和磁流的項(xiàng)。你可以對(duì)比一下改動(dòng)前后的方程組，加上磁單極子后電和磁完全對(duì)稱(chēng)了。
為了尋找磁單極子，人們做了各種各樣的實(shí)驗(yàn)，有在太空射線中尋找的，也有在粒子對(duì)撞機(jī)里找的。但是目前為止，人們還沒(méi)有確鑿地發(fā)現(xiàn)磁單極子。
參考資料：
Dirac, P. A. M. Quantized Singularities in the Electromagnetic Field[J]. Proc. R. Soc. Lond. 1931, A13360–72
Dirac, P. A. M. The Theory of Magnetic Poles[J]. Physical Review, 1948, 74(7), ?817–830.
楊煥雄.電動(dòng)力學(xué)理論中的磁單極子[J].大學(xué)物理,2015,34(06):1-8.
by 牧羊
Q.E.D.
Q7
真空中的光速是c，但談及速度必須有參照物，真空沒(méi)有參照物哪來(lái)的光速？
by 匿名
答：真空中是否可以有參照物呢？如果將真空理解為沒(méi)有任何物質(zhì)，那么就沒(méi)有參照物。但更實(shí)際的考慮是，真空作為物理學(xué)的基礎(chǔ)概念，在不同的語(yǔ)境下有不同的意義，例如電磁學(xué)意義上，真空指不存在使光減速的介質(zhì)。這樣我們完全可以找一個(gè)真空環(huán)境，里面放上探測(cè)器，只要光通過(guò)的地方?jīng)]有介質(zhì)，其它東西都可以是參照物。
此外，真空中的光速不依賴(lài)參考系(參照物)的選擇。狹義相對(duì)論的光速不變?cè)砀嬖V我們，真空中的光速在任何慣性系中都相同，且與光傳播的方向和光源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。這里慣性系指的是不具有任何加速度的參考系(或者說(shuō)參照物)，在這樣的參考系下，牛頓第一定律成立。
by 利有攸往
Q.E.D.
Q8
非金屬元素具有抗磁性是因?yàn)闆](méi)有未成對(duì)電子，為什么有些金屬，比如銅，核外有未成對(duì)電子，卻仍然表現(xiàn)抗磁性？
by 匿名
答：當(dāng)大量金屬原子結(jié)合形成固體時(shí)，原子內(nèi)層電子受引力強(qiáng)，被局域在原子核附近，而外層電子則能脫離單個(gè)原子的束縛在整個(gè)金屬中游蕩。失去外層電子的金屬原子將成為離子。因此，金屬?gòu)奈⒂^上可以看成是大量巡游電子在離子構(gòu)成的點(diǎn)陣中接近自由地運(yùn)動(dòng)。
上面的微觀圖像啟示我們，金屬的磁性也可以分為離子和巡游電子兩部分的貢獻(xiàn)。若金屬原子內(nèi)層存在未配對(duì)的電子，則其離子將具有凈磁矩，對(duì)于外磁場(chǎng)的響應(yīng)也主要體現(xiàn)為順磁。若內(nèi)層所有電子均已配對(duì)，金屬離子在外磁場(chǎng)下的感生磁矩將與外場(chǎng)相反，表現(xiàn)為抗磁性，磁導(dǎo)率
?，其中 Z為內(nèi)層電子數(shù)目，mi為內(nèi)層電子質(zhì)量， a為離子的平均半徑，則為單位體積內(nèi)的離子數(shù)量。
對(duì)于巡游電子，其同樣存在由自旋磁矩貢獻(xiàn)的順磁性和由軌道磁矩貢獻(xiàn)的抗磁性，分別被稱(chēng)為泡利順磁性和朗道抗磁性。泡利順磁性和朗道抗磁性的強(qiáng)度之比為?
，其中為m0自由電子的質(zhì)量，而
為材料中電子的有效動(dòng)力學(xué)質(zhì)量。對(duì)于金屬，
?，因此巡游電子整體貢獻(xiàn)順磁性，總磁導(dǎo)率
。
對(duì)于銅原子，其電子構(gòu)型為
，方括號(hào)內(nèi)就是一價(jià)銅離子的電子構(gòu)型，各個(gè)殼層均被填滿(mǎn)。因此在金屬銅中，離子將貢獻(xiàn)抗磁性，未配對(duì)的外層巡游電子將貢獻(xiàn)順磁性。這兩個(gè)因素的競(jìng)爭(zhēng)決定了金屬銅是抗磁還是順磁。非?？拷雍说男倦娮?，受到原子核以及其它電子很強(qiáng)的相互作用，其有效質(zhì)量非常大，其運(yùn)動(dòng)基本被凍結(jié)，對(duì)于抗磁性的貢獻(xiàn)也很小。然而銅離子的3d電子距原子核較遠(yuǎn)，有效質(zhì)量?與自由電子質(zhì)量接近，且數(shù)目眾多，因此填滿(mǎn)的3d殼層對(duì)于抗磁性的貢獻(xiàn)顯著。此外金屬銅的晶格堆積緊密，較大，這也增強(qiáng)了離子抗磁性的貢獻(xiàn)。最終離子抗磁性在競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)上風(fēng)，金屬銅因而整體表現(xiàn)為抗磁。
by 樂(lè)在心中
Q.E.D
#本期答題團(tuán)隊(duì)
樂(lè)子超人、井筠、利有攸往、云開(kāi)葉落、藏癡、牧羊、樂(lè)在心中
#點(diǎn)擊這里或識(shí)別下方二維碼快速提問(wèn)
編輯：牧羊
