1分钟物理：“中科院物理所”趣味科普专栏【第一辑】

 

   
    好奇是人类的天性，也是科学发现的原动力。各位读者朋友，你们可曾对大自然的现象产生过好奇？比如：浪花为什么是白色的？闪电为什么总是弯弯曲曲的？用手机拍摄电视屏幕为什么会有黑色条纹？……幼时的我们不会想到，一些看似普通的问题其实是我们接触物理学的起点。随着年龄的增长、知识面的拓宽，有些简单的问题很容易解答；但有时候又会衍生出更多更新奇的问题或想法，总也得不到令人满意的答案。随着技术的进步，我们接触到的现象越来越多，其中涉及的科学知识越来越广，新事物出现的速度越来越快，科普工作者必须探索更新更有效的手段来满足和进一步启发大家的好奇心。

    2016 年 4 月，中科院物理所几位年轻的科研工作者在物理所微信公众号上创办了“问答”专栏。专栏一经创办，就引起粉丝们的强烈反响，掀起了一股向物理所公众号提问的热潮。专栏收到很多非常有趣的问题，而参与答题的人也从物理所的几位师生，扩展到兄弟院所和其他高等院校的研究人员。很快，“问答”成了众多粉丝每周期待的栏目。“问答”专栏到现在已经持续了一百多期，而本书的内容正是取自该专栏的精华，读者们的问题分别归纳为生活篇、脑洞篇、学习篇、宇宙篇和量子篇五个部分。有的问题很简单，但背后却蕴藏着深刻的物理知识；有的问题角度新奇，阅读答案的过程就像坐上了一辆科学的趣味列车。在这里，有些问题会有确定的答案；有些问题却只能在“答案”的引导下让人产生进一步的想象空间；有些问题甚至连科学家还没有定论。

    正如书名《1 分钟物理》所言，书中的大部分问题与答案可能只需要一两分钟就可以读完，读者在碎片化的时间中可以汲取科学的养分。然而，在惊叹物理学有多奇妙的同时，我们必须记住，仅仅一两分钟的时间很难彻底搞清楚一个物理问题，答案的提供者也无法确保所有的回答面面俱到。好的问题是一次探索的起点，但好的解答往往并不是探索的终点。这里的回答更像是一把钥匙，帮你开启一扇好奇之门，门内更广阔、更丰富的物理世界，需要读者自己去发掘。希望这本书中的问题和答案可以让你对物理学多一点兴趣，对生活和大自然多一些好奇。

    科学知识是人类共同的财富，探求未知，并与更多的人共享，是科研人员的强烈愿望。物理所微信公众号的红火，依靠的是一批铁杆粉丝，其骨干是一批活跃在科学前沿的青年研究人员和充满活力的研究生，他们的激情是“问答”专栏的坚强支撑。专栏的创立和进一步提升是“大众科普”的最新尝试，它不仅传播科学知识，更着力于培育科学文化：好奇是求知的动力，质疑是创新的起点。我非常赞赏年轻同事和同学的激情和付出，热忱向读者朋友推荐这本非比寻常、大开脑洞的优秀读物。

    愿“专栏”越办越好！期待本《1 分钟物理》第二辑早日和读者见面！

      

                                                                                                                          于渌

                                                                                                             2019 年 1 月于北京

                                                                                      （序言作者系理论物理学家、中国科学院院士）

                                                                                               ——中科院物理研究所研究员  曹则贤

   这是一本非常接地气的科普书，它的问题全部来自中科院物理所微信公众号的读者提问，有每个人日常中都可能碰到的疑问，也有脑洞大开的问题，“物理君”的回答都是简洁易懂，妙趣横生。

                                                                                              ——中科院高能物理研究所研究员  张双南

  一个简单的棱镜就能够让我们看到太阳的彩虹美，而《1分钟物理》就如同棱镜，简短有趣，能够帮助我们一窥物理的奥妙，值得一看。

                                                                                               ——中科院国家天文台研究员  苟利军

  对于喜欢思考的人，一个突如其来的问题往往像是照亮黑暗的一道光，会让他瞬间找到思考的方向。为此，物理所的才子们应该感谢所有抛出问题的读者，是他们的脑洞成就了这本书中闪亮的答案——不仅清晰，而且有趣；看似轻松，实则用足功夫。虽说是“1分钟1个知识点”，却并非捷径，而是曲径通幽的入门处

                                                                                 ——中央电视台《加油！向未来》节目制片人  王雪纯

物理君要赞美这个脑洞！哈哈！这应该没什么影响，原子弹的冲击波范围也就十几千米吧。一个大点的台风风眼直径动辄二三十千米，更不要说外围几百上千千米的气旋了。原子弹连风眼都填不满。大自然说，你们人类完全不够看啊。我知道，这肯定不是你们想要的答案。那我们来脑补一个特别特别大的原子弹和一场小型台风吧！首先台风眼是地表的低气压中心。大气从四面八方流向风眼，然后在风眼外围涌向高空。在那里丢一颗原子弹，原子弹释放的大量热量会使台风中心的气压短时间升高。这使得台风短时间减弱。然而这并没有（那个什么）用，热空气会迅速往上层大气涌，这又加剧了地表的低气压，于是更猛烈的台风即将产生。所以，核弹对台风是完全没有办法的。这是螳臂当车呀！砸颗小行星说不定有用。
09. 我们穿越回古代（比如秦朝）能发电吗？

为了这个问题，物理君专门跑去翻了《史记》，这真是太为难理科生了。（不过术业有专攻，我尽力而为，如依然有史实错误，望勘正。）首先，秦朝的青铜冶炼技术已经非常成熟。而生铁冶炼技术始于春秋后期，西汉开始大范围应用，秦朝的冶铁技术就算没有成熟也不会差到哪里去。这样我们就有了两种电化学活性不同的金属，青铜和铁，理论上就有了制造原电池的可能性。不过，由于铁和铜的电化学活性差得不是特别多，再加上铁中杂质多，青铜中又掺有少量锡。因此，这个原电池的效率必定是极差的。当然，光有金属电极还不行，还要有酸和盐组成的电解液。这在秦朝还真不一定有。因为常见的酸性植物，番茄啊，柠檬啊，那时都还没引进。唯一本地产的柑橘又在南方，而中国的南方大开发还要等到三国和南北朝时期。好在我查了一下，发现“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳”这句话原来出自《晏子春秋•内篇杂下》。我顺手还发现原来春秋时期我们就已经有醋了！所以酸液也有了！因此，在秦朝，虽然电灯泡是完全没有机会造出来的，不过电池可能真的能造出来哦！这还没完，秦朝有没有磁铁这个事情似乎还没有定论，但磁铁是可以造的。将铁粉部分氧化成四氧化三铁，然后烧结成块材，再让它缓慢降温到居里点以下，这样它就可以在地磁场的诱导下成为一个比较弱的磁铁（这是富兰克林说的）。这样，有了磁铁，有了铁铜做的导线（当然，那时的铁铜有可能延展性差，不足以制成线，不过无妨，不行我们就用金嘛），彼时蜀郡郡守李冰正在兴修都江堰，当时的人有一定的水利工程能力，那么……你懂的。
   生活篇（节选）

03. 人体的安全电压是 36V。为什么没听说过有安全电流呢？到底是电压危险还是电流危险？

考虑到人体的情况，高电压不一定会杀掉你，但是强电流一定会杀掉你，而低电压一定不会在人体产生强电流，所以低电压一定是安全的。（哇……真像绕口令。）那为什么不直接写安全电流呢？因为电网的标准里只有电压是恒定不变的，这样有利于电网中的负载正常运转，而电流是随电网中的负载随时变化的。所以综上所述：第一，安全电压不是保障安全的直接原因，却是安全的充分条件；第二，设置安全电压在可操作性上比设置安全电流强得多。
04. 下雨时是部分地区下雨，那为什么我们平时看不见或者接触不到下雨与不下雨的交界处？

其实下雨的地方和不下雨的地方是有比较明显的分界的，物理君在开阔的荒野中就经常看到。只是一些原因让我们不太方便看到这个现象。首先，云层距离地面几百到几千米不等，非常高，雨滴在下落过程中会因为受到风的扰动而随机散开，导致边界模糊；其次，边界区域相对于云朵整体面积而言，占比较小，观察者不容易碰巧处在边界附近；最后，云朵在风力作用下移动，速度可轻松达到几十米每秒，边界快速移动，对观察者而言也是一晃而过。

  

其他精彩问题

下雨时是部分地区下雨，那为什么我们平时看不见或者接触不到下雨与不下雨的交界处？

网传冰糖的摩擦荧光是真的吗？如果是，还有哪些晶体存在摩擦荧光？

电磁炉的波对人有危害吗？请问（城市万伏变压）变压器旁边的电磁辐射对人的影响有多大？

一个火车头为什么能拉动这么多的车厢呢？

为什么硬的东西都是脆的？

坐在火车上透过玻璃往外看，离得越近的东西“走”得越快（比如铁轨和路杆），而远的东西（比如建筑和树）好像就“走”得比较慢。这是为什么？

1 秒有多长？ 1 秒的定义很复杂吗？

下雨时打电话真的会引来闪电吗？

开发商总说楼层中间地带是扬灰层，那么灰尘在空气中能够达到的高度有多高？

为什么纸张沾了油会变透明？

路面有水，水会减少汽车轮胎与路面的摩擦力，引发打滑现象。但是，人工清点纸币时，干燥的手指在纸币上却打滑，将手指沾水后反倒不打滑了。这是为什么？

雷电是怎么产生的？

为什么飞机飞过天空后会留下云？

为什么用纸或塑料遮住手机Home 键，指纹识别依然可以使用？难道这样也导电吗？

为什么电池会有保质期呢？没用过的电池超过保质期使用起来会有什么反应？电池里的电去哪儿了？

为什么汽车在公路上行驶时，打开窗子风会从外面吹进来，而客机在空中破口时，风会将人往外吹？

为什么电扇背面没有风？为什么对电扇说话声音会变得怪怪的？

为什么尺子和橡皮放在一起久了会粘在一起，接触的地方还会有油一样的物质？

风扇为什么逆时针旋转？

为什么有的时候用手机或相机拍电视中的图像会出现黑色条纹？

打水漂时，为什么石头不会立刻落进水里？

为什么下雪后会感觉很安静？

空调为什么能吹出冷热两种不同的风？

在一个温度相同的环境中，不同的东西为什么摸起来温度不一样？

为什么推一下笔，笔往前走，它还会来回滚几下再停？它受到了什么力？

可不可以算出伞的最佳撑法？

为什么光走的路程总是最短？光怎么知道那条路最短？

在台风的风眼扔一颗原子弹会怎么样？

水热是因为水分子剧烈运动，但是为什么不管如何搅拌水，水都不变热呢？

如果失控的电梯在做自由落体运动，里面的人在电梯即将落地时跳起，电梯在人落地前落地，那么此人会受伤吗？

太阳温度那么高为什么没蒸发？

人、老虎之类个子大的生物从高处掉落会摔死，而蚂蚁、蟑螂之类的小动物似乎从多高处掉下来都不会摔死，请问这是为什么？

我们穿越回古代（比如秦朝）能发电吗？

人的正常体温通常是37 摄氏度左右，可为什么环境温度还没到30 摄氏度人就开始感觉热，摄氏度的时候就会热到变形？

把核废料投到活火山口里会怎么样？

据说一头 200 千克的猪四脚站在地面上时，对地面的压强约为一个大气压。水下10 米处的压强相当于增加了一个大气压。那么潜水员要如何承受住来自各个方向的猪的踩踏呢？

如果地球上的植物都消失了，剩余的氧气可以让人类存活多久？

失重状态的人能否点燃蜡烛？能的话，烛火会是球形的吗？

如果将昆虫原比例放大，它们的外骨骼要有多硬才能支撑它们的重量？

能简单描述一下闪电产生的原因吗？为什么闪电不走直线，而是分叉的？不是两点之间直线电阻最小吗？

能不能人工制造海市蜃楼？

据说孙悟空是以音速飞行的，因为他的筋斗云就是音爆云，这是真的吗？在水中以音速运动又是怎样的情况呢？

地球是一个球体，将其表面展开铺平，得到的不该是一个矩形，但为什么时区划分图中的世界是矩形的？

什么是玻尔兹曼大脑？

外星人的眼睛有没有可能接收红外线或者紫外线？他们会不会比地球人的视野更宽阔？

云的主要成分是水滴和冰晶，水和冰都比空气重，为什么不掉下来呢？

如果在光速飞船上发射一束光，那么这束光难道不会比飞船更快吗？这样光速不就能超越了吗？

对着手哈气会感到暖，吹气会感到冷。那么是否存在一个吹气速度让人感觉不冷不热？

以导体传递电子信号，人们能做出电子计算机，那传统意义上的“机关”和现代意义上的机械结构能不能称为“力学计算机”呢？

如果给地球钻一个经过地心的对穿孔，然后丢一个重物下去，这个重物最终会悬停在地心处吗？

为什么没有透明的金属？

为什么高处比低处冷，越高不应该越离太阳近吗？

为什么镜像是左右颠倒，而不是上下颠倒的？

光照会对物体产生压力吗？如果会，为什么光不会砸死人？

有一座独木桥极限承重100千克，小明体重80千克，拿着两个15千克的背包，有没有可能通过轮流抛接的方式过桥？

一定要有水才会有生命吗？难道不能有以其他资源为基础的生命？生命一定要出现在宜居带上吗？

为什么光可以用东西挡住，声音却不可以？

根据热力学第二定律，世界将越来越混乱。那为什么会产生能体现秩序的细胞、生物和人类？

……