物理所的霓虹有什么不一样吗？| No.271_风闻

原创：中科院物理所

　　据我自己报道

　　昨日，雨过天晴

　　物理所观察到虹和霓

　　那么，物理所的霓虹

　　和其他地方的有什么不同吗？

　　其实，霓虹都是一样的

　　但“观后感”可能有点区别

　　**Q1****除了霓和虹外，还有没有更高阶的彩虹？**by 匿名

　　答：

　　昨天身在北京的小伙伴一定欣赏到了美丽的霓虹了吧，答者的朋友圈已经被刷屏了。

　　昨天傍晚物理所D楼上空的虹（主虹）和霓（副虹）| 来源：小编盗自朋友圈

　　有关霓和虹，之前已经有不少读者提问了，相关回答请移步No.213 Q4。那么，除了霓虹，还有更高阶的彩虹吗？

　　除了主虹和副虹外，也有可能形成更高阶的彩虹。一阶彩虹也就是生活中常见的彩虹，光在水滴内发生了1次反射；二阶彩虹就是霓，光在水滴内发生了2次反射；更高阶的彩虹就是光在水滴内发生了更多次的反射，理论上可以发生无穷多次反射。但是三阶以上的彩虹很少被报道，这是因为每增加一次反射就会损失一部分光，所以高阶彩虹很黯淡，比较难发现；另外，三阶和四阶彩虹要面向太阳才能看见，强烈的太阳光使得本就黯淡的高阶彩虹更难观察得到。

　　这幅图模拟了三阶彩虹和四阶彩虹出现的位置，由于强烈的太阳光，不做处理是很难看见三阶彩虹和四阶彩虹的 |来源

　　：3rd & 4th Order Rainbows

　　三阶彩虹当然也是有人拍到了的（趁着乌云将太阳附近的亮度降低的时候抓拍），不过还是需要对照片进行处理才方便看清，见下图。拍照片的人凭借这张照片发了篇学术论文，论文标题很直白，就叫：三阶彩虹的照片证据（Photographic evidence for the third-order rainbow）[1]。

　　三阶彩虹[1]

　　在拍到三阶彩虹的一个月后，又有人拍到了四阶彩虹，然后也发了篇学术论文，标题也很直白，叫做：自然四阶彩虹的摄影观察（Photographic observation of a natural fourth order rainbow）[2]。

　　四阶彩虹[2]

　　正当答者觉得自己也可以这样发论文毕业的时候，搜索结果给予了小编无情一击。2015年，还是这本Applied optics期刊，它上面发表了《自然五阶彩虹的摄影观察》《自然七阶彩虹的可能摄影观测》《高阶彩虹的偏振和可见性》……这本期刊还真是喜欢彩虹的呢~

　　参考文献：

　　[1] Großmann M, Schmidt E, Haußmann A. Photographic evidence for the third-order rainbow[J]. Applied optics, 2011, 50(28): F134-F141.

　　[2] Theusner M. Photographic observation of a natural fourth-order rainbow[J]. Applied Optics, 2011, 50(28): F129-F133.

　　by 重光

　　Q.E.D.

　　**Q2****彩虹消失是从哪里开始的？**by 匿名

　　答：

　　北京昨天傍晚的一场雨给天空带来了双彩虹，彩虹消失是从哪里开始的我没有看到，但彩虹出现是从我的朋友圈里开始的[Doge]，当我听到消息赶到现场的时候已经只剩下一个彩虹尾巴了_(:зゝ∠)_

　　在探究彩虹是怎么消失之前先来回顾一下彩虹的成因，我们之前在No.119 Q8和No.164 Q6中已经详细介绍过了，忘记了的读者们可以点击前往复习详细知识点，简单来说就是太阳光在天空中的小水滴里经过多次折射和反射，在特定角度上我们可以观察到色散后形成的七彩的光，而天空中所有满足这个特定角度的水滴的位置连起来就是我们看到的彩虹。

　　而彩虹消失即意味着满足彩虹形成的条件消失，比如我们所在位置对应的满足条件的小水滴消失，或者阳光被遮蔽。如果此时正好有一片不那么有眼色的云遮住了太阳，那么彩虹可能会变得颜色暗淡或消失。另外雨后大气中不同位置的雨滴蒸发快慢也影响着彩虹消失的顺序。以昨晚我所处的角度的情况来看，雨后太阳出来时，上方的水滴相对下方的水滴蒸发更快，因此彩虹是从拱形的顶部开始消失的。而如果有其他的天气因素影响的话也可能使得空中各处水滴蒸发速度相差不大，这样的话如果你去晚了可能连彩虹屁股也没的看了[Doge]

　　by 懒懒的下午三点半

　　Q.E.D.

　　Q3洗衣机是怎么把衣服洗干净的by Eurosky****

　　答：

　　我们洗衣服的过程其实就是把布料和上面的脏污分离的过程。无论是手搓洗还是洗衣机，目的都是将机械能转化为脏东西脱离织物进入水中的动能，此外，一些有加热功能的洗衣机还可以利用升温来保护织物的同时让脏污更易脱离衣物。

　　现代的洗衣机一般分为两种——波轮式和滚筒式洗衣机。两者的工作原理和构成（如图1）很相似——主体都是由内外两个桶及内部表面增加摩擦力的结构组成，只不过中间旋转的轴和开口方向向不同：波轮式的轴垂直于地面而滚筒式平行于地面。其中，桶体由电机提供动能旋转；对于波轮式洗衣机，开始工作时波轮（中间的搅拌装置）会带动水流旋转（图2蓝色箭头方向），同时水流离心运动在桶壁升起做圆环状（沿图2中红色箭头方向）运动，波轮间隔几秒会反方向旋转，保证水流的纵向旋转，增加两者相互摩擦，让脏污更易脱离织物表面；内筒壁上有小孔在甩干时排水；外桶外部会有固定或缓冲装置在桶旋转和甩干时起到稳定的作用。

　　图1 滚筒洗衣机构造示意图

　　图2 波轮式洗衣机水流流动示意

　　洗衣机在十八世纪就有记录了，这时候的洗衣机一般通过手动控制摇杆来带动内部活动，后来逐渐加入了换水、加热（可以放入柴火）的装置，随着电力系统的普及，自动洗衣机逐渐进入千家万户，成为重要的家庭成员之一。

　　参考资料：

　　Washing machine

　　Clothes washing machines: How they work

　　by zhenni

　　Q.E.D.

　　**Q4****如何买到一个保熟的西瓜？**by 长风

　　答：

　　挑选熟西瓜可以考虑以下方法：

　　比较直接的，同品种西瓜个头比较大的、质量比较重的往往成熟的更好，水分更足。

　　看外表，成熟的较好的西瓜，瓜皮纹理明显清晰，表面光滑无毛刺（生西瓜在瓜藤部分毛刺很明显）；由于没有阳光照射，靠近地面的表皮浅色部分发黄；尾部的瓜藤发生卷曲且枯萎（瓜熟蒂落），尾部的瓜眼小（表示瓜皮薄）；瓜头比瓜尾大。

　　听声音，用手指轻敲，由于不同成熟度的西瓜水分含量不同，里面“空心”的程度也不一样，会发出不同的声音，一般发出“咚咚”的清脆声的是熟瓜；发出“突突”声，是成熟度比较高的反映；发出“噗噗”声的是过熟的瓜；发出“嗒嗒”声的是生瓜。但这个方法需要经验，毕竟前面那些拟声词只能意会。

　　水试法，成熟的西瓜比重小于水，放入水中若漂浮在水面且露出1/4至1/5则是熟瓜，如露出太多则过熟，如下沉则是生瓜。

　　买切开卖的瓜，或者要求切开（记得支付）。

　　6.请老板帮忙挑选，随机给你一个不好的瓜。

　　参考资料：

　　用什么方法可以挑选到又甜又熟的西瓜？

　　by Alan

　　Q.E.D.

　　**Q5****为什么猫眼从里面看外面很清楚而从外面看里面却很模糊？**by 匿名

　　答：

　　因为猫眼的设计使得其从里向外看可以看到成像质量比较好的像，而从外往里看则很难看到成像。

　　猫眼，又称门镜，是一种装在住宅门上的小型光学仪器，作用就是让屋内的人能观察屋外情况，同时保证屋外的人无法看清屋内。简单的门镜由两个透镜组成，一块凹透镜，在门外一侧，另一块凸透镜，在屋内一侧，凹透镜焦距极短，凸透镜焦距则较长。

　　当从屋内经由门镜向外看时，其光路图如图1所示。屋外的物体（图中蓝色箭头）经过凹透镜折射（光路见图中蓝色线）后成一个正立缩小的虚像（图中蓝色轮廓的白色箭头），而这个虚像正落在凸透镜的焦距以内，因此凸透镜此时成为放大镜，将该虚像放大（光路见图中橙色线，暂时忽略那个凹透镜，图有点难画，意思到了就行[doge]），成一个正立的虚像（图中绿色箭头），该像恰在人眼明视距离附近，因此，屋内的观察者能看到一个比较清晰的像。

　　图1 屋内观察屋外的成像示意图

　　而当屋外的人想要观察屋外时，光路图如图2所示。此时，靠近物体的是凸透镜，屋内的物体（图中蓝色箭头）经凸透镜折射（光路见图中蓝色线），由于凸透镜焦距较长，在尚未成像时，光线便经过凹透镜，经凹透镜发散（光路见图中橙色线），发散的光线成一个正立的虚像（图中绿色箭头）。但由于凹透镜焦距较短，该像离门镜较近，只有几厘米，由于门镜孔径较小，观察者需要贴近门镜观察，因此该虚像离人眼距离也仅有几厘米，仍小于正常人眼的近点，即人眼能看清楚的最近距离，因此，人无法看清该像，视野里便是一片模糊。

　　图2 屋外观察屋内的成像示意图

　　参考资料：

　　猫眼（门镜）

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　Q6经过灭菌处理的食物放在无菌环境里，食物会变质吗by 匿名****

　　答：

　　先说答案，不考虑食物氧化和降解，仅考虑微生物引起的变质，是不会发生的。

　　路易斯巴斯德早在十九世纪六十年代利用著名的鹅颈瓶实验证明了这一点。通过煮沸培养基并利用长弯曲管隔绝空气中的微生物，培养基并不会被污染。相伴这个实验而来的是极为著名的巴氏消毒法：低温长时间加热来灭杀减少微生物，从而延长食物的保质期。

　　fig. 天鹅颈瓶实验 from Wikipedia

　　而灭菌相较于消毒，更加严苛。灭菌的定义就是将物体表面或者介质中任何形式的微生物和病原体去除的过程。在通过灭菌彻底的消除了食物中的微生物之后，又存放于无菌环境之中，自然不会有变质发生。

　　生活中的例子就是罐头食品，食品经过高压蒸汽灭菌后保存于容器中物理隔绝微生物，这可以让罐头食品的保质期延长到30年之久。

　　by 某大型裸猿

　　Q.E.D.

　　**Q7****为什么饭菜油烟、汽油、蒜等物质在与人体接触后即使反复清洗都不能完全去掉味道？**by 夜夜夜夜雨声烦

　　答：

　　一般的饭菜油烟和汽油(碳氢化合物的混合物)的去除主要侧重的还是去除产生相关味道的物质这一物理过程(因而处理措施就是各种清洁)，这些物质与一些表面疏松多孔、吸附性强的材料（部分衣物、木头、纸张等）接触后会渗透进这些材料导致难以清洗干净因而味道也就保留时间较长。相较而言我们会觉得汽油更难除味道是因为我们对汽油更加敏感。而与一些吸附性差的材料接触后，以汽油为例会形成"油印"，是由于挥发性物质分离后留下的大分子，是容易用洗车液等去除的。

　　再说说大蒜，大蒜驱赶吸血鬼可能不现实，但是一口大蒜下来“赶走”周围的人倒是很常见的。吃了大蒜往往小半天那股特殊味道还在，细心的朋友可以注意到大蒜在还没有剥开时味道是很小的，以上都是蒜素（Allicin）在起作用。在大蒜完整时蒜素并不存在，此时存在的是蒜氨酸（Allin），在大蒜被拍碎时，蒜氨酸会和蒜氨酸酶（Allinase）混合产生蒜素，蒜素具有辛辣和强刺激性气味。蒜素不稳定，会立即降解为含硫化合物，而这些含硫化合物会进入人体血液，由呼吸道、汗腺等排出，其中含硫化合物allyl methyl sulfide正是大蒜味道挥之不去的主要“元凶”。

　　参考资料：

　　蒜素

　　Science Of Stink: Blame Sulfur Compounds For Your Garlic Breath

　　by 某大型裸猿

　　Q.E.D.

　　**Q8****近视眼手术为什么能够矫正近视？**by 匿名

　　答：

　　写在前面，本文仅作科普，不构成任何医学建议，如有相关问题请务必及时就医！！！！！

　　有关近视的原因及治疗非常复杂，我们简单介绍一下。目前近视矫正手术主要有两种，眼外激光角膜屈光手术( laser cornealrefractive surgery) 、眼内有晶体眼后房型人工晶体植入术( implantable collamer lens，ICL) 。

　　首先我们再来看人眼部结构：

　　图1 人眼结构 | 图源自网络

　　人眼在观察世界时，光线进入眼睛，依次经过角膜、晶状体、玻璃体、视网膜等。这些部位类似一个凸透镜，可以调节光线使其聚焦到视网膜上。而当以上部位因为生理或人为因素无法准确折射光线时，就会造成屈光不正，聚焦点在视网膜之前，就是近视了。因此近视的矫正本质上是改善眼球屈光系统使进入眼球的光线能够聚焦到视网膜。

　　由于角膜屈光度是最大的，因此，我们只需要做一些很小的改变，就可以达到视力矫正的效果了，这就是眼外激光角膜屈光手术，这种手术的原理主要是通过准分子激光和飞秒激光分别或同时完成对角膜组织 的消融来改变角膜曲率和厚度，以达到改善视力的目的。

　　而一部分人，特别是高度近视人群，角膜曲率较大，角膜厚度偏薄，不适合眼外激光角膜屈光手术，可以选择眼内有晶体眼后房型人工晶体植入术，该手术的机制是根据患者术前检查屈光度和/或散光度数特定人工晶状体，在角膜缘行微小切口将折叠的人工屈光晶状体植入到眼内后房晶状体前相应位置，以改善眼球屈光度，达到视力矫正的效果。

　　以上是太长不看版[doge]，下面我们进一步介绍一下这两种视力矫正手术。

　　眼外激光角膜屈光手术从角膜手术位置分为表层和基质层两大类，每一类各有不同方案。表层激光手术不需要制作角膜瓣（角膜瓣指角膜手术过程中切开的薄薄的一层角膜，是角膜的一部分），操作简单，并发症少，术后视觉质量好，但术后眼痛明显，视力恢复慢；角膜基质层手术需要切开角膜基质制作角膜瓣，然后在角膜基质床上中央位置进行准分子激光切削，操作要点主要是“瓣的制作”，并发症也主要是角膜瓣问题。近年来，飞秒激光逐渐取代微角膜刀，使用飞秒激光制作角膜瓣更为精准、安全。这类手术疗效特点: 视力恢复快、眼部疼痛轻微、屈光度范围广。而不需要角膜瓣的全飞秒激光小切口透镜取出术( small incision lenticule extractionsurgery，SMILE)，简称全飞秒，具备了以上表层手术和角膜瓣手术的优点，越来越受到欢迎。

　　ICL术后视力恢复快、眼成像更清晰、眼部像差影响小、干眼发生率低、视觉质量好，不受角膜厚度限制，矫正屈光度范围更广，人工晶体还可以换取或调位；但是由于属于眼内手术，眼内增加了新的元素，可能会影响眼球运行，再加上手术操作、晶体位置等影响甚至可导致患者视力下降、眼压升高、并发白内障等并发症。万一出现眼内感染， 可能导致更严重的视力损害的后果。

　　图2近视矫正手术对比 | 图源自参考文献

　　最后，本文仅作科普，不构成任何医学建议，如有相关问题请务必及时就医！！！！！

　　参考文献：

　　[1]李莹,姜洋.惟论近视矫正眼外与眼内手术方式的选择[J].山东大学耳鼻喉眼学报,2020,34(02):1-6.

　　by 霜白