为什么国（qiu）庆（tian）天气会很好？| No.276_风闻

原创：中科院物理所

　　国庆假期已经开始了

　　小编已经坐上了回家的列车

　　相信也有不少小伙伴

　　会选择出游吧

　　国庆假期，正在金秋

　　秋天的天气

　　往往天高气爽

　　可你知道这是为什么吗？

　　今年国庆天气也会很好吗？

　　**Q1****为什么喝反复烧开的水不好？**by 東小澜

　　答：

　　因为反复烧开水会浪费电费

　　其实这个问题是一个被老生常谈的事情了，常见的理由是反复烧开水会导致水中的亚硝酸盐含量升高，而亚硝酸盐可以在体内生成强致癌物亚硝胺，但是在文献[1]中，作者在24h内对桶装纯净水进行了52次加热，水中的亚硝酸盐含量达到了国家标准含量的一半，但仍未超标。而将冷水放置一周后其中的亚硝酸盐含量相当于第四次加热的含量。事实上，除了细菌以外，水中的其他物质不会有太大变化，所以还是建议烧开的水尽快喝掉。

　　参考资料：

　　[1]梁成可,陈华.饮水机反复加热对桶装矿泉水中亚硝酸盐含量的影响[J].上海预防医学杂志,2007(07):343-344.

　　【提醒】隔夜水致癌？空心番茄是打了激素？路由器有辐射？答案来了

　　by 岷客

　　Q.E.D.

　　**Q2****现在对癌细胞的治疗方案都有哪几种呢？**by 匿名

　　答：写在前面，本文不构成任何医学建议，如有情况请及时就医。

　　目前主流治疗癌症的方法，总的来说分四类：手术、化疗、放疗和生物疗法，每一类中又可以分为若干种治疗方法，它们各自适应若干种癌症在不同阶段的情况。

　　手术一般在癌细胞没有扩散前实施，将病灶整个摘除，严格来说不算在细胞层面的治疗方法。化疗是指使用化学药物杀灭癌细胞，这些药物既包括抗生素类、嘧啶类、含铂有机药物等传统化疗药，也包括抗体偶联药物和脂质体等新型药[1]。

　　放疗是使用微波、电离辐射或离子束破坏癌细胞的疗法，分为体外放疗和体内放疗两类。放疗可以有效破坏癌细胞内的生物大分子，但是辐射也可能引起正常细胞损伤[2][3]。

　　生物治疗主要包括基因治疗和免疫治疗，此外还包括内分泌治疗等形式。基因治疗是将外源细胞的“自杀基因”或“免疫基因”导入患者体内并诱导表达[4]。免疫治疗是指调动人体自身免疫系统对抗癌细胞的疗法，主要包括免疫检查点抑制剂、免疫细胞治疗、肿瘤免疫疫苗、溶瘤病毒及免疫联合治疗等具体方法[5]。

　　在具体治疗中，医生常常根据患者实际，采用多种疗法联合治疗。此外，中医药也有相关对症治疗的理论，有时可以作为辅助治疗手段使用。

　　写在最后，本文不构成任何医学建议，如有情况请及时就医。

　　参考文献：

　　[1]张百红, 岳红云. 肿瘤化疗药物10年[J]. 现代肿瘤医学, 2019, 27(01):182-185.

　　[2]周旭林, 满沐苒, 刘清华. 放疗在肝癌治疗中应用的研究进展[J]. 现代肿瘤医学, 2019.

　　[3]孙文吉,陶冀.微波消融治疗肺转移瘤的研究进展[J].现代肿瘤医学,2021,29(20):3673-3676.

　　[4]刘涛,沈杰,何凤,张丹,项方,卢斌.大肠癌生物治疗临床应用研究进展[J].现代肿瘤医学,2014,22(07):1707-1711.

　　[5]何楚楚,陆海波.食管鳞状细胞癌免疫治疗的现状与展望[J].现代肿瘤医学,2021,29(14):2566-2569.

　　by 藏痴

　　Q.E.D.

　　**Q3****为什么当磁铁靠近电视机屏幕时会使图像变形?**by 匿名

　　答：

　　我想提问者应该问的是以前的老式电视机，这种电视机是靠阴极射线，也就是电子打在荧光屏上发光的，在荧光屏后面有两个偏转电场，分别在竖直方向和水平方向，当电子通过这两个电场时就会在其中产生偏转，从而打在了荧光屏上的不同位置，因此就会显现出图像了。

　　图片来源于网络

　　但是如果这时有一块磁铁靠近屏幕，那么电子就不仅受到电场的电场力，还要受到来自磁场的洛伦兹力，洛伦兹力会影响电子打在屏幕上的位置，因此图像就会变形了。

　　还有，以前开演唱会的大音响也都是不会放在显示屏旁边的哦，因为大音响里面有磁铁，可能会影响显示哦。

　　当然，现在的电视机都是液晶显示屏了，显示原理是利用液晶分子在电场中的排列不同，从而对光的透射进行调制，从而显示出了不同的图像啦，因此是不怕磁铁的哦。

　　by 有衡

　　Q.E.D.

　　**Q4****声音是由于振动产生，那声音又是怎么消失的呢？**by 匿名

　　答：

　　声音是对于人而言的概念，正常人耳朵能感受到的声音的振动频率范围在20Hz-20000Hz之间，但实际上即使在此频率范围内也不一定能够听到。另一方面，人耳对于声强的分辨力与灵敏度都是有限的，故对振动的声强也因人而异有不同的要求，比如说年长的老人能听到的声音强度下限可能就要更高一些，因此声强往往不做要求。声音虽然是因为振动的产生而产生，但是声音不是随振动的消失而消失的，振动不再符合上述的定义后自然就无法被人察觉，也就是声音消失了。以下是常见的三种会导致声音的声强和频率发生改变的情况。

　　声波传播过程中，其能量会被不断的吸收，转化为其它形式的能量，其声强和频率都会发生改变。

　　扩散也会导致声波的能流密度随着传播距离的变远而越来越小，引起声强和频率的变化。

　　不同声波之间的干涉。

　　by Freelance

　　Q.E.D.

　　**Q5****为什么秋天的天空显得格外高，格外清澈？**by 匿名

　　答：

　　高与清澈对天空来说是一样的，更清澈的天空看起来会更高，而更高的天空往往也更清澈。秋天独特的天气系统导致了秋天的天空会更高更清澈。

　　秋天作为夏天和冬天之间的过渡季节，天气系统开始发生改变，冷空气增强，我国大部分地区的低层大气开始受大陆冷高压控制；而高层天气系统的移动速度要滞后于地面，此时仍受副热带高压控制。低层的冷高压和高层的暖低压共同抑制了地面水汽的上升，大大减少了空气中的水汽含量。

　　地球风带气压带分布图 | 图片来源自网络

　　另一方面，经历过夏季雨水冲刷之后，空气中尘埃微粒的含量大大下降；地面的冷高压也会抑制尘埃的上升，使秋天的空气更加纯净。纯净的大气让秋天的天空显得格外高、格外清澈。

　　“秋高”和“气爽”往往同时出现。“气爽”的原因有以下几点：

　　之前介绍过，秋天空气中的水汽较少，不会潮湿；

　　低层大气受冷高压控制，肺内气压与外界气压更容易达到满足呼吸的差值，人们呼吸不会感觉费力。（相反暴雨来临之前低气压会导致呼吸格外费力，感觉会更“闷”）

　　秋季温度适宜，人不容易出汗，比较“干爽”。

　　这些因素共同导致了秋天的“气爽”。

　　参考资料：

　　[1]高由禧.东亚的秋高气爽[J].气象学报,1958(02):83-92.

　　[2]《中国气象报》2016年9月2日四版

　　by 乐子超人

　　Q.E.D.

　　**Q6****水滴为什么上面尖下面圆，而不是球形或者别的形状?**by  小小恋熊

　　答：

　　可能不少人印象中的水滴是上面尖下面圆的泪状，这多少和海报、节水标志中常用泪状表示水滴有关。实际上，水滴的形状并非如此。

　　在太空中没有重力影响，水滴为近乎完美的圆球。这是因为水滴的表面张力，在此作用下水滴表面积趋于最小（表面积越小，能量越低）。在体积相同的情况下，球形表面积最小，所以水滴是球形。

　　实际生活中，重力等影响会使水滴偏离球形。以水龙头为例，水滴摇摇欲坠时，顶端仍与水龙头有小面积的接触（上面的尖），底端下垂，重力和水龙头的附着力将水滴拉扯成长椭球，比较接近泪状。彻底坠落后，水滴很快变成扁椭球并向下运动，然后又变成圆球、长椭球、圆球、扁椭球，如此循环变形，如图。

　　图片来源

　　至于雨滴，文献指出直径小于1mm的雨滴以球形为主，在1-3mm的雨滴以椭球形为主，在3-5mm的雨滴为底部扁平的馒头状，如图（直径是指与雨滴体积相同的球的直径）。雨滴所受重力与直径的三次方成正比，表面张力与直径成正比。当雨滴较小时，重力远小于表面张力，可忽略重力，在表面张力作用下雨滴成球形；雨滴较大时，重力与表面张力相当，不能再忽略，这使得雨滴偏离球形而呈椭球形；雨滴很大时，底部受到较大的空气阻力，使得底部扁平化而呈馒头状。

　　参考文献：

　　[1]蔡一坤.穿透现象和液滴形状的关系[J].力学学报,1996(04):106-109.

　　[2]舒小健,高太长,刘西川,胡帅,江诗阳.基于降水微物理特征测量仪的雨滴形状观测与分析[J].气象,2017,43(01):91-100.

　　by 半七

　　Q.E.D.

　　**Q7****请问物体只要在空气中振动就一定能发出声波吗？比如在空气中招手会不会产生声波？来回走动会产生声波吗？**by 声波好难啊

　　答：

　　一定能，但是一方面我们不一定能听到，另一方面不一定是在空气中。首先需要解释什么是声波：处在介质中的物体发生振动时，由于与介质之间存在相互作用（比如碰撞），将能量传递给介质。这部分能量会在介质中以波的形式传播，这便是声波，本质是机械波或者说力学波。这里的介质不一定是空气，还可以是液体（比如声呐利用水中的声波工作）或者固体（比如在一端敲打钢管另一端可以听到）。

　　声波是一种疏密波，因为声源物质与介质作用的同时也在影响周围介质的密度，介质的密度有疏有密，且疏密的分布随着时间在介质中向前传递。正是由于振动方向与声波传播方向的一致，声波属于纵波。

　　疏密波示意 | 图源自参考资料[1]

　　从上面的描述，显然无论是招手还是走动都应该可以产生声波，但为什么我们听不到呢？这要从频率以及能量两个角度来理解。说频率，因为我们的耳朵不能听到任意频率的声波，一般只能分辨20Hz（赫兹）至20kHz之间的声波。低于20Hz的声波叫做次声波，超过20kHz的叫做超声波。这就是为什么自己招手似乎不出声，却能在半夜听到来自蚊子的问候。（蚊子扇动翅膀的频率约为500-600Hz）

　　最后就是能量的角度，既然声波的传递伴随着能量的传递，那么能量在传播过程中也会逐渐消耗。此外，当声波向非单一方向传播时，由于单位时间传出的能量一定，而声波的包络面随着传播变大，单位面积的能量降低。

　　能量由于扩散削弱示意

　　综合上述两个因素，声波在距离声源较远处会变得微弱，以至于耳朵无法分辨，这就是为什么蚊子不在耳边时听不到它的问候。（“嗡~还没睡呢？”）自然，当声源传出的能量很微弱，能传播的距离也会很近。

　　参考资料：

　　什么是声波?

　　声波——百度百科

　　超声波——百度百科

　　声呐是原理 声纳是利用什么原理呢？

　　by 云开叶落

　　Q.E.D.

　　**Q8****电子在运动中会相撞吗？**by DDot

　　答：

　　首先要明确问题中所说的是两个负电子还是一对正负电子。如果是两个负电子的话，由于电子带负电，相互之间存在库仑斥力，且距离越近就越大，因此两个负电子并不会直接相撞，而是会发生散射，这被称为穆勒散射(Møller scattering)。

　　但如果问题所说的是正负电子的话，那么答案是可以。正负电子碰撞后会发生湮灭，并产生大量能量，产生的能量一般以光子形式释放出来。当然，正负电子碰撞时也会发生散射，这被称为巴巴散射(BhaBha Scattering）。这一现象在高能物理领域中有重要应用，我国第一台高能加速器就是坐落在中科院高能所院内的北京正负电子对撞机，是研究高能物理，认识微观世界的一个重要手段。

　　(图片由笔者本人拍摄)

　　by fiufiu

　　Q.E.D.

　　**Q9****说托卡马克装置可以用磁场来约束核聚变产生的热量，磁是怎么约束热量的？**by 缝它跌

　　答：

　　首先要明确的一点是，托卡马克磁约束的不是热量，而是等离子体，能量是由被约束的等离子发生核聚变反应产生的。所谓的等离子体就是一大坨温度极高的粒子组成的中性物质，和固体、液体、气体一样属于一种物质形态。核聚变是使诸如氢原子核一类的较轻的原子核在至少上亿度的高温下克服原子核之间的库仑排斥力结合形成较重的原子核的过程，原子核在结合后相比结合前的总质量发生了亏损，根据质能方程

　　，亏损掉的质量变成了巨大的能量。如果没有磁场的约束，等离子体就会慢慢冷却以至于无法发生核聚变，而托卡马克装置可以长时间约束等离子体。

　　托卡马克装置是一个类似于轮胎状的环形真空腔，外面缠绕着多组一定形态的线圈，核心装置就是下面这个图的样子。我们中学都学过，电流可以产生磁场，在这里我们更进一步，外面缠绕的线圈通入电流后会在托卡马克的环形腔里产生绕着腔体旋转的环形磁场，也就是图中标出的B1。在实际的操作中，先在真空腔中通入少量气体电离出少量离子，然后通过感应或者微波、中性束注入等方式，激发并维持一个强大的环形等离子体电流，这个环形等离子体电流同样会产生绕着等离子电流一圈的磁场，也就是图中标出的B2，我们看到这时环形腔体中的磁场就变成了一边绕着大圆旋转的磁场B1，一边绕着小圆旋转的磁场B2，总的效果就是一个如图中B3样式的螺旋形磁场。

　　托卡马克装置原理图 | 图源自维基百科

　　等离子体中的带电粒子在磁场中运动，严谨的理论分析比较复杂，我们在这里可以简单地分析一下，带电粒子离开中心的速度可以放在图中小圆的平面中，也就是图中标出的v，这个速度当然是与B1垂直的，所以带电粒子就会在磁场B1的作用下被约束在如图中绿色轨迹的圆周里，同时，磁场B2的作用则是约束由于存在磁场梯度导致带电粒子向腔壁方向的漂移行为。综合来看就是管道内部的总磁场B3将等离子体约束在环形管道中，使其能够长时间地发生核聚变反应。作为一些拓展，除了托卡马克装置，还有一种利用高能激光进行惯性约束核聚变的方式，感兴趣者详见参考文献3。

　　参考资料：

　　托卡马克 维基百科

　　核聚变 维基百科

　　张杰.浅谈惯性约束核聚变[J].物理,1999(03):18-28

　　by Garrett

　　Q.E.D.