能装下一海之水的玉净瓶是克莱因瓶吗？| No.370_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-08-11 17:13
原创：中科院物理所
《西游记》四十二回
悟空难敌红孩儿的三昧真火
去南海请观音菩萨救驾
她带上杨柳玉净瓶装下一海之水
反掌之间就扑灭了大火
那么这个瓶子到底是什么？
是数学家设想的克莱因瓶吗？
Q1为什么酒精喷在塑料瓶上塑料瓶里面会起雾？
by 奇点
答：这个现象呢我认为是酒精气化吸热的结果。酒精分子间的相互作用力比较小，因此在常温常压下容易挥发。当你把酒精喷在塑料瓶上的时候，酒精会快速气化吸收热量，导致塑料瓶身的温度降低。瓶内的水蒸气受凉后会液化，在塑料瓶内部形成水雾。
by 单身男青年
Q.E.D.
Q2用火烧物体能让物体超过火的温度吗？
by 朗
答：这个问题非常非常有意思。
第一种情况，这个物体并不会被火点燃。因为根据热力学第二定律：热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体（克劳修斯表述），用火烧物体不能让物体超过火的温度。我们假设火的温度为300摄氏度，那么物体会一直从火吸取热量，直到温度相等。温度一致以后，物体就无法从火处吸收热量，温度也就无法再升高。
第二种情况，这个物体会被火点燃。我们以甲烷为例子（化学式为CH4），甲烷的燃点为538摄氏度，而甲烷燃烧的火焰最高温度能达到2860摄氏度。如果我们用假定600温度的火去点燃甲烷，那么甲烷燃烧达到的2860摄氏度远高于火的温度。
注：这里认为甲烷燃烧的火焰还是甲烷。
参考资料：
by iu
Q.E.D.
Q3台风如何震碎玻璃，我们又该如何应对？
by Cindy.Wn
答：台风会带来狂风暴雨，破坏性极大。当台风来临时，没有做好保护措施的窗玻璃是很容易破碎的。玻璃窗被台风震碎的原因主要有以下三种：
最直接的，玻璃被风刮来的杂物撞击破碎；
风吹玻璃引起玻璃振动，当风吹玻璃振动的频率恰好接近玻璃的固有频率时，会与玻璃产生共振，导致玻璃振动幅度不断增大，让玻璃破碎；
风力足够大，玻璃被强风吹变形，导致破裂。
一些媒体报道的，通过用普通胶带在窗户上贴米字形来加固玻璃窗，这其实是个流传了很多年的误区。国内外已经有很多实验[1][2]证明，这种方法并不能有效的防止玻璃破裂。一是因为脆弱的普通胶带不能增加大块普通玻璃本身的抗挠曲强度，反而弄不好可能会让玻璃受力不均，更容易破碎；二是鼓吹所谓“降低频率防止玻璃共鸣”，贴胶带确实会改变玻璃的固有频率，实际上我们是不能确定风吹玻璃的振动是在哪个频率，所以这样是保护了玻璃，还是贴了反而不如不贴，这事也不好说。
这样的“米字封印法”会有用吗？丨图源网络不过贴上的胶带的确能在玻璃破裂后粘住碎块，防止产生细小的玻璃碎片。这样是方便了玻璃碎一地之后，对于玻璃碎片的清理。但狂风中被吹出的，还粘着胶带的棱角尖锐的大片玻璃对人的安全也有很大威胁。因此要不要在玻璃上贴胶带就见仁见智了。
窗户封死，安全感满满丨图源网络如果真的遇到超级大风，还是要保护自己，安全第一。可以在窗户上安装护窗板或者户外铝合金卷帘，甚至直接用木板等将窗户封死，这些都是靠谱且有效的防护措施。
参考资料：
台湾省公视视频，颱風天 窗戶貼上膠帶可以防爆裂？（流言追追追） - YouTube
美国国土安全部下属的联邦紧急事务署 FEMA 发布的防灾指南：How To Prepare For A Hurricane
by Childe
Q.E.D.
Q4坐火车时，常可以见到两列列车高速交汇，而根据伯努利原理，流速大的地方压强小，那么列车不会因此吸到一起吗？
by 枫叻
答：这位同学说对了一半，其实两列列车会车时，真实的情况是两列车先分别受到指向外部的斥力，再受到指向内部的吸引力，如下图所示。
图源：网络那为什么列车会车时会先受到斥力再受到吸引力呢？因为伯努利方程是只适用于定常流动情况下的。列车正常行驶时会挤压前方空气从而导致车头位置气压升高。在两列车交会之时，列车首先会受对方车头处挤压的高压空气影响，相互排斥。在交会过程中受伯努利方程影响，两列车中间的气压降低，因此受到向内的吸引力。通常来说，高压气体的斥力影响是要强于伯努利方程影响的。列车会车过程中的气压分布呢，如下图所示。
列车会车过程中的气压分布 图源：网络by 单身男青年
Q.E.D.
Q5请问为什么高度近视会遗传？不良用眼习惯会影响到基因吗？还是说孩子跟着父母有样学样导致视力恶化？
by 匿名
答：以下回答不构成医学建议，有视力问题的请及时就医！
近视的成因是由遗传、环境因素和行为习惯共同作用导致了近视的发生。所以不良的用眼习惯可能会导致近视，至于影不影响基因受多种复杂因素影响无法下准确结论。近视有2种类型：先天性近视以及后天获得性近视。先天性近视具有家族聚集性，受遗传因素的影响较大。
近视度数高于600度的屈光不正状态称为高度近视，高度近视的病因相当复杂。在遗传方面，大部分的高度近视遗传属于常染色体隐性遗传病。研究表明，同等条件下，与父母都不近视的孩子相比较：父母单方近视的孩子，发生近视的概率高2.1倍；父母双方都近视的孩子，发生近视的概率就增长到了4.9倍。父母近视与子女近视呈正相关，表明遗传性近视易感性。父母近视史与子女近视有着较大联系，尤其是高度近视。
关于保护视力，必须从儿童抓起，父母对孩子要起监督和以身作则的作用，早发现早治疗。无论是父母还是孩子都要做到例如养成良好的用眼卫生习惯，保持正确读写姿势，增加户外活动时间等行为来预防近视，保护眼睛。
参考资料：
An overview of myopia genetics Experimental Eye Research, Volume 188, 2019, 107778.
Molecular Genetics of Human Myopia: An Update : Optometry and Vision Science
[王靖瑞.预防近视必须从儿童抓起[J].开卷有益-求医问药,2022(06):10.](https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=3uoqIhG8C44YLTlOAiTRKibYlV5Vjs7iM4VjA7s_Xyk4M-4Xrf6_eXRwd-2DWVzPx1Qf5i8HOeh6R8LG2StclyA0B72d9v_k&uniplatform=NZKPT)
by 扫地僧
Q.E.D.
Q6既然真空中没有氧气，那么恒星都是怎么燃烧的？
by 匿名
答：一般来说燃烧需要三种要素并存才能发生，分别是可燃物如燃料、氧气、以及温度要达到燃点（发光发热的氧化还原化学反应）。但恒星的“燃烧”并不是上述的燃烧，而是聚变反应！两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核（或粒子）的一种核反应形式。在此过程中，物质并没有守恒，因为有一部分正在聚变的原子核的物质被转化为能量。在恒星内部所发生的“燃烧”最常见的就是氢原子核的聚变反应。
氢原子核的聚变反应既然恒星燃烧不是我们平常所说的燃烧而是聚变反应，那恒星的火焰状结构怎么来的呢？
其实原因来自于——磁重联。磁重联是一种发生于高导电等离子体中的物理过程，过程中磁拓扑重新分布，同时磁能被转换为动能、热能与加速粒子。磁重联涉及的时间尺度介在磁场的慢阻抗扩散和快速阿尔文波之间。（确实有点复杂，其实简单点说就是太阳的磁场导致表面的等离子体表现出火焰状的结构！
参考资料：
by iu
Q.E.D.
Q7磁铁为什么有磁性。碎开了，为什么生成新的磁极。磁是一种能量吗?
by 匿名
答：这是三个问题，我一个一个回答。
磁铁为什么有磁性？因为磁铁内部具有自发磁化的磁畴！磁畴的形成机理：铁磁性物质内部相邻原子之间的交换作用会让原子内部的磁矩（内部磁矩的来源主要为电子运动所产生的轨道磁矩和自旋磁矩）平行或者反平行排列，从而导致局域内的各原子的磁矩沿着同一个方向排列。
磁畴为什么磁铁断开后会形成新的磁极？因为磁铁内部的磁畴不会因为磁铁断裂而消失。刚刚我们提到磁铁内部具有自发磁化的磁畴，而当磁铁断开以后，内部磁畴的仍然存在，磁畴存在那么铁磁性也就存在!
磁是一种能量吗？磁不能与能量划等号。但磁力可以做功，功是能量转化的量度，磁力做的功来自于磁场前后的势能差。
参考资料：
Magnetic Domain Wall Motion | SpringerLink
by iu
Q.E.D.
Q8相传克莱因瓶可以装下太平洋所有的水是真的么?
by 匿名
答：很难说是真是假，因为克莱因瓶是存在于四维空间的封闭的面，装三维空间的水属于是《三体》中褚岩进入水滴——升维打击了。在四维视角下，克莱因瓶并没有里外之分，所以很难定义什么叫“装”。你大可以认为它能像观音菩萨的玉净瓶一样装下无穷多的水，也可以认为它一滴水也装不进去。
为了说明这个问题，不妨先看一下这条8字形的封闭的线。如果这条线是存在于二维空间里的，那么它所“围”住的面积就能很好地定义出来。但如果这条线是三维的，比如下图中红线部分被升高了，那么这时这条线所“围”的面积就很难被清楚地定义出来了。
克莱因瓶也是类似的，它可以理解成将莫比乌斯环的两条边粘合起来的产物。粘合的过程中橙圈内的部分看似会相交，但其实是这是投影到三维空间中的错觉，它们在第四维中是错开的。
二维空间中封闭的线可以清楚地定义一个面积，但升到三维后就不行了。三维空间中封闭的面可以清楚地定义一个体积，但升到四维后也不行了。所以回过头来看题目，因为我们很难在四维空间中定义什么叫“装”，就像很难在三维空间中定义什么叫“围”。
现在市面上卖的所谓的克莱因瓶实物，都是三维空间下的“伪劣仿制品”，瓶颈在穿过瓶身连通瓶底的时候不可避免地会相交。
网上有博主尝试往里面装水，装到一定程度后确实会满出来。这其实是不对的，因为在装的过程中默认在橙色方框处加了一个面，这个面加上克莱因瓶才会围成有限的空间。克莱因瓶本身只有一个面，和莫比乌斯环一样，并不区分里面和外面。
by 牧羊