Q1

为什么咖啡摇一摇会出现泡沫？

by 半日闲

答：

咖啡表面的泡沫是一种“胶体”，即是一种气体和液体和混合状态，在这种状态下，气体并没有溶解入液体，而是保持自身的气态，形成了被液体包围住的一个个"气泡"。在咖啡中产生的绵密气泡经常被称为'Crema'，对咖啡的润滑的口感和香气都很重要。

尽管对于咖啡泡沫的产生和维持还没有一个精确的结论，但通常都认为它与咖啡液中碳酸氢盐和碳酸之间的平衡息息相关。在一般的咖啡液体中，CO₂溶解和析出保持平衡，而摇晃咖啡施加了一个不稳定的离心力，产生液体压力梯度，促使碳酸平衡被打破，咖啡中的微米级固体颗粒可以充当成核位点，促使析出的CO₂气体形成气泡上升，并在咖啡的表面汇聚。咖啡表面的空气/咖啡界面拥有许多蛋白质，蛋白质通过在气泡和的周围形成粘弹性的“皮肤”包裹并稳定泡沫。

同时咖啡中富含多糖，多糖使得咖啡更加粘稠难以移动，阻止了泡沫中气体向空气的析出。在多种有利因素的作用下，咖啡表面的泡沫通常能够维持数分钟以上。

参考资料：

1. Ishwarya S P, Nisha P. Unraveling the science of coffee foam–a comprehensive review[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2021, 61(10): 1704-1724.
2. Nunes F M, Coimbra M A, Duarte A C, et al. Foamability, foam stability, and chemical composition of espresso coffee as affected by the degree of roast[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1997, 45(8): 3238-3243.

by 单身男青年

Q.E.D.

Q2

刮大风时候的呜咽呼啸声是怎么来的？

by 匿名

答：

我们知道风是看不见的，但我们经常能听到大风呼呼地从我们耳边吹过，风本身带有这种呼啸声吗？

风其实是空气流动所产生的现象，而气体本身是不会产生声音的，当风在流动过程遭遇到阻碍时，就会在障碍物表面产生涡流，从而产生振动，这种振动会传到空气中，如果振动频率恰好在人的听觉范围之内（20-20000HZ），就会被人耳听到，便成了我们所说的风声。而且风力的强弱不同，致使障碍物振动的频率也不同，我们会听到不同高低音调的风声，所以真有可能风"太大"，让你听不清。当没有阻碍气体流动的障碍物时，风也就销声匿迹了。

by serendipity

Q.E.D.

Q3

为什么提到元素的衰变都说半衰期而不说衰变（全衰）期？

by 林叶泉

答：

对于大量放射性原子核来讲，半衰期指的是半数原子核发生衰变所需的时间，人们常常用半衰期来衡量元素衰变的快慢，同样地，我们也可以定义1/3衰期，1/4衰期等等，定义半衰期只是为了方便计算罢了。

大量放射性原子核衰变满足指数衰减规律：N(t)=N0e-λt,其中N0是初始时刻的原子核数，λ是衰减常数，从数学上看，全衰期（即N=0）是无穷大，并且对于任何一个原子核都是一样的，所以我们无法用全衰期来判断元素的衰变快慢，因此这样定义的物理量是没有意义的。

by Sid

Q.E.D.

Q4

如何理解分形的维度介于整数维度之间?

by 莱茵金狗克丽斯腾

答：

解释这个问题要重新理解空间或者图像的维度。通常而言，按照Euclid理论，直线是一维，平面是二维，空间是三维，推广出去，就有更高维的超空间，其含义非常直观。这种维度我们叫做Euclid维数。而在分形中，我们用自相似的性质来定义维度，如果将任意一个图形的线度放大L倍，对于D维的几何对象将能获得K个原来的几何对象，即有：K=L^D。

我们使用分形的维数重新看待原有的Eulid维度，可见，对于正方形，L=3,K=9,D=2。而对于立方体，L=3,K=27,D=3，这些例子里，分形维度和直观的Euclid维数吻合，在1919年数学家Hausdorff就按照这样的办法定义出Hausdorff维数D=lnK/lnL。

一个经典的分形维数的例子是Cantor杆：将杆分为三段，舍弃中间一段，再对剩余两段做同样的处理。对于Cantor杆，线度增加3倍时，几何对象的个数只有原来的两倍，因此其Hausdorff维数为ln2/ln3=0.6309，就是一个典型非整数维度的例子。不过需要注意的是，几何对象具有分形特征的同时也可能有整数D。

by 单身男青年

Q.E.D.

Q5

为什么有时月亮看起来很皎洁，有时看起来很暗黄呢？

by 匿名

答：

月亮的皎洁和暗黄形容的是月亮的颜色和亮度。月亮的颜色和亮度变化是受多种因素影响的，包括月相（即月亮相对地球和太阳的位置）、大气条件、地理位置和观察时间等。

首先从月相的角度分析：在满月时，月亮看起来最亮，因为它被太阳照亮的一面完全面向地球。在新月时，月亮几乎看不见，因为它被太阳照亮的一面完全背向地球。同时，月亮绕着地球转动的轨道实际上是椭圆形的（地球位于椭圆焦点），这意味着月亮和地球的距离有近有远，最近的位置称之为近地点，最远的位置称之为远地点。显而易见，当月亮离地球越近也就看起来又大又亮，反之则又小又暗。

接着可以从大气条件的角度分析：当月亮低悬在地平线时，月光必须通过大气层才能洒向地面，这可能导致它的颜色变得又暗又黄。这是因为大气会散射掉更多的蓝光，使得通过的光线偏向红色/黄色，这是一种叫做"瑞利散射"的现象，同样的原因也使得日出日落时太阳看起来呈红色。

最后，地理位置和观察时间也是非常重要的影响因素：在不同的地理位置和不同的观察时间，月亮的高度角和方位角都会有所变化，这将同时影响月亮的颜色和亮度。这一点我们可以联想各种的"超级月亮"的新闻。一些百年一遇或者千年一遇的星象可是要在特定的城市、特定的时间段才能观测的到喔。

总而言之，月相往往影响月亮的亮度、形状和大小，大气条件往往改变月亮的颜色，而地理位置和观察时间可能成为赏月的关键因素。这就是有时候月亮看起来皎洁，有时候又看起来暗黄的原因。

by 鱼非我

Q.E.D.

Q6

光具有波粒二象性，那么其波动性是电磁波性质的体现，还是光子概率波性质的体现，或者是两者均有？

by 咕

答：

波粒二象性认为光既可以表现出粒子的性质，例如光电效应；又能表现出波的性质，例如光的干涉，其中的波指的就是电磁波表现的波动性质。然而概率波才是描述了量子世界中光的真实状态。

电磁波是由麦克斯韦方程组来描述的，它是一种经典意义下的波，没有完全描述出微观粒子的特征，例如由麦克斯韦方程组不能解释原子核中电子稳定性的问题。

首先我们要跳出自己的经典思维。微观物体其实并不能称之为粒子，也不能称之为波，它们只是在不同的测量条件下会分别表现出粒子和波的性质。我们只可以粗略的描述微观粒子其实是弥散在空间中的“一团模糊的东西”。例如在未被测量之前，氢原子电子就是由图1中这些“一团团亮光”来描述，越亮代表测量得到的概率越大。

那么微观物质是如何存在于空间中的呢？这个问题由概率波来回答。微观世界中物质遵循量子力学的规律，我们能通过测量得到它们塌缩出现在空间某一处的概率，在塌缩之前，我们用波函数来描述他们，波函数的平方为物质出现在空间某位置的概率。随着时间的变化，空间各点的概率分布也会变化，于是我们用波的物理学语言去描述，也就是概率波的形状会变化。概率波成为了微观物质的粒子特性和波动特性的连接桥梁，波函数的演变规律由薛定谔方程决定，当薛定谔方程解出物质的概率波形状非常集中时，那么就说明在很小的空间尺度内集中了物质出现的所有概率，则微观物质表现出粒子的性质，如果方程解得到的概率波在空间中很分散，那么物质能表现出波的特性。

by 小线

Q.E.D.

Q7

想知道指尖抽血时 医生用来吸血的那根细长透明管是什么 它两头是通的那么原理是什么呢?

by X.

答：

你知道爱因斯坦在他人生中发表的第一篇论文是关于什么的吗？是不是想不到会和这个问题相关哈哈。

医生用来从指尖抽血的细长透明管称为毛细管。它的内径只有约1毫米，依靠毛细作用将血液吸入空隙。狭窄的尺寸使血液附着在内壁上，产生表面张力，将血液向上拉。由于管道的两端是开放的，因此血液会沿着管道的整个长度继续流动。毛细管的力量就像一个无形的泵，不断将液体吸入管内。

毛细作用是指液体在没有重力等外力作用下在狭窄空间流动的现象。发生毛细作用的原因是液体分子与管壁之间的吸引力大于液体分子本身之间的吸引力。这导致液体在管内上升，直到液体的重量平衡了上升力。

毛细作用由两种力引起：内聚力和粘附力。内聚力是将液体分子固定在一起的力。粘附力是使液体粘附在另一个表面上的力。当液体与细管或多孔材料（如植物茎干或纸巾）接触时，液体与材料之间的粘附力要强于液体内部的内聚力。这意味着，液体分子与材料之间的吸引力大于相互之间的吸引力。因此，液体会爬上管子或在材料中扩散。

毛细作用的高度或速度取决于多个因素，如管子的直径、液体的表面张力以及液体和材料之间的接触角。一般来说，毛细作用在较细的管子或材料中更为有效，液柱重量与管径的平方成正比，但是液体与管壁的接触面积只与管径成正比，这使得有更多的表面积可供粘附。此外，表面张力较高的液体（如水）往往比表面张力较低的液体（如酒精）上升得更高。

毛细作用对自然和人类生活都很重要。例如：

●植物除了蒸腾作用外还利用毛细作用将水分和养分从根部输送到叶片。水分子粘附在植物茎干中称为木质部的微小管壁上，并在向上移动的过程中相互牵引。

●纸巾利用毛细作用快速有效地吸收液体。我们知道纸巾中间有很多空隙，而纸纤维就像细管一样，通过粘附作用吸入液体分子，并通过内聚作用将其扩散到整个纸巾。但是如果仅仅是空隙，并不能够吸水。比如说平常我们使用的海绵，它可以把水吸得饱饱的，但是却不能用来吸水银，就算我们往里硬塞进去也不行的那种。

●蜡烛中的蜡利用毛细作用可以持续燃烧数小时。蜡烛的灯芯由棉花或其他多孔材料制成，可以吸收烛体中融化的蜡。然后，蜡通过毛细作用沿着烛芯向上移动，到达火焰处汽化燃烧。

●化学上的薄板层析法和柱色谱法（过柱子）也利用了毛细效应。化学家们利用毛细现象来区分不同的化学物质和成分。实验中处理的可以流动的液体（流动相）在毛细作用下缓慢地将混合物样品中的不同组分由下而上带动爬升。因为液体中各组分与用来让液体爬升的材料（固定相）l的作用力不同，在流动相中溶解度也不同，导致各组分的扩散速度有差异而最终在板上形成上下不一的斑点，从而达到分离混合物的目的。（此处生化学子应该流泪😭）

●爱因斯坦的人生中的第一篇论文，就是在奇迹年的四年之前的1901年发表的关于毛细现象的研究，但是他后来早在1907年和友人Stark的信中提到自己前两篇论文毫无价值，大概和很多人不愿面对自己的小学时候流水账论文呢黑历史一样。

总之当下次你看到植物、纸巾或蜡烛时，你就能和朋友解释毛细作用是如何让它们产生这种神奇的现象啦！最后请问亲爱的读者，你知道汞的毛细现象是怎么样的嘛，请聪明的你回复在评论区。

参考资料：

1. 毛细现象
2. 薄层色谱法

by 青春小花🌸

Q.E.D.

Q8

为什么手机黄光可以护眼？光越黄越护眼吗？

by 林叶泉

答：

黄光对智能手机和数码设备的保护作用主要集中在过滤蓝光上。蓝光是可见光光谱的一部分，波长较短，因此比红光或黄光等其他颜色的光具有更强的能量。能量的增加意味着蓝光可以更深地穿透眼睛，时间长了可能会对眼睛造成伤害，导致眼部疲劳，甚至会由于影响褪黑激素的分泌而影响睡眠周期。

而黄光的波长较长，能量较低。如果在数码屏幕上使用黄色滤光片，就可以通过减少蓝光照射来增强对比度，从而有助于减轻眼睛疲劳。这些滤光片之所以能发挥作用，是因为眼睛的色觉锥状细胞对黄光的敏感度低于对蓝光的敏感度。此外，眼睛中一种叫做黑视蛋白的蛋白质参与调节睡眠-觉醒周期，它对蓝光的反应更灵敏；因此，过滤蓝光也有助于提高睡眠质量。

以下是智能手机的黄光护眼模式设置有益的原因：

●减少蓝光照射：屏幕上的黄色色调可以最大限度地减少到达眼睛的蓝光量，这有助于减少潜在的视网膜损伤和眼睛疲劳。

●增强对比度：黄色屏幕可以增加对比度，使眼睛更容易集中注意力，减轻长时间看屏幕带来的疲劳。

●维持昼夜节律：通过减少蓝光，尤其是傍晚时分的蓝光，黄光可以帮助维持自然的睡眠-觉醒周期，而蓝光是众所周知的干扰因素。

但需要注意的是，更多的黄光并不一定等同于更好的护眼效果。关键是要控制有害光波长的照射，而不仅仅是增加黄光的存在。各种设备都提供 "夜间模式 "或 "防蓝光滤镜 "等设置，可将显示屏调整为暖色调，减少蓝光的发射。

此外，专门的眼镜镜片镀膜层可以选择性地阻挡蓝光，在眼睛和设备屏幕之间提供一道物理屏障。还有一些软件解决方案可以根据一天中的时间调整屏幕色温，以减少蓝光照射，特别是蓝光在夜间尤其有害。

总之，智能手机上的黄光设置是防止屏幕发出高能蓝光的一种预防措施。它们提供了更舒适的观看体验，可能有助于改善眼睛健康和睡眠模式。然而，关键在于光线照射的平衡和有害蓝光的减少，而不仅仅是光线本身的色调。

参考资料：

1. Reducing The Effects of Blue Light
2. Using Your Smartphone In The Dark Risks Speeding Up Vision Loss
3. Protect your eyes from harmful light
4. Yellow screen keep your eyes healthy

by 青春小花🌸

Q.E.D.

Q9

有性生殖是进化来的吗，又是如何进化来的？

by 匿名

答：

有性生殖是进化而来的。原始单细胞生物是选择无性生殖的方式来进行生殖的，直到现在细菌、酵母、藻类还是保留了无性生殖来快速扩增。而在后续的发展中，为了更好的适应环境，越来越多的生物选择了有性生殖。

由于缺乏可靠的化石证据，有性生殖的产生目前只有假说，并且不同假说之间有较多的出入。总体上可以认为有性生殖的发展过程是：1. 由单倍体n，变为二倍体2n；2. 两个二倍体2n各提供一个基因组组成新的双倍体2n'。而这两个过程如何演化至今缺少明确的实证，但是可以从植物的世代交替中窥见一二，植物有的是以配子体n来营养繁殖，有的是以孢子体2n来营养繁殖，有的孢子体配子体都很发达，这可能暗示了有性生殖产生的过程。

但是可以肯定的是，有性生殖的诞生加速了生物进化，原始的无性生殖，突变产生的概率会很低，这意味着新表型产生的速度会更低，在环境适宜时并不是大问题，一旦面临环境变化胁迫，这意味着更差的环境适应，种群的生存会面临更大的威胁，甚至直接走向灭绝。有性生殖产生后，对于参与个体而言，虽然只有一半的遗传信息得到传递，但是有性生殖带来了更多的突变更多的新表型（来源于同源重组和有性生殖过程中更多的突变），使得子代的生存概率大大提高，能更好的适应环境和变化，对于种群而言是更佳的选择。

所以对于生物而言，在“1 or 0”和“1/2”的单选题中，有性生殖1/2成为了大多数生物的选择。以草履虫为例，在环境适宜的情况下，草履虫会选择无性生殖来产生大量与母本相同基因组的子代，而在环境恶化产生胁迫之时，便会转向有性生殖，来产生足够突变和表型，度过艰难时刻。

你可能会问有没有生物只选了无性生殖的选项，有，他们同时也作弊了。以无性生殖的细菌为例，细菌在保留了无性生殖的同时，还进化出了细菌接合和质粒系统，细菌之间可以通过接合，来交换质粒和基因组片段，这一过程更加类似于有性生殖。

by 某大型裸猿

Q.E.D.

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