Q1

同样是碳氢氧组成的，为什么有些有机物有毒，有些没毒；有些有气味，有些没有？

by 匿名

答：

在我们一般认识中，有毒的有机物大多是含有某些特别的元素，比如氰化物，或者含有磷元素的有机物，但是在自然界中称得上剧毒的仅由碳氢氧构成的有机物也不在少数。

比如长链烷烃、一氧化碳(CO)、苯并芘、异丙醇等，他们的毒性不在于组成的元素，而是其结构。高中学化学时经常说，结构决定功能，例如有—OH结构的更易溶于水，又或者是容易发生化学反应，一些有机物的功能键会和人体的物质相结合导致变性，比如甲醛，甲醛的碳氧双键反应活性很高，会和蛋白质核酸的羟基、氨基加成，导致蛋白质核酸变性丧失结构。

有机物有无气味主要是看其是否有挥发性，是否有某些元素，例如带有S、N元素的有机物就会有臭味，而碳氢氧结构的，例如醛类、酮类也会有异味，当然在日常中如果有机物发生分解也会产生臭味。总的来说，其中产生气味的原因有很多种，有机物燃烧产生气味的大多是氨类和硫类。

by 蓝多多

Q.E.D.

Q2

饭卡没有通电为什么能接受手机上实时的充值信息？

by 匿名

答：

饭卡作为我们解锁食堂美食的“钥匙”，应该是每个大学生都接触过的电子卡片了。这种卡片不同于形状与之类似的扑克卡片，他们内部往往配备有微型芯片（IC芯片）。借助微型芯片，饭卡通常采用了无线射频识别（RFID）技术，或其衍生技术---近场通信（NFC）技术。这类技术方案可以让饭卡在本身没有电力的情况下工作。

以用饭卡刷卡吃饭为例，我们可以窥见RFID和NFC这类短距离无线通信技术的工作流程。在我们精心挑选好想吃的菜品后，食堂阿姨会根据菜品的价格在刷卡机（或读卡器）上输入相应的金额。待完成输入后，刷卡机会在一个指定区域生成一个电磁场（无线交互）。接着，我们将饭卡贴近那个区域后，饭卡中微型芯片将接受电磁场的信号，从而利用信号中的能量激活自身。随后，这个芯片在确认信号合规后，将会向刷卡机发送饭卡的相关信息，如：卡片的唯一标识符、余额等。在刷卡机接受到了你的卡片信息后，就会查询服务器以确认你的账户余额，最后完成交易。

从这个实现流程上可以知道，卡片还是需要通电才能使用的。但是这个通电的方式是接受刷卡机上的信号以获得电力。这个过程简单来讲，可以联系我们中学所学过的电磁感应定律进行解释。我们的饭卡中除了微型芯片外，还有一组感应线圈（下图中的NFC天线）。如下图所示，当卡片从读卡器上划过后，穿过饭卡中感应线圈的磁通量将发生改变，由此产生感应电流以激活芯片工作。这也是为什么弯折、裁剪校园卡会导致校园卡无法正常工作的关键。破坏了饭卡的感应线圈会导致它不能从外界获得电力，破坏了饭卡的芯片可能会导致它无法向刷卡机发送卡片信息。

为什么我们刚刚在手机上充好钱，再刷卡后就能立即更新我们的饭卡余额呢？在了解了RFID和NFC的实现流程后就非常好理解了。当我们在手机上为饭卡完成充值后，服务器会立刻更新饭卡的余额。当我们再使用饭卡时，刷卡机连接到服务器后查询到的饭卡余额是我们完成充值后的余额。这样，就完成了饭卡的充值。需要补充的是，这个过程能够实时更新主要得益访问服务器的速度够快（或者说网速够快）。笔者就遇到过因为校园网检修，充值金额迟迟没有到账的尴尬情况（T_T）。

也许很多人会疑惑，为什么手机NFC复制了饭卡后却刷不出钱呢？这点可就与饭卡芯片里的加密程序密切相关啦。芯片通电激活后，会通过运行安全程序识别外来信号是否合规。手机在尝试复制饭卡时会被饭卡里的防复制程序狠狠地拒绝，让手机无法得到任何和资金有关的信息。手机能复制下来的虚拟卡往往只能供我们刷靠唯一标识符认证的门禁，有时甚至毫无作用。

总的来说，饭卡主要由微型芯片和NFC天线组成，它的工作并不依赖于其自身的电力，而是依赖于读卡器的电磁场供电、服务器的信息处理和芯片内的程序运行。这就是为什么即使饭卡没有通电，也能接收到手机上实时的充值信息的原因。

参考资料：

1. NFC天线工作原理、设计

by 鱼非我

Q.E.D.

Q3

为什么中性介子(比如π0介子)没有电荷仍具有反粒子?

by 星巡新天

答：

每种类型的粒子都有与之具有有相同质量但具有相反守恒荷的反粒子。这是相对论量子力学中狄拉克方程的解的要求。按照费曼的理解，反粒子与普通粒子的区别在于：在费曼图中，反粒子相对于正常物质在时间上向后移动，而非通常的向前移动。最为大众熟知的电子的反粒子就是正电子，其与普通电子的具有相反的电荷。

反粒子和普通粒子互为共轭，因此正电子的反粒子即是普通电子。但是反粒子的存在并不依赖于电荷。粒子及其反粒子一定具有相反的电荷，但不带电的粒子也会产生不带电的反粒子。如果该粒子没有其它荷的差异，那么此种粒子的反粒子就是其本身，比如光子和题目中的介子。在电荷为0的同时，也有可能该种反粒子和粒子有其它荷的差异，反中子即是一例，反中子的磁矩与中子的磁矩相反。

by 单身男青年

Q.E.D.

Q4

在真空中扇扇子会产生风吗？

by 匿名

答：

在真空中扇扇子不会产生风。"风"是由大量气体分子（例如空气）的移动形成的，而真空是一个没有气体分子的空间。因此，当你在真空中扇扇子时，由于没有气体分子可以被扇动，所以不会产生风。

扇子的工作原理是，当我们挥动扇子时，扇子会推动周围的气体分子移动，形成气流，这就是我们感觉到的风。但是在真空中，由于没有气体分子，所以挥动扇子不会产生任何效果。

这也是在太空中，飞船需要使用火箭推进器而不能使用像飞机那样的气动推进器的原因。在没有空气的太空中，气动推进器（如螺旋桨或喷气发动机）无法工作，因为它们需要推动空气来产生推力。而火箭推进器则是通过向后喷射高速气体来产生向前的推力，这种工作原理不依赖于环境中是否存在气体，所以可以在真空的太空中工作。

by 鱼非我

Q.E.D.

Q5

回旋镖是怎么实现回旋的？希望能解释的更通俗一些，之前的解释看不太懂，和网上找到的其他解释也不太一样）

by 77

答：

回旋镖是一种古老的狩猎工具，现在常常被人们用来娱乐和健身，如果你仔细观察它的飞行轨迹的话可以看到回旋镖被掷出后不仅会自转，还会绕着某一个回旋轴做圆周运动，最后回到抛掷者手中。为了解释这样的现象，下面将以V型回旋镖为例简单阐明一下它的飞行原理。

回旋镖能够在飞行过程中不掉落下来，这是升力的缘故。它的翼面结构和飞机机翼非常相似，一面是凸面，一面是平面。由伯努利原理可知，凸面的气流流速大，压强小，平面的气流流速小，压强大，从而使得回旋镖产生一个侧向的升力。由于回旋镖不会完美地垂直于地面，且回旋镖的重力很小，升力的垂直分量就可以把重力抵消掉，因此回旋镖在飞行过程中不会因为自身重力而落下。

回旋镖在被抛出后自身也在旋转，叶片就会产生一个相对于空气的速度。如下图一所示，当回旋镖以一定的速度在空中旋转时，位于回旋镖上侧叶片的质点与回旋镖质心运动方向相同，它的实际运动速度是质心速度+切线速度，而位于下侧叶片的质点实际速度为质心速度-切线速度。由于上下两个叶片相对于空气的速度不同，所受的升力大小也不相等，由升力产生的升力力矩也不相等，这导致回旋镖整体受到一个升力力矩的作用。当回旋镖被抛出后，它会受到一个和自转角速度方向垂直的升力力矩。根据陀螺进动原理，它的中心会绕着平行于力矩方向的轴旋转，从而在空中做一个大圆弧运动，最后回到抛掷者手中。

参考资料：

1. 卢国栋.回旋镖运动轨迹的模拟[J].科技创新导报,2015,12(21):98-99.

by Sid

Q.E.D.

Q6

如果把一个身高170cm，体重45kg的人变得和中子星一样紧密，这个人会变得多小？

by ？

答：

中子星是恒星在生命末期被自身巨大质量所产生的引力压缩成的一种天体，引力产生的巨大压强将原子中的电子压入质子，相当于变成了中子。中子星密度通常在，也就是每立方厘米1亿吨到10亿吨。

众所周知，晚期智人的体重在左右，所以变成中子星后体积大约，也就是一个直径左右的小球那么大，和用于研究超导压力效应的金刚石立方六面砧（DAC）中的超导样品大小相当。目前DAC最高能达到上百万大气压的压强，实现最高的超导电性（不是造假的那种）。但是想要维持中子星，需要大约个大气压的压强，是DAC中压强的倍。所以，相比于把人压成中子星，我更看好人类先实现常压室温超导（手动狗头）。

参考资料：

1. Drozdov, A.P., et al., Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures. Nature, 2019. 569(7757): p. 528-531.

by 藏痴

Q.E.D.

Q7

我发现很多像礼堂、音乐厅、演播厅等场馆，墙壁都是这样有孔的。是为了更好地反弹声音，还是为了更好地吸音以防干扰到外界呢？

by XXXYPF

答：

在常见的音乐厅中，一般是既有吸收声音的吸音板，也有反射声音的反射板的，二者作用各不相同。在音乐厅的声学结构中，有一个重要的概念叫做混响时间。混响时间为声源停止发生之后，声音的能量降低为原有的分之一所用的时间，可以简单理解为回音所持续的时间。混响时间与场所的空间尺寸、形状与吸音能力有很大关系。在音乐厅中，最佳混响时间一般在2秒左右，古典音乐一般稍短而现代音乐一般稍长。为了获得理想的混响时间，设计师需要选择合适的墙壁材料。吸音材料可以缩短混响时间，而反射板可以延长混响时间。

反射板除了提高混响时间外，还有营造立体声场的能力。反射板可以使得音乐不仅从演出舞台的方向传来，还可以使观众听到其他方向传来的回音。良好的扩散设计可以使得观众的体验得到很大提升，营造身临其境的感受。

目前，音乐厅一般分为自然声演奏和扩音装置辅助。对于自然声演奏的音乐厅来说，一般要加装反射板来增加声强，防止后排观众观感过差。（另外纠正一下问题，多孔墙壁确实有吸音的作用，但目的不是为了防止干扰外界，而是防止干扰场内。）

by 单身男青年

Q.E.D.

Q8

假如一个地外文明到访地球，我们人类能破译地外文明的语言吗？原理是什么？

by 花鸟使

答：

如果你真的遭遇了外星人，你应该如何和他们交流呢？想象一下，假如你附身叶文洁正在监看着仪器，突然来自三体星系信息波从屏幕跳跃出来，最终引发了现实世界的混乱；或者你在电影《接触》中，就像主角艾莉一样，揭开了一段神秘外星信号背后的宇宙秘密。

这些不仅仅是电影情节，它们挑战着我们的想象，让我们对未知的宇宙充满了好奇。在这个科幻世界中，语言成为了跨越种族和星际的桥梁，而我们，作为智慧生命的代表，正站在这座桥梁的起点，准备开始一场前所未有的探索旅程。

虽然我们尚未遇到真正的外星语言，倘若我们真的收到一段外星长文或者是语音，我们仍可以通过下面理论和方法来研究：

●寻找通信中的普遍模式：

通信中的普遍模式是指在不同语言和通信系统中常见的基本模式和结构。这些模式可以是语音、符号、语法结构或者信息传递方式。破译一个全新语言的基本步骤可能包括寻找重复模式、结构和语言中的常见元素。这可能包括寻找与特定动作或对象相关联的声音或符号，从而建立基本的词汇。随着时间的推移，可以通过上下文和重复交流逐渐理解更复杂的概念和结构。例如，大多数地球语言都有某种形式的语法结构，单词和短语来表达特定的概念。虽然外星语言可能完全不同，但也可能遵循某种逻辑结构或模式。

以战争中破译密码为例，最著名的案例之一是破译纳粹德国恩尼格玛密码机。恩尼格玛机是一个极其复杂的机械加密设备，用于加密和解密秘密消息。盟军破译团队，包括著名的数学家艾伦·图灵，通过分析密码中的重复模式、频率分析和已知的部分信息，逐渐理解了恩尼格玛的工作原理。他们创建了名为“庞贝”的机器来帮助破解恩尼格玛密码，这个过程依赖于找到密码中的重复模式和结构。通过这种方式，盟军能够解码大量德军的通信，这在诺曼底登陆中起到了决定性的作用。

以战争中破译密码为例，最著名的案例之一是二战期间的德国恩尼格玛密码机。恩尼格玛机是一个极其复杂的机械加密设备，用于加密和解密秘密消息。盟军破译团队，包括著名的数学家艾伦·图灵，通过分析密码中的重复模式、频率分析和已知的部分信息，逐渐理解了恩尼格玛的工作原理。他们创建了名为“庞贝”的机器来帮助破解恩尼格玛密码，这个过程依赖于找到密码中的重复模式和结构。通过这种方式，盟军能够解码大量德军的通信，这在诺曼底登陆中起到了决定性的作用。

●语言的数学特性：

○潜在的形式化的数学特性：剑桥大学的语言学教授Ian Roberts认为，虽然外星语言的表达方式可能完全不同，但它们可能与人类语言在形式上的数学特性相似。这与诺姆·乔姆斯基提出的理论相一致，他将人类语言定义为一个无限适应的交流系统，旨在解决人类沟通中的问题。

○利用数学方法解码：也许外星人发出的信息和我们人类线性简单语言的不同是夺位，就像在卡尔·萨根的科幻小说《接触》一样，角色花了很长时间来弄明白射频望远镜收到外星人发送的信息三维（具体来说是视频）。现实生活中，Hector Zenil及其团队提出的一种数学解码方法，考虑一个传入的信息（如一串比特）并探索每种可能的维度数量和大小组合，为每个块计算局部有序性。这涉及到搜索一个包含数万亿个小型计算机程序的目录，计算有多少程序生成了相同的块。此外，还通过图像压缩算法来测量每个配置的全局有序性。将局部和全局分数结合起来，研究人员可以判断每种配置是否正确。

●普遍的数学&物理原理：

我们未必知晓彼此之间的语言符号，但是抽象出来的数的概念（就像我们小时候看到四个苹果产生4这个抽象数字理解一样）以及宇宙中的普遍物理，仍可以作为我们的重要沟通基础。

数学常量或序列，如圆周率、e、斐波纳契数或素数，它们与任何符号或惯例无关，更进一步我们可以采用多种进位制来描述这些，考虑到十进制可能不是宇宙中普遍的。

物理定律或现象，如光速、氢光谱或原子结构，特别是氢原子作为宇宙中最为常见的原子，其多种物理本征量可以很容易作为我们沟通的基础尺度，这些对于任何拥有先进科学技术的文明都可以观测和验证。

下次假如你遭遇了外星人，想必掌握以上知识的聪明读者们能够和外星人👽进行友好交流，并成为好朋友🤤！

参考资料：

1. 星际语言学：解码外星语言
2. 如何用数学开始解码外星消息

by 青春小花🌸

Q.E.D.

Q9

液晶小黑板擦除字迹的原理是什么?

by 无知的高中牲

答：

液晶材料是液晶显示器(LCD)的核心组成部分，它是一种介于固态和液态之间的物质，具有光学各向异性。在电场的作用下，液晶分子会按照电场的方向排列，形成一种有序的结构，这种有序的结构会导致液晶层的折射率发生变化，改变光的传播方向，使得液晶屏幕产生图案。

手写液晶板主要有三层，顶层是透明的玻璃板，中间是薄层液晶膜，底层是黑色塑料膜，液晶分子按层排列。

液晶手写板的清除原理是基于双稳态液晶的特性，也就是胆甾型液晶材料，它的分子结构有两种稳定状态，平行和垂直，称为P态和FC态。

当液晶处于FC态时，分子长轴垂直于层平面，光线直接穿过液晶层，被最下面的黑色塑料膜吸收，呈现出来的就是完全的黑态。当用笔或者手指按压液晶膜时，液晶受压力挤压翻转，变成P态，显示为白色。线条的粗细取决于书写压力，压力越大，翻转的液晶越多，线条越粗。

P 态下分子长轴平行于层平面，沿层的法线方向便会排列成螺旋状结构，自然光线照射液晶层被翻转区域的时候，只有和液晶螺纹距离一样波长的光线被反射出去，其余颜色被吸收，形成相应颜色的字迹。胆甾相液晶的螺纹距离可通过手性聚合物调节，当达到 450nm-530nm 的时候，字迹呈蓝绿色；当达到 530nm-600nm 的时候呈黄绿色。

顶层和底层与液晶接触的面有导电层，当按下手写板上的清除键时，电路对液晶膜进行通电，翻转后的区域（P 态）受电压刺激恢复到 FC 态，双稳态在无需外部作用的条件下，能保持“透明” 和“不透明” 两种稳定状态。电容笔内部有一个电路板，上面有电磁铁和电池，电容笔的笔尖由一根细小的金属线组成，当电子笔接触到液晶屏幕时，电磁铁就会产生电场，从而改变液晶的状态。

by 蓝多多

Q.E.D.

Q10

人类好像在听到一个词的发音后就能发出同样的发音，人是怎么能够这样做的？比如F和v是辅音中的唇齿摩擦音，需要上牙齿与下嘴唇两个发音器官配合形成间隙——将上切牙，也就是门牙，轻压在下嘴唇上。在听到这个发音后人是怎么知道嘴巴要做什么动作才能发出相同的声音的？这是本能还是后天习得的？让一个婴儿只听发音，不让他看发音时的嘴型，他能够发出这个音吗？

by 冰淇淋

答：

听到一个发音就能发出同样的音通常是很困难的，除非母语或者熟练掌握的语言中有类似的发音。在更多情况下，听到一个发音就能准确地重复它，这需要一定的经验和发音知识。

对于母语中不作区分，但是发音口型或发音方式有区别的发音，人们是很难仅靠听将其区分开来的，例如送气和非送气的/k/发音在英语中表示相同的意义(如果你不知道送气音和非送气音，你可以将非送气音粗糙地理解为所谓的“浊化”，而送气音则为正常)，因此以英语为母语的人难以区分这两个发音，那么他们在发音时也就不会刻意区分它们。这样一来，听到一个发音后重复，可能就是另外一个了。

此外，人们在学习外语的时候，倾向于将母语的发音迁移到目标语上，当一个人听到母语中没有的发音时，他可能会选择一个母语中与之最接近的发音来重复这个新的发音。这个现象较为常见，例如中国人说英语往往会带有中国口音，印度人则往往带印度口音。

所以，要想准确地重复一个发音，仅听是不够的。但我们似乎总能模仿个大概，这是因为不同语言的元音、辅音有共同特征(例如爆破音p, k, t，元音a, u, o, i, e普遍存在于多种语言)，我们学过中、英两种语言能够应对相当范围的发音。

成年人在模仿别人发音的时候，会将对方的话语拆成发音单元，每个发音单元对应到自己会的(例如母语中的)某个发音，而婴儿则不是这样。

婴儿学习发音的具体机制尚有争议，其中模仿理论认为婴儿通过模仿成人的声音来发出自己的声音，不需要口型参与，模仿理论的另一方观点则认为婴儿通过模仿成人的口型学习发音。

除模仿外，有理论认为婴儿通过父母的反馈学习发音。婴儿在咿呀学语阶段会尝试发出各种奇怪的发音，而他的家人会从这些发音中识别出自己母语中有的发音，并将自己识别出的发音通过一种夸张的方式说出来，作为给婴儿的反馈，婴儿收到反馈比较并修正自己的发音，如此迭代婴儿就学会说话了。

参考资料：

1. KAN M S, ITO A. Language cognition and pronunciation training using applications [J/OL]. Future Internet, 2020, 12(3). 10.3390/fi12030042.
2. HOWARD I S, MESSUM P. Modeling the development of pronunciation in infant speech acquisition[J/OL]. Motor Control, 2011, 15(1): 85 - 117. 5.1.85.
3. MESSUM P. Teaching pronunciation without using imitation: Why and how: Vol. 3 [C/OL]. Iowa State University Digital Press, 2011.
4. STRANGE M. A biologically plausible mechanism for phonology acquisition in human infants[D/OL]. 2019: 170.

by 利有攸往

Q.E.D.

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