地球为什么是圆的？| No.16

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地球为什么是圆的？| No.16

原创 2016-07-22 sym 中科院物理所

经常有人问我们

这个专栏是一个人还是一堆人？

这个问题不好讲

首先，问答专栏是受到很多很多所内同学，老师，科学家们的热心帮助的，一般来说每期会有一到三个优秀回答是由从事该领域的专业老师回答的，其中不乏知名科学家。

但的确，目前来讲大部分问题是由同一人负责的。

一个人的优点是，运营可执行性，回答的熟练度与难易掌控，文风及排版的连贯能做得更好。

一个人的缺点也很明显，难以保证零错率

（比如上期第八题犯了目前为止最大的错误）

( ⊙ _⊙ )所以小编要继续提高姿态水平呀。

也希望大家不要苛责我们物理所公众号。

最后就是我们的根本目的是科普，所以必须保证传播的知识是正确的，因此如回答有误还请立即指出。

叩谢！

假如一只苍蝇在汽车空间里面，没有附着任何东西，那它是如何相对的地面跟汽车保持一样的速度。

陈爽

它并不是没有附着任何东西。

它附着空气。然后空气附着车。

其实后台常见的一类问题都可以用上面这句话回答，比如说：为什么飘在空中的热气球还是会跟着地球自转。答：因为空气跟着地球在自转，空气之所以跟着地球自转是因为如果不这样，地表就会不停摩擦空气使它慢慢转起来，直到达到稳态。

人的正常体温通常是36度左右，可为什么在温度二十多度的时候人就开始感觉热，36度的时候就会热到变型？按理来说不应该温度在36的时候人体感觉最舒适吗？

卡卡西

36度真的会热到变形哦~因为人体会发热，静息情况下（不走不跑不跳不表白不被表白）一个成年人的发热功率大概相当于一只100W的电灯泡。在不发生别的变化时，热量只会自发地从高温流向低温，且温差越大流得越快。如果环境温度跟体温一样都是36度多，那这些自身产热就很难流出体外。人体又是一个特别精细的系统，多一两度都是要命的。但如果没有散热，一个50kg的成年人的自身产热只需不到一个小时就可以将体温上升一两度。所以室温36度多的时候，人体一定会大量排汗，通过蒸发吸热来带走体内热量。换句话说热力学告诉我，36度多一定会出汗的，不出汗就中暑了，快往医院抬。

另一方面，太冷也不行，太冷就要身体额外消耗能量来保暖了（比如抖）。所以综上，二十多度就是一个可以愉快散热又可以不用保暖的刚刚好的温度咯~

所有的金属材料都能够产生涡流，铝的电阻小，按理说涡流更大，因而热功率也不比铁质材料小。为什么电磁炉只能用铁锅？

大萝卜

因为这些湍流的本质是因为磁场在一直变化导致磁通量一直变化根据电磁感应原理产生的感应电流。所以要有湍流首先要有磁场。

然而电磁炉内部铜线圈产生的磁场并不强。放一个铝锅上去，由于磁场小所以感应电流也小，铝锅接受到的能量也很小，绝大多数能量都释放在铜线圈的电阻上了。所以放个铝锅上去只会造成电磁炉短路（并不会真的短路，任何一个实际的电磁炉一定有短路保护开关，毕竟谁也不能阻止熊顾客往上放铝锅嘛），并不能摊好一个鸡蛋。

放一个铁锅上去咋就不同了呢，因为铁是什么？铁是铁呀！你给铁加一个小的电磁场，它马上给你诱导出一个几倍几十倍强的铁磁场。滴水之恩涌泉相报的典型。所以铁锅在这里的作用也不光是摊鸡蛋，还起着跟电磁铁中的铁芯一样的作用，放大电磁场。磁场放大之后，湍流就变大了，铁锅接受到的能量就足够摊鸡蛋了。另一方面电磁场不断变化，铁锅的诱导磁场也跟着不断变化，对应于铁锅内部的磁结构不断被破坏又重建，这一过程也会释放不少能量，大约占总的3%-10%。

而铜线圈那边，由于磁场增大，所以线圈的感抗显著得增大，在相同的交变电压下，线圈内部电流变得很小，也就不会短路了，事实上铜线圈上的发热都不大。

解释世界的最终是物理还是数学？

终极命题

解释世界的自然是物理，数学家们是自己造个世界玩。

雷电是怎么产生的？

追梦

雷暴雨的积雨云下层富集着大量的负电荷（和一小撮正电荷），地表富集着大量的正电荷。这使得云和大地之间形成了非常大的电压（几十个兆伏），这样高的电压产生的电场有可能把空气分子电离，然后电离出来的离子在电场加速下高速撞向旁边的分子，把旁边的分子也给撞电离了，然后雪崩一样的把空气沿着一条线变成了导体，然后电荷通过这条线迅速放电，就形成了闪电，放电产生的热量把空气距离加热使得空气距离膨胀摩擦发出声响，这个就产生了雷。

雷雨云中为什么会富集如此大的电荷量？目前有很多理论，但是每个理论都不能解释所有的现象，目前雷雨云的起电机制仍是一个有争议的议题。

想了解更多可以参考《费曼物理学讲义》的第二卷，写得要简单一些。

请问为什么金特别稳定

猴子山大王

说这个之前要先科普一下原子层与原子轨道：原子核外的电子有不同的原子层，原子层中又有不同的原子轨道s,p,d,f等（又叫亚层）。电子按照能量高低的顺序一层层往外排，最后排在最外面也就是能量最高的几个电子的轨道结构会决定元素的化学性质。科普结束。

金原子的最外层只有一个单独的s轨道电子，这个结构初看起来和钠铷铯这些碱金属一样，应该化学性质很活泼才对。

但偏偏金却是一个相当稳定的元素，所谓真金不怕火炼，说的就是即使在高温下金也不会和空气中的氧气反应。

原因是金的次外层还有10个填满d轨道的电子，次次外层有14个填满f轨道的电子。d轨道电子和f轨道电子都是轨道角动量比较大的电子。轨道角动量比较大，说得通俗但不严谨一点就是它们的轨道形状比较“扁”。比较“扁”的轨道对外层电子的排斥会弱一些（因为很扁，轨道的某些部分可以伸得比外层电子更靠外。）。注意，原子核外有多少负电荷的电子，原子核内就有多少正电荷的质子。内层电子对外层电子的排斥作用弱了，但原子核内的质子们对外层电子的吸引作用却不变，内层电子的排斥没有办法很好的抵消原子核的吸引，于是最终导致最外层那一个电子被原子核牢牢地抓住，很难被夺走。化学上就体现为化学性质不活泼，真金不怕火炼。（也是因为这个原因，所以化学家们喜欢说d，f轨道是“屏蔽效应比较弱的轨道”）

光速究竟为何方神圣，为啥又是速度上限，平方以后乘以质量还能得到能量，就连新发现的引力波也是光速传播，这些都是巧合么？还是有什么更深刻的原因？

Ekino

A光并没什么特殊的哈。光子也只是一个平凡没有质量的粒子而已。所以与其说是光速特殊，不如说是无质量粒子的速度特殊。宇宙有个极限速度，这个速度就是无质量粒子运动的速度，所有有质量的粒子的速度必须小于它。所以并没有什么巧合，引力波光速传播，只不过是我们认为引力子也没有质量罢了。

为什么地球等天体是圆的？

~HiJiH~

假设现在有个星球是正方体。

接着喜闻乐见的BUG开始了...
如果说正方体的体心到面心的距离是R的话，
那么正方体的的体心到顶点就是根号3倍的R。
也就是说顶点离星球的中心更远了，引力势能要大于面心的引力势能。
要知道整个宇宙都是些懒家伙，能在低能量的状态呆着的时候就绝不愿意在高能量的状态呆着。
正方体星同学寻思着这耍个性的代价有点高，于是伸个懒腰开始把顶点附近的物质慢慢往面心附近捏。顶点慢慢往里面凹，面心慢慢往外凸。
什么？没有手怎么捏？
好问题，我们知道万有引力定律，说的是行星上每一块石头每一块泥巴都对你有一个引力。而所有石头泥巴的引力的矢量和就是行星对你的引力。
这样对一个正方体的表面来说，引力的方向并不会是处处垂直向下的。比如你站在面心靠左一点的位置，这样你的右边就会比左边有更多的石头泥巴。这样加起来的引力就会有一个分量把你往面心那边推。
所以引力就是捏泥巴的手。什么？行星上是固体物质，固体形状不能随便改变？要知道，固体形状不能随便改变这点小脾气，遇到质量足够大的行星时就是个战五渣了。引力作用高兴怎么捏怎么捏。
而正方体君会一直捏一直捏一直到不能再继续减小引力势能了为止（引力势能差不足以弥补捏的过程中带来的能量损失。比如引力没有很快捏平一座山，因为现在的山都太矮了，不划算，不屑于捏）。
于是当正方体君心满意足地停止捏泥巴后，他发现自己变成了一个球。

（为避免误解，特此说明一下：本题答案原载自知乎，作者sym physicheng，也就是小编我自己，因此不构成侵权哈- -~）

为什么月球的自转周期等于公转周期？

9527

要说清楚这个问题就要说说潮汐，地球上的涨潮落潮一天发生两次，我们都知道潮汐是月球引力对地球海水的作用，但明明月球只有一个，为什么潮汐一天发生两次？

这个问题牛顿当年也想过，他的答案是，月球和地球有一个共同的质心，两者都绕着共同的质心旋转。在引力和惯性的共同作用下，原本的球体（为什么球体，翻上题)会在地月联线的方向上被稍微拉长一点。

这个鼓起就是潮汐的峰，地球每天自转一圈。所以地球上的每个地方都被鼓起扫过了两个，于是就有两次涨潮落潮。

对月球来说，同样的效应导致了月球的自转周期和公转周期趋于一致，这个效应叫做潮汐锁定。

为什么呢？首先双星系统中，完美的球体已经不是引力势能最低的最优解了，椭球才是。我们假设现在月球已经被捏成了一个小椭球。关键来了，如果月球自转速度与公转速度不同，那么随着时间推移。椭球的长轴就会偏离地月连线。如果自转比公转快，如图，那么引力就会把椭球往后拉，慢慢减小自转速度。如果公转比自转快，那引力就会把椭球往前拉，慢慢增加自转速度。这个过程如果不损失机械能，则会使得月球的自转速度反复的增加减小，形成潮汐共振。

但注意这个机械能是不一定守恒的，记住椭球长轴偏离地月连线时，形状就不是引力势能的最低解了，引力需要重新把月球“捏”成一个沿地月连线的椭球（看上题）。而这个“捏”的过程是要消耗能量的。这个能量由谁来给呢？当然是谁捣乱谁负责咯~这个能量来自于自转公转的转动动能。转动动能在这个机制下一点点变成塑性形变的内能，最后很久很久很久以后，自转公转速度终于一致了，椭球长轴再也不随便乱跑了，系统最终稳定下来。这叫做潮汐锁定。

螺旋度和手征性有什么区别

大伽马

这是量子场论中一个容易混淆的问题。

对有质量费米子，螺旋度在洛伦兹变换下不保证不变。另外螺旋性与哈密顿量对易。

而手征性在洛伦兹变换下保证不变。但有质量情况下，即便是自由费米子哈密顿量也会把不同手征性混合，不对易。

螺旋度和手征性在无质量费米子中是等价的。

写下您的问题，下周五同一时间哦~

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