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大海是怎么形成的?|No.24

2016-09-16 sym 中科院物理所


抱着月饼写问答

迟到的中秋快乐呀~




1
Q

学习哲学对理论物理、高能物理的研究有帮助吗?

匿名

A

数学学不好就容易对理论物理、高能物理产生误解。

如果掉头学习哲学,则会加深误解。

(why? 因为现代物理学不是一门文字思辨的学问,一切都要基于实验事实和数学



2
Q

如果地球上的植物都消失了,氧气可以让人类存活多久?

樊歆星

A

地球大气总质量大约5×10^19kg,氧气占比大约20%,那就是10^18kg(还挺整!)。普通成人每分钟耗氧量大约为250ml,每天大约就是0.35立方米。七十亿人就是大约25亿立方米。标准大气压下大约折合32亿千克。另外空气含氧量低于10%人就会窒息死亡了。于是氧气储量人类只能利用一半。结论:大概能活1.5*10^9天,400多万年。加油喘吧!

(ps:地球岩石圈的氧气储量其实比大气圈要多得多得多,但是不考虑,因为它们释放得太慢了。)

(pps:这有啥难的,小学数学题嘛。你们呀~就是不如小编我勤快。)




3
Q

大海是如何形成的?

五条

A

地球刚形成时是个大火球。没有大海,大海是在稍晚些形成的。形成原因大概有两种说法,一种是说火山喷发把地幔中的水蒸气带到大气层再通过降雨积聚在地表慢慢形成了大海,一种说法是冰彗星撞击早起地球给地表带来了大量水。





4
Q

最小恒星(自身能够核聚变)的体积是多大?

金木映月

A

最小质量大约是太阳质量的7%-8%,最小体积不好比较,因为体积涉及到具体的恒星演化时期,相同质量的早中老年恒星的体积并不一样。

质量比这个再小,那么这颗星星的自身引力就不足以使其核心的压强温度达到氢原子聚变的条件。最后就只能成为一颗大行星,比如我们的木星同学。




5
Q

化学上看那些显微镜拍的原子图片,就是一个小球,真的是这样吗。。。

梧桐

A

不是这样的,之所以看到一个个小球只是因为我们显微镜的分辨极限只能到这了。实际上原子内部绝大多数空间都是空的。





6
Q

最近看到不少“自制手机3D全息投影”的文章和视频,但在文章后面有不少人评论说这根本不是全息,全息技术比这复杂的多。我很好奇这到底是不是全息?如果不是,那“全息”的定义到底是什么?谢谢。

Aaron

A

全息的定义最早来自于光学,指的是既能保存光的振幅信息,又能保存光的相位信息的照片(全息相片,而普通的相机照片只能保存振幅信息。)由于光场主要就只有振幅和相位这两个属性,所以保存了这两个信息的全息照片就可以完全还原空间中的光场了!(这意味着全息相片中的景物不光有3D电影的效果,而且从不同角度看景物还不一样!)

后来全息概念在理论物理中有个推广,指能在D-1维系统中完美重现D维系统的现象。





7
Q

什么是黑体?既然是黑体,为什么我们还能从外部探测一个黑体辐射源的辐射谱呢?

鸟兽不可与

A

像“黑体”,“永动机”这类词,千万不要望文生义。黑体不是指黑漆漆的物体,你能看的的最亮的东西,太阳,其实按照定义差不多算是个黑体。

黑体的意思是完全不会反射光线的物体,光线照到上面就被完全吸收了。我们只需要考虑这个物体自己热辐射产生的光线,这样的热辐射光线就叫做黑体辐射。像太阳这种东西,由于它热辐射的光线太强了,它反射的光线完全可以忽略不计,它的光谱就是一个非常理想的黑体辐射谱。所以我们可以认为太阳”差不多”是个黑体。





8
Q

如何能稍微简单点地理解狭义相对论…?

要被相对论逼疯了的大二狗

A

你看你都快被逼疯了,却还要简单点讲解。这样的问题是不是让小编觉得很有那么点挑战。

最概括的说:当年麦克斯韦提出电磁学方程组的时候,发现光速可以直接用方程中的物理常数推导出来。而物理定律中的常数又显然跟参考系无关,这就意味着光速在任何参考系下都应该不变!于是大家纷纷觉得,麦克斯韦你这个太扯了,明显违背牛顿物理,看来电磁学公式还得改改。

到20世纪初的时候,迈克尔逊、莫雷做实验发现无论如何都观测不到光速跟地球运动的相对变化,看起来光速好像跟参考系无关。于是爱因斯坦憋不住了,它提出:光速不依赖于参考系。而为了在数学上满足这个要求,必须把以前的伽利略参考系变换公式改为洛伦兹参考系变换公式。至此,狭义相对论的所有数学就齐备了,接下来就是不断的推演和讨论:钟慢,尺缩,双生子,质能公式。

在这个过程中,你当然会遇到各种各样的困惑和不适应。但这些困惑九成九都是因为作为读者的你下意识的把自己带进了上帝视角,把自己的时间当成了绝对时间来衡量别的参考系。还是没挣脱出牛顿物理的思维惯性。记住,相对论中没有绝对时间,正在推公式的你的时间也不能绝对。所以,把自己也放进某个参考系,把任何东西都放进某个参考系。然后你就会发现,绝大多数的矛盾都消失了。(少数矛盾要涉及广义相对论)

当然,如果你有幸学习微分几何,那么恭喜你,这时候你可以打开四维闵氏时空的上帝视角观察一切了,而且一切都会显得优雅,自洽和直接。


(这个写得太概括了,而这是一个好题目, 我大概会考虑以后在问答中专门做一期相对论的专题)




9
Q

液氧为什么回呈现出顺磁性,而液氮却没有?

爱你的大化

A

差点就回答不上来了,这个问题还得学过一点化学才行。

物质表现出顺磁性,一定是因为它的外层电子有未成对的单个电子。比如说氮分子N2。这时候问题就来了,按照价键理论,氧分子O2,每个氧外层分别有六个电子,接着两个氧原子共享两个电子,形成双键,最外层分别8个电子,稳定下来。而且外层电子均为两两配对,没有单电子,看起来不应具有顺磁性。但实验室氧分子确具有明显的顺磁性,氮分子却又没有。为什么?

答案是中学的价键理论在这里失效了,实际的电子轨道在这里不能再看成是两个原子的电子轨道的重新组合(化学键)。必须要用分子轨道理论来解释。也就是把两个氧原子核看做一个整体,解这个整体势场下的电子的薛定谔方程,得到电子的“分子轨道”,然后在这些分子轨道下按能量高低排下16个电子,那么这16个电子的轨道分别是(σ1s)2,(σ1s*)2(σ2s)2,(σ2s*)2,(σ2p)2,(π2p)4,(π*2p)1,(π*2p)1,【括号内是轨道名字,后面的数字表示电子数】这样我们就发现2pπ反键轨道(*表示反键)上出现了两个单独的电子,正是它们提供了氧分子的顺磁性。

而另一边,如果是氮分子的化,它需要排下14个电子,分子轨道是(σ1s)2,(σ1s*)2(σ2s)2,(σ2s*)2,(σ2p)2,(π2p)4。全部成对,没有单电子。

这样就完美解释了实验。





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