北半球的水涡都是左旋的吗？ | No.53
话说很多古代文明都有一个符咒
写作卍 or 卐
（此处忽略希特勒选卐作为纳粹标志的事迹）
汉语读作“万”，寓意祈求吉祥
然而关于它的起源
却是文化史上的一个谜题。
有人说它是太阳和火的象征，
但也有人说
这是北半球先祖对水流的描述。
比如新石器时代的马家窑文化，
一个彩陶罐上
赫然画着 卍
如果人潜水在四十米深的海里，水压会对人体造成什么影响？
By 莫斯科郊外的夜晚
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世界上最深的室内泳池Y-40 (位于意大利的一家旅馆)的深度恰好是40米，该泳池可供客人进行自由潜水和水肺潜水。作为对比，当前世界上的水肺潜水记录约为300多米，自由潜水记录也早已超过百米，由此看来40米似乎并不是很深，不过对于非专业人士仍具有一定的危险性。40米的水下压强约为5个大气压，这对人的身体不会造成直接的伤害，但这意味着潜水者体内的气体以及吸入的气体都是高度压缩的。当潜水者以过快的速度上浮时，体内压强骤减，可能会导致血管和组织中的气体以气泡的形式放出，而通常情况下这些气泡是在肺内释放的。过多的气泡将会破坏血管和细胞功能，引发严重后果。
一般来说，安全的上浮速度的临界阈值在20米/分钟 左右，但推荐的上升速度是10米/分钟 以下。由于不同的气体在体液中的溶解性质不同，选用合适的混合气体进行水下呼吸可以提高临界上升速度。潜水者通常也会在上升到不同深度时进行短暂停留，以防止减压过快。
牛顿第一定律可以看做第二定律的特例吗？
By 相对论-张钰奇
A
来看一下牛顿第一定律的表述：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。
仔细思考的话：这条定律的意义在于，给出了惯性系的概念，也是牛顿第二、第三定律所建立的力学体系的基础。因此，牛顿第一定律是不可缺少的。如果单单理解牛顿第一定律是F=ma的特例的话，应该说，虽然不是错，但是是不完整的，对于理解整个牛顿力学体系是有一定误区的。
北半球的水涡都是左旋的吗？听说是由地球自转和不同纬度的线速度不同导致的，这种解释科学吗？
By 阳光
A
不是的。
地球自转的确会产生一种改变运动方向的力，这被称作科里奥利力（或者地理学科上说的地转偏向力）。这种力的来源不是因为线速度不同，而是因为地球是一个转动的非惯性系，而且只有相对地球运动的物体才会受到科里奥利力。北半球的气旋逆时针旋转（左旋），南半球的顺时针旋转（右旋），这也的确是因为科里奥利力。
但是，如果你指的是洗手池/浴缸/抽水马桶等在放水时的水涡，它的旋转方向与科里奥利力无关。这是因为排水时的尺度与速度太小，导致科里奥利力太小，不足以影响水流方向。水涡的旋转方向主要由排水孔内部的结构决定。
能不能人工制造海市蜃楼的景象？
By 佚名
A
图示：光在不均匀介质中的传播
海市蜃楼分为上现蜃景和下现蜃景两种。前者一般出现在冰川等寒冷地带，空气密度和折射率在高空小，地面大，因此景物反射的光在向上传播过程中会逐渐偏转，最终发生全反射，最终进入人眼中时看到的景物如同浮在空中。
下现蜃景一般出现在沙漠或夏天的柏油路上。空气密度和折射率在高空大，地面小，周围景物反射到地面的光会被地表空气全发射，在人眼中景物如同水中的倒影，从而让人误以为地面上有一潭水。
海市蜃楼产生的原理并不神秘，事实上我们只需要一块折射率有变化的介质就可以看到类似的效果。
由透镜成像公式和相似三角形知识，可以得到凸透镜的放大倍数公式k=f/(f-u)（成正立放大虚像时）。那不是意味着任意凸透镜可以放大任意倍数？但事实上并非如此（不然要显微镜干嘛），这是为什么？？
By 面壁者
A
首先我们来分析一下问题中所提到的“放大倍数公式k=f/(f-u)“。可以看出，放大倍数取决于两个因素：一是凸透镜的焦距f，二是物距u，上述公式在u<f 时成立。在保持f不变的情况下，我们可以通过不断增大u来得到更大的放大倍数（相信用过放大镜的同学都有体会），那为什么我们还需要有显微镜呢？考虑到实际情况，人眼观察物体的大小，一方面取决于物体的实际大小（线度），另一个重要的方面是物体对人眼的张角。问题中提到的放大率，确切地说是线度的放大率，如果我们不断的增大物距u，虽然正立的虚像会不断被放大，但同时它到我们人眼的距离也越来越远，所以就实际观察而言我们并不能通过一个简单的凸透镜来得到很高的放大倍数。当观察非常微小的物体时，显微镜就必不可少了。一般而言，凸透镜上所标注的放大倍数，是指虚像位于人眼明视距离（最适合正常眼细致观察物体又不易产生疲劳感觉的距离。）距离时的放大率。
值得注意的是，上述放大倍数的公式，均是在理想凸透镜以及近轴光线条件下导出的，实际应用中还要考虑到球差、色差等因素的影响，它们也会限制凸透镜的放大倍数。
宇宙中几乎有无穷多个星体，为什么地球没有被撕裂？
By dayun
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在引力场很大且变化剧烈的情况下，物体除了速度改变，各部分由于受力不均，就会被“潮汐力”撕裂。如果不是因为在黑洞、中子星等致密天体附近而导致引力场变化剧烈，很少有能够撕裂地球的那种潮汐力。
其实，无法证明你的问题中所说的宇宙中的星体无穷多（虽然一定是天文数字）。即使是有无穷多星体，也可以从另一个角度去看：根据现代宇宙学的基本假设，宇宙初期是近乎各处均匀、各向同性的，在相同的天体演化与结构形成的规律下，大尺度上，地球周围的星体是均匀分布的，对地球的总引力也是基本互相抵消的，能够明显影响地球运动的是小尺度（如太阳系）上的力。
黑洞有温度吗？
By 庆@841001
A
大家可能不太熟悉这个问题，但是与它等价的另外一个问题，大家一定能绘声绘色地描述它，那就是黑洞的辐射问题。
这里还要赘述黑洞辐射的问题：霍金发现黑洞的能量可以注入虚光子，使得这一对伙伴远远地分开，其中一个光子坠入黑洞，而另外一个光子失去湮灭的伙伴。留下来的光子将从引力中获得飞离黑洞的能量和动力，在它的伙伴坠入黑洞时，它将飞出黑洞，这一过程在黑洞视界周围反复发生，从而形成了不间断的辐射流——这是考虑量子效应的结果——从远处的观察者来看，能观测到与辐射对应的温度，该温度由黑洞视界处的引力场强度决定。
这个问题的起源即是“黑洞熵”。按照广义相对论，黑洞内部应该是高度有序的状态，这显然违背了熵增原理。霍金在研究中发现，如果能为黑洞赋予一定的非零的温度，即能很好地解决这个问题。借助相对论和量子力学有限结合的部分，通过冗长的计算，最终答案是：黑洞有熵，也有温度。以三个太阳质量的黑洞为例，其熵约为1后加78个零，其温度约为一亿分之一K。
半导体中载流子在不同能级之间发生复合的时候，什么样的能级之间的复合是辐射复合，什么样的能级之间发生的复合是非辐射复合。也就是两个能级之间的复合是辐射还是非辐射，它们的选择标准是什么？
By 不呆
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原子系统辐射跃迁的选择定则是严格的，能够发生辐射跃迁的也能发生非辐射跃迁，然而反过来未必成立。对于半导体，能级概念相对弱化。所以从原理上说，一对电子和空穴的复合采取哪种途径并不是绝对的，也更不完全取决于所在的能级。而是每种途径都有一定概率，当然这概率和半导体材料的很多性质有着复杂的联系，甚至受到环境条件的影响。
一个好的发光半导体材料就是要尽可能地提高辐射复合在复合过程中的比重。也就是发光的内量子效率问题。直接带隙半导体的本征跃迁是直接跃迁，这种复合的发光效率很高，可以接近100%。所以选择发光材料多选择直接带隙半导体。对于间接带隙半导体材料，其发光机理多为施主能级和受主能级之间的跃迁，主要办法是引入杂质。
这个问题可以这样讲，光电材料的某些缺陷能级会增加无辐射跃迁的途径，即使发生辐射跃迁也可能并非需要的波长。所以发光材料研究的一个重要课题就是减少不需要的缺陷态数量，能很好地做到这一点就足够了。
本期答题团队：
清华 物理系41的同学、北理工 文卿、大化所 J.Baker
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编辑：PXL
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