金刚狼更容易被雷劈吗？| No.98
《X战警》系列是小编最喜欢的好莱坞大片之一，炫酷的特效和脑洞大开的设定每次都不会让小编失望。同学们一定还记得里面的金刚狼，无坚不摧的合金骨骼让狼叔在电影里面战斗力往往突出天际，但是我们今天就要来聊一聊，狼叔会不会更容易被雷劈中呢？
平面境成虚像。为什么人们以为虚像在反向延长线的交点上？
by 月儿
A相信各位一定知道，我们直接看到的不是物体，而是进入眼睛的光。无论这些光是由物体发射或者反射的还是我们人工合成的，只要我们的眼睛捕捉到的光是一样的，那么我们看到的像就是一样的。在成像过程中，实像和虚像的区别在于实像可以被光屏承接而虚像不能。
从平面镜成像的光路图可以看出，S发出的光经过反射进入眼睛。这束光会让我们看到一个位于S'的像。这个现象可以这么理解：如果我们在S'处摆上一个同样的蜡烛，从这颗蜡烛直接进入人眼的光线和刚才说到的反射光完全一样（不考虑偏振等人眼无法直接辨识的性质。），所以反射光在人眼看来就好像是在S'处存在一个像，但这个像不能被承接，也就是一个虚像。从几何关系上可以看出，S'恰好处在反射光的反向延长线上。
by Nothing
爱情是否可以用科学解释？
by 三
A有一种行为，是一个人素质高、有文化的体现，社会需要它，因为它可以化解人与人之间的很多矛盾，但同时它却也是制造人与人之间矛盾的罪魁祸首，它的名字叫——讲道理。
如果你不能理解上边这句话，那么这条回答你可以跳过了。
爱情有很多的“不合理”、“不科学”，很难对其进行定量的分析。客观来说，造成这一麻烦的主要原因是人类的心思太复杂，不能按照一般的常识去理解。但我们也并非对爱情就束手无策，它毕竟是人类的一种行为。
科学不是哲学，它是更加具体的真理，因此便有一定的适用范围、成立条件，脱离了这些，真理就变成假的了。科学是解释一些具体的客观现象的理论体系，因此有它适用的条件，但我们从科学理论中提取出来的思维方式、方法论，可以用来去分析其他的问题。
所以，科学是可以用来在一定程度、一定方面来解释爱情的，但对于爱情里的不同方面，我们需要用到不同的科学理论。
我们知道，陷入爱河的情侣，会表现出与一（单）般（身）人（狗）许多的不一样，他们会沉醉于甜蜜的小世界，那自然而然便少有心思去思考用科学解释爱情这种这种问题了。
所以我大胆的猜想，会对这个问题感兴趣的读者，一定是某类特定人群。
那么请让我以一个简单的例子，如何科学的追求异性（但我这个例子也可以用来追求同性）、如何科学的脱单来结束这个回答。
量子力学里有一个叫做量子跃迁的现象，你所喜欢、想追求的异性的心便是一个量子力学体系，你的出现，你的所作所为，便会给对方施加微扰。很容易理解，你的成功与否很大程度上取决于你如何去施加这个微扰。如果你的行为具有一定周期性，比如隔几天约一次，每天说晚安早安等，周期微扰如果持续的时间足够长，则跃迁速率将与时间无关，所以想通过每天坚持做某件事来打动对方是不现实的，因为对方如果喜欢你，是不可能给你坚持的机会的，早就和你在一起了。所以微扰该怎么施加呢？随后我会专门写一篇文章来详细的用科学分析爱情，用科学的理论去脱单，敬请期待。
by Patwf
泡泡是如何形成的，又是怎么破碎的？
by 魏思齐。
A泡泡分成很多种，我们以最常见的肥皂泡为例来说明这个问题。先上两张美图。
形成泡泡的原理比较简单。液体内部分子之间存在着力，而在气液界面，这种力表现为引力，这就是表面张力了。表面了长与线度成正比，因此表面能就与面积成正比。我们知道系统的能量总是趋于最小值的，因为这个原因。失重条件下的水珠总是成球形（一定体积下球形面积最小）。气泡的形状也是由于此。
下面看一下形成气泡的过程。我们以吹泡泡举例。在吹的过程中，我们会发现当我们把空气吹进水膜中时，水膜鼓起，到一定体积（通常超过半球），开口会在表面张力作用下合拢，形成气泡 。
那气泡又是怎么破裂的呢？如果单纯靠表面张力就能维持气泡的话，纯水也就能形成稳定存在的气泡了。但实际上纯水气泡很难维持，原因是气泡是一个张力与水膜厚度涨落的博奕。张力太大，出现轻微的厚度涨落，受力会不均衡，水膜破掉。纯水很难形成稳定气泡就是这个原因。肥皂水中的肥皂就起到了减小表面张力的作用，这时水膜存在轻微厚度涨落，也不会使水泡破裂。当然存在了一定时间的肥皂泡，由于挥发，也会出现较大厚度涨落，使泡泡破掉。 泡泡的问题看似很小，其实里面的学问比较大。在工程技术方面经常遇到起泡不利或者起泡有利的问题，这都需要添加剂来改变液体表面张力，以达到想要的目的。
图片中美丽泡泡的"五光十色"又是怎么产生的呢？感兴趣的同学赶紧留言提问吧，说不定下次就能选中回答了呢。
by 可爱的你
身体里有钢钉，雷雨天气会有危险吗？
by 慕承和
A雷击是雷雨天气中很常见的一种现象，实际上就是一种击穿空气的放电现象。常见的有带电云层间的放电与带电云层和大地间的放电。我们这里关注云层和大地间的放电。
雪雨天云层是会携带大量电荷的。带电云层与地面会形成一个大电容，中间的空气就是介质。对电容稍微了解的同学都晓得，电容会存在一个击穿电压，超过这个电压就会击穿介质迅速放电。云层与大地也类似，如果电荷积累到一定数量，就会击穿空气并迅速放电。云层与地面距离较远（ 几千米到数百千米不等），中间空气电阻太大，必须积累到一定的电压才会击穿。这使得击穿电压很大，击穿电流也很大，如果有人正好处在导电通路里，那是相当危险的。
正如前所述，想要击穿空气，就要将电荷积累到一定数量，相应地，越容易积累电荷，那么雷雨天被雷击中的概率越大。那么怎样比较容易积累电荷呢？首先，要与大地导通，才能使大地的电荷传导积累。其次，由于电荷喜欢向着曲率小的地方跑，所以越是尖锐越谷易积累电荷。尖端放电就是个明显的例子。避雷针就是将这两个条件完美地融和到了一起。
扯了这么多，接下来回答这个问题。身体里面有钢钉，一般打在骨头处。只要没有露在皮肤外面，即不会明显地改变人体的导电性质，又没有增加"尖端"，根本就不会增加"雷劈"的概率。
好了，下面我们开始讨论狼叔的事情→_→。根据电影里面的设定，狼叔身体里的金属是一种艾德曼金属，是一种以外星的天外陨石成分混入的具有超强合金。这种合金是拥有自由电子的，而且尖端可以说是非常尖了，然后借助狼叔的身体接地。所以我们假设狼叔在平原上战斗，切换到了战斗形态并作指天状，是比较有可能被雷劈的。但是平时正常情况的话狼叔还是比较安全的～
by 可爱的你
为什么高空走钢丝要用长的竿？而且竿均匀，并不是类似于螺旋桨的叶片，两边截面更大？
by Spencer.
A走钢丝时用长竿，目的在于便于掌握平衡。其原理在于降低重心以及重心的快速移动。如图，走钢丝相当于单点支撑。
就单点支撑而论，重心在支点下方时（相当于悬挂），处于稳态，这样的状态很稳定。而重心在支点上方时，处于亚稳态，稍微有扰动就会干扰平稳。走钢丝就是这种状态。
如前所述，走钢丝属于亚稳态，那么怎样做能使亚稳急态"更稳"呢？一是尽量降低重心，弓着腰，或者用一个"软竿"就可以做到，其原理显而易见。另一个方法是使重心的移动更多的掌握在自己手上。如果身子倾倒，则利用某种方式使重心向相反的方向快速移动，以抵消掉倾倒趋势，这种方式一般有了张开双臂或用"硬竿"。
另外，使这种亚稳态系稳定还有另一种方式，就是旋转，就像陀螺。陀螺分析起来比较复杂，这里就不引伸了。
走钢丝作为一种极限挑战，就是要有一定难度才会具有魅丽和观赏性，竿子还是可以接受的，如果用一个扇叶，那岂不是很奇怪，况且扇叶也没有更满足之前的两点要求，让亚稳态变"稳"。
by 可爱的你
夜明珠、荧光棒等是什么物质发光？为什么只在夜里发光？
by 好奇宝宝
A首先纠正一点，发光并不是只在晚上，事实上白天也会发光，只是因为白天太阳光很强所以人不容易分辨而已。
电子在绕原子核运动时其能级是量子化的，也就是说电子只能排布在一些特定的、分立的能级上。当低能级的电子吸收能量后变会跃迁到高能级上，也就是激发态。这些处于激发态的电子是不稳定的，会回到低能级上，而在回迁途中便有一定几率将能量以光的形式释放出去。电子激发后可以处于单重态或三重态，这两种态回迁所需的时间是不一样长的，前者所需时间短，发出的光称为荧光，后者所需时间长，发出的光称为磷光。即便是发出磷光的回迁，其所需时间也很短，当激发光撤离后很快就不会发光了。因此要在夜晚长时间发光，就需要满足这几点：要么有持续性的能量输入使得电子不断跃迁到高能级上去，要么想办法延长电子回迁到低能级的时间。
荧光棒采取的是前一种策略，荧光棒中的化学物质主要由三种物质组成：过氧化物、酯类化合物和荧光染料。过氧化物和酯类化合物发生反应，将反应后的能量传递给荧光染料，再由染料发出荧光。因此荧光棒就好比非诚勿扰女嘉宾的灯，一旦灭了就不会再亮了。
矿物性“夜明珠”的基体材料都是无机盐类晶体中的激活晶态磷光体。所谓激活晶态磷光体是指由于晶体晶格点阵畸变而获得“发光”本领的晶体，而这种畸变，又多半是由于基质内含某些重金属杂质（激活剂）所引起的。例如ZnS中含少量的Cu就能发出黄绿色磷光，此ZnS称为基质，Cu称为激活剂。根据激活剂的不同可分两类，一类称为永久发光夜明珠，是由于自身含有放射性元素，因此不需要外界帮助也能长期发光。另一类则称为长余辉蓄光型夜明珠，这一类的激活剂是没有放射性的，必须靠外界的日光、紫外线等光源激发后才能发光。值得一提的是，天然的夜明珠是极为罕见的，如果你有的话可以考虑两件事情，一是对它进行放射性等鉴定，二是和我交个朋友。
by Patwf
假设从地球北极开个孔，贯穿地心直达地球南极，然后从北极放一个小球，让它开始运动，这个运动过程是怎样的？谢谢（假设孔与球的摩擦力为零）来自一个文科生的提问。
by 陆之遥
A哇，这不是大刘的《地球大炮》吗！只是起点从中国的漠河变到了北极。就运动过程来说，就是自北极点进入后小球开始进行自由落体运动不断加速，加速，加速，期间重力加速度g一直在减小。小球穿过地核后，又开始做加速度越来越大的减速运动，一直减速，减速，减速，到了南极，如果我们假设小球是在一个真空管道里边运动，那么小球的速度就相应的减速到初始速度0了，在南极有个人拉你一把，你就顺利登陆了。整个模型近似于弹簧运动，弹簧先压缩再拉伸。就是这么神奇，但是，这个构想有一个关键就是我们需要考虑这根贯穿地球管道的强度及它可能遇到的复杂环境。在刘慈欣的科幻小说《地球大炮》中也描写了其带来的灾难。但是（又一个但是），祸兮福之所倚，这条长长的管道最后也有了大大的作用。预知后事如何，就去看书吧。
by Fi
既然物体所具有的惯性与物体的速度无关，那为什么高速行驶的汽车刹车距离更长？
By *Fireheart～火心*
A我们都知道物体的惯性是物体的特有属性，表现为物体对其运动状态变化的一种阻抗程度，质量是对物体惯性大小的量度。质量越大，惯性越大，物体的运动状态越不容易被改变。而物体运动状态改变的难易程度一般表现为，在给定某一外力的情况下，物体的加速度大小，加速度越小，惯性越大。
从能量的角度考虑一个物体在直线上做减速运动的刹车行为，在此过程中动能全部转化为摩擦热能，有：
不考虑空气和其他效应时，摩擦力只与物体的质量有关，假设摩擦力是滑动摩檫且动摩擦因数恒定，即：
刹车距离与速度直接相关，速度越大，刹车距离越长，在这种情况下与物体的惯性无关，并且还可以知道动摩擦系数越大，刹车距离越短。
当然考虑空气阻力时情况会变得较为复杂，此时摩擦力与质量不一定是线性关系，同时还可能与物体的运动速度相关，即
定性上考虑，质量越大，摩擦力越大，阻力越大，积分限（0，s）越小，即刹车距离越短；刹车时速度越大，相应积分限越大，即刹车距离越大。当然，结果与阻力的具体形式密切相关，进一步的准确分析需要在得到摩擦力的具体形式后，求解微分方程得到，在此不加讨论。
by 勿用
请问能不能解释一下扫描隧道显微镜的成像原理吗，为什么这种显微镜能看到原子那么小啊，它的原理是什么？
by 段小樓兒
A扫描隧道显微镜利用的是量子隧穿的原理，针尖和样品表面之间由于量子隧穿会形成隧穿电流，电流的大小对针尖和表面之间的距离非常敏感。所以通过测量电流可以推断出针尖和样品之间的距离，如果通过压电陶瓷来驱动针尖在样品表面来回扫描就能描绘出样品表面整个形貌。在具体实现的过程中，扫描隧道显微镜常分为两种：恒流式和恒高式。
在恒流模式下，压电陶瓷管受反馈电路控制，保持针尖和样品之间的隧穿电流保持恒定的设定电流值。为了保持隧穿电流恒定，压电陶瓷管需要根据表面起伏在z方向上下运动，该运动轨迹反映了表面的起伏情况。以z的值在xy空间上做二维图，就得到了表面的高度起伏像。
在恒高模式下，压电陶瓷管在z方向上保持恒定。以探测到的隧穿电流的值在xy空间上做二维图，就得到了隧穿电流变化像。进而得到样品表面高度起伏的像。 （参考：维基百科 扫描隧道显微镜）
by Nothing
如何理解量子力学中物理量的矩阵形式？
by RailGun10032
A量子力学中使用“state（态）”表示所研究体系的状态，用算符来表示力学量。算符代表一种操作，即通过算符的作用将一个态变成另一个态；同时，算符也可以用来提取态里的力学量信息如力学量的平均值等。
想要区分两个算符的不同就要看它们在作用到态上是起到什么不同的作用。在实际使用量子力学时一般有两种形式：一种使用波函数来表示态，用微分等操作来表达力学量算符；另一种用列向量来表达态，相应的算符写成矩阵的形式。用微分等算符作用在波函数上自然可以准确得到另一个波函数；用矩阵作用在一个列向量上也可以得到另一个列向量。
具体到矩阵的某一个矩阵元，以哈密顿量为例，矩阵元H23代表的是第三个态经过力学量作用后所变成的态里第二个态的系数，如果每一个矩阵元都知道了，那么你能清楚地看出力学量作用在任意一个态上之后会变成什么态。这比另外一种表达方式更直接的表达了力学量算符会怎样改变一个态。
可以证明（具体的可以参考量子力学教材）两种形式所表达的态存在一一对应的关系，且将各自的力学量算符作用在表达方式不同的同一个态上得到的态也是一样的。也就是说，两种形式只是对相同物理内容的不同表达，其物理意义完全一样。归根到底，矩阵只是力学量算符的一种表达形式。
by Nothing
温度是气体分子平均动能的量度，那从固体方面怎么理解温度的本质呢？
by 墨鱼丸煮面
A如果直接用气体分子平均动能来定义温度显得非常不直观也很难和我们的日常经验联系起来。我们可以分别在热力学和统计力学的方法定义温度：
1、通过热力学第零定律我们可以定义一个物理量来描述体系的热力学状态，并且定义热平衡的系统之间这个物理量相同值，这就是温度。我们可以定义处于热平衡的两个体系温度相同。如果两个体系没有处于热平衡则定义热接触中流出能量的体系的温度高而另一方温度低。如果我们把输出能量的一方看做更热的话，温度高低和物体的冷热程度就联系在一起了。可以看出，我们只给出了体系之间温度的相对高低，并没有定义出具体数值。如果要标定具体数值就要选择具体的温标，如果选择PV=NRT，很容易可以得到温度和分子平均动能之间的联系。
2、在统计力学里有两个公认的假设--等概率原理，平衡态是微观状态数最多的宏观态。如果定义S=klnw的话，我们可以说孤立体系在从非平衡态向平衡态演化的过程是熵增的过程。如果进一步定义
其中U是体系内能。可以证明当两个和外界孤立的体系进行热接触时，高温一方会向低温一方传递能量，这和第一种方法定义的温度统一起来。同时这个定义给出了温度的具体值，其实这就是热力学温标的表达式。
从上面的叙述可以看出，无论什么体系，温度可以用来衡量体系的冷热程度（热接触中输出能量的一方更热）。当然，如果从统计力学的角度继续深挖的话，温度还能给出体系中子系的能量分布等信息，这里不再赘述。
by Nothing
本期答题团队：
物理所 勿用 、Patwf、Nothing、可爱的你、Fi
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编辑：X. B. Liu
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