闪电为什么是 ጿ ኈ ቼ ዽ 这样走的？说好的光沿直线传播呢？| No.211

Original Frions 中科院物理所 2020-09-10

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如上图所示
闪电总是弯折的
一位好奇的网友表示疑惑
光不是沿直线传播的吗？
为什么闪电却是弯的？
难道物理定律又失效了？

Q1

在动脉、静脉和毛细血管中，毛细血管中的血流速度最慢，可为什么血液从毛细血管流入静脉后速度又会增加呢？by 呆呆

答：
从流体力学的角度上来说，血液的流速只由血管的构造以及流经心脏的总流量决定。
我们可以这样思考，假设心脏平均每分钟能泵4500mL(估计的数值)的血量，那么我们选取一个包含了人体内所有血管的一个联合的截面。根据（近似认为血液不可压缩)不可压缩流体质量守恒，每分钟经过这个截面的总血量也一定是4500mL。否则就是有血液从血液循环系统中进/出了(输血/出血)，这种情况排除。
如果我们选择了动脉作为这个截面，动脉总截面比较小，流速自然就会快，静脉总截面稍大，流速自然就会慢一点，而遍布人体各处的毛细血管，总的(所有毛细血管的加在一起)横截面积更大，所以毛细血管中的流速最慢。
附：在这里起作用的质量守恒，可以这么理解。搞一根管子，左截面10cm²，右端截面1cm²。通过加压从右端输水进去(流速10m/s)，稳定后左侧端口出水的速度必然是(1m/s)。因为水不会凭空消失。
by Luna
Q.E.R.

Q2

为什么闪电⚡️不是一条直线？

by 一位好奇的网友

答：
雷电形成的过程中，大体上要经历两个阶段。第一个阶段是先导的自由发展，(先导的具体含义在下面会说)，先导的发展会建立起大地和雷云之间的导电通路。这个过程也会发光，但是比较暗，不容易被肉眼观察到（拍摄可能需要增强）。而第二个阶段，也就是我们日常生活中所看得到的划破天空的闪电，实际上来自于天地之间异种电荷在已经建立的的导电通道上发生的电荷中和过程释放出来的大量光子。所以我们所看到的雷电并不是“一束光”，而是在天地之间由先导探索/发展形成的导电通路上的放电现象。
从下面几幅图可以看得比较清楚：
向下自由分叉发展的先导
导电通路形成，开始放电
亮度极高的通路放电
雷电末梢(先导)前进的现象学分析：虽然我们日常生活中感觉雷电几乎是一瞬间劈下来的，但是慢放下我们可以清楚的看到，雷电的在打下来的过程中的末梢前进速度是远远慢于光速的。这是因为雷电推进的先导实际上是一团因为光子电子轰击或者高温电离所激发出的等离子体，等离子态的前进速度才是雷电的推进速度。
雷电末梢前进的物理机制：因为光子和电子可能会发生散射让先导的推进方向偏离原来的先导前进方向，高温电离出的等离子体在放热后激发周围新的等离子体的过程中，具体激发哪个方向的气体会受到环境扰动的影响。无论激发形式，一旦新的方向上的空气被激发成等离子体，因为空气转变到等离子体所引起的电阻率的极速下降，这个方向会一定程度上“短路”来抑制别的方向上的空气-等离子体激发。
这就是雷电先导前进方向的物理图像：有一定概率沿着原来前进的方向，也有一定概率改变前进的方向。一旦主方向选定(被随机扰动选定)，其他的方向上所能分得的热能电能光能就会大幅减少。由此形成有一条主放电通路，通路上的各个位置都有分叉开的末梢的先导图像。而最终的主放电过程，主要集中在这一条主放电通路上。
参考资料：慢放雷电、为什么闪电的形状和裂纹那么像？
by Luna
Q.E.R.

Q3

为什么关灯的时候听见蚊子在“嗡嗡嗡”，开灯了就听不见了？

by 小可乐

答：
当我们听见蚊子在耳边飞的时候，一个翻身或者其他比较大的动作起来开灯会把蚊子赶跑，蚊子飞远了自然就听不到蚊子的“嗡嗡嗡”了。当然如果你开灯动作比较小，也许会发现蚊子就在你床头站着，或者已经在叮你了。而且蚊子与一般的虫子不同，很多小虫子有趋光性，但蚊子有趋暗习性，所以如果开灯也许会让蚊子倾向于躲到较暗的角落，往往我们就看不到也听不到了。蚊子还有向热性，黑暗环境下，人体就是一个大热源，蚊子目标明确，但当我们把灯打开时灯的热量也会对蚊子产生一定的干扰。以上都是基于蚊子的习性和叮咬特性进行的分析，原谅我作为一个超级吸引蚊子的人并没有勇气进行亲身试验。
Tips：根据各种科学研究，蚊子咬人有这些喜好：1. CO₂排放多的人招蚊子喜欢；2. 出汗的人特别招蚊子喜欢（经过皮肤细菌分解后的汗液容易吸引到蚊子）；3. 体温较高的人招蚊子喜欢；4. 穿深色（尤其是黑色）衣服的人招蚊子喜欢。掌握了蚊子的喜好，在已经到来的夏天我们就可以有针对性地进行科学防蚊了。
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q4

气泵是通过活塞来进行抽气和喷气的，那人的肺又是如何进行呼吸的？

by 古帅哥

答：
呼吸是我们非常重要的生理活动之一，成年人肺内含有3-4亿个肺泡，它是细支气管反复分支而成，其壁薄，由单层上皮细胞构成，外面包绕着毛细血管网，是气体交换的场所。我们在呼吸的时候总是伴随着胸腔的起伏，而胸腔的起伏是依靠呼吸肌舒张和收缩来实现的。膈肌是最重要的呼吸肌，它介于胸腔、腹腔之间，舒张时胸腔的上下径减小，胸廓扩张，肺的体积也随之增加，肺泡内压降低，低于大气压导致外界气体进入肺泡，也就是吸气行为，反之则完成呼气动作。这个原理和气泵其实很类似，气泵的活塞在运动的过程中也是改变了储存气体的体积导致气压的变化，从而完成气体的抽入和喷出，而肺的呼吸过程则是用由中枢神经控制的呼吸肌运动代替了气泵中活塞的运动而已。
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.

Q5

如何解释双生子佯缪？

by 匿名

答：
双生子佯谬是狭义相对论中的一个悖论。假设有双生子甲和乙，甲在地面上保持不动，乙乘飞船宇宙航行，乙的速度为，飞行距离到达终点后速度突然反向，返航归来与甲相遇。从甲看来，在这个过程中甲所经历的时间为，而根据狭义相对论，乙所经历的时间为，所以，两者相遇时乙应比甲年轻。根据运动的相对性，从甲看来，甲也应比乙年轻，从而导致的矛盾。解决该问题的关键在于，乙在返航时必须由一个惯性系转到另一个惯性系。乙的速度突然反向时，乙应观察到甲的年龄有了一个突然的增长量。无论从双生子甲乙哪一方来看，停留在地球上不动的一方所增长的年龄总比宇航归来的那一方所增长的年龄大，即宇航归来的那一方显得年轻，留在地球的那一方显得苍老，两者年龄增长的比值为。
参考资料：谁能通俗地解释下双生子佯谬的关键点？
by 崤函
Q.E.R.

Q6

如何让知识进脑，并住下来？

by 被背背背折磨疯了的理科生

答：
不可能的，知识它进不了脑子的。
不过换一种方式是可以的。通常来说，作为大型裸猿，我们的神经系统虽然复杂但基本的结构单元及方法和其他哺乳类亲戚是基本相似的。我们都依靠神经回路来实现思考、运算、判断、以及记忆，这一点在心理科学中就是图式理论。
你对你没有见过的船新知识的记忆，其实是通过在大脑中对原有回路的编辑或者创造全新的回路来实现，具体到神经元细胞之间，就是突触结构的形成和消退（当然也有神经元的形成与消退，这种学习的效率更高，毕竟成年人的神经元数量远小于儿童）。从这个角度来说在对原有回路的编辑要远比形成崭新回路要容易，这也是为什么从头学量子力学会如此吃力。
相对简单的肌肉运动记忆的形成目前的理论和实验证据要更加完善，但依然有很多需要完善的地方（可怜那些吃意大利面的小鼠）。当然对纸面上知识的记忆是要远比运动记忆复杂的，所以具体的机制和过程更是难以很好的解释。
所以啊，最简单的方法就是重复外加提高注意力（兴趣）。
by 某大型裸猿
Q.E.R.

Q7

爱情可以用什么量化吗？

by 匿名

答：
在正式开始思考这个问题之前，我们不妨想一想，我们为什么要将我们所处的客观世界中的事物量化？量化并不是人才具有的抽象能力，动物也有的。比如说，猩猩采到水果后，会根据族群数量以及水果数量，进行分配。而人类世界的量化，则要复杂得多。
人类是高度社会化的，为了保证不同群体之间交流、合作的准确性，就客体进行概念的定义并量化，显然是必要的。比如说，对于温度的感受，一个人认为是凉的，另一个人认为很烫。那么，就温度进行量化，使得其按照某种规范用数字表达（摄氏温度、华氏温度、热力学温度），就可以避免个体感官差异带来的错误反馈，使得很多对象可以比较和被进一步讨论。量化也可以帮助更好描述和认识客体的某些性质，如长度、大小、轻重等，是人类认识世界和改造世界必要的抽象。也就是说，就某事物进行量化，可以避免因人类个体差异带来的对客体认知的偏差，尽可能反映客体所谓的“本征属性”。
量化是主体对客体进行抽象的形式。那我们来看爱情，维基百科对于爱情的解释是：“爱情和恋爱是一种与爱相关的，被强烈吸引的一种具表现力，带甜附涩且快乐的情感。”爱情作为一种情感，本身就是个人主观世界的产物，是属于主体的人的。对于爱情的理解和体验，是有很大的主观性的。既然爱情不属于我们面对的客体（物质界），那么，如何进行量化呢？所以，爱情是不能量化的。
by Luking Mao
Q.E.R.