留刘海可以防止脱发吗？| No.240

Original Frions 中科院物理所 2021-03-24

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223个

随着年龄日渐增长
和天气的日渐寒冷
室外的每一阵风仿佛都在对我说
你的头发已经不多了
我们每天都在为了不脱发而绞尽脑汁
终于有一天有人开始思考
根据杠杆原理
留刘海可以防止脱发吗？

Q1

为什么在插头拔插插座时，有时会有闪光出现？

by 饺子

答：
因为电压使空气发生了击穿。
在通常的情况下，空气是绝缘体，这也就意味着在空气中不存在大量能够导电的自由电荷。但是在插头插入插座的过程中，插座中的金属电极片与插头上的电极间具有电势差，于是在两者之间的空气间隙中存在较大的电场。空气中本身存在的少量自由电子会被加速，并撞击空气中的中性气体分子，使气体分子中的电子与其原子核分离，成为自由电子，而该中性粒子也会因缺少了电子而成为离子。这些分离出来的自由电子又会被电场加速，再与其他中性粒子碰撞。当电场的强度足够大时，每个自由电子可以激发多个分子，释放出更多的自由电子。如此像雪崩一样，可以使大量的中性气体分子电离为带正电荷的离子与带负电荷的自由电子。这些带电粒子可以在电离区域内自由运动，被电离的空气也就由绝缘体变成了导体。
两块极板靠得越近，则其中的空气越容易发生电离。当两者靠的足够近时，这一小部分的空气电离为导体。则这部分导体有电流通过，从而剧烈的发光发热，产生肉眼可见的火花。
如果要防止火花的出现，对大功率电器，应当在断电的情况下插入插头，然后再合上电闸。对小功率电器，电火花不是那么容易出现，可以快速插入插头防止火花的产生。
by zhhjc
Q.E.R.

Q2

同一个手机同样面积的截图，为什么不同画面的文件体积不一样？

by 匿名

答：
使用同一个手机截屏的得到的画面像素数量和大小相同，但我们最终得到的图片文件经过压缩处理，画面包含的信息多少会对文件大小产生影响。
图像具有庞大的数据量。进行一个简单的估算，假设图片尺寸为1280×720，目前的手机显示屏基本做到了24位真彩色显示，记录单个像素颜色时需要对RGB三种颜色通道分别用一个字节表示，这样一张截图的大小会达到1280×720×3≈3MB，占用空间比较多，需要通过特殊的编码方式标记重复出现的数据，将图片的体积进行压缩。我们一般提到的jpeg/png图像格式对应了不同的文件压缩标准。具有相同尺寸的图像包含的相同数量的数据，但压缩后进行重建需要的信息多少是不同的，就像重建纯黑色的图片比重建一张内容丰富的画面需要的信息更少。因此同一个手机同样大小的截图，不同画面的文件体积是不一样的。
参考资料：Why are two pictures that are the same dimensions/dpi such different file sizes?
by 观山不易
Q.E.R.

Q3

如果说视频文件是由一帧一帧图片作为基本单位组成的，图片文件是由一个一个像素作为基本单位组成的，那么音频文件有没有相应的基本组成单位？by 香油蛋羹

答：
答案是一音频帧。音频在物理上其实就是一个记录幅度随时间变化的函数，但是我们的电脑不是留声机，它只认识和。故而我们在记录声音时需要对其采样，把这么一个连续变化的函数，用一串离散的数列表示出来。著名的奈奎斯特采样定律告诉我们，对于一个有限带宽，最高频率分量为的音频，以的频率进行采样(采样的时间间隔)，那么原始的连续音频则可以唯一地由采样后的离散序列确定。因此采样频率越高，所能描述的声音频率就越高，其对声音的还原度就更加真实和自然。另一方面，我们人耳能够听到的声音频率大概在，这也是为啥一般的采样(频)率为。
通过以上采样得到的音频数据文件则为(脉冲编码调制)文件，它是未经压缩的原始数字音频文件，通常大的离谱，而且也不能直接播放。于是后续会对裸的文件进行重新编码，缩小体积，生成其它各种格式的音频文件，如下图所示。
图片来源：数字音频基础——从PCM说起
例如以格式编码的音频文件，通常会把文件中个采样点的数据打包压缩形成一帧，其它格式编码的音频文件一帧的内容会有所不同，但总的来说一个音频帧是原始数字音频文件中的一些采样点数据进行打包压缩后的结果，也是该音频文件的基本组成单位。
参考资料：
数字音频基础——从PCM说起
音频帧概念详解
by John Watson
Q.E.R.

Q4

之前提到风的形成是太阳光对地表的不均匀照射引起的热对流，那晚上呢？by 匿名

答：
正如题主所说，风的成因就是由温度差引起的热力环流。既然题主没有指明这里的“风”是多大尺度上的，我们就分两种情况逐一回答。
大尺度上的环流存在于不同纬度的各气压带之间，形成了著名的低纬信风带、中纬西风带和极地东风带。白天低纬地区比高纬地区晒到的太阳更多，晚上大家都晒不到太阳，所以白天晚上纬度低的地方都比纬度高的地方暖和（这其实是显然的，没有人会否认白天晚上上海都比北京暖和）。因此气压带和风带是不会因昼夜的区别而改变的。
小尺度上的环流则存在于海陆、城乡、山谷之间，我们就以海陆风为例解释一下白天和夜晚海陆之间热力环流的差异。白天，受到同样的阳光照射时，由于水的比热容大于陆地上土壤、岩石等，海洋升温的幅度会小于陆地，海洋就比陆地更冷。冷的地方气流下沉形成高压，风从高压吹向低压，就有了从海上扑面而来的海风。而到了晚上，没有阳光照射，陆地、海洋都会向外界散失热量，散失同样的热量时，因为水的比热容很大，海洋的降温幅度也小于陆地，就导致晚上陆地比海洋更冷，于是风向一反变成从陆地吹向海洋了。概括而言就是，海洋的温度变化幅度小于陆地，所以白天热的时候陆地更热，晚上冷的时候陆地更冷，所以白天夜晚海陆之间风向不同。
有兴趣的同学可以自行查阅高中地理书哦
by Eosia Leaf
Q.E.R.

Q5

为什么有的合金具有形状记忆效应？

by 匿名

答：
简单来说，形状记忆效应是指通过加热使塑性变形样品恢复原始形状的效应，而有的合金具有形状记忆效应是因为其中存在一种称为“热弹性马氏体相变”的现象，如下图所示：
热弹性马氏体相变是一个具有位移性质（无原子扩散）的一级固体-固体相转变，由生成新晶体结构的均匀晶格变形构成。最初处于母相状态的形状记忆合金经过冷却可以转化为马氏体，其宏观上不会发生任何变化，接着我们对其施加外部应力，则马氏体会以明显的塑性方式变形（外部应力撤除后，马氏体仍然保持为变形的形状）。事实上，这个变形并不是由位错的移动引起的，而是由马氏体变体朝向外部应力有利的方向的重新定向引起的。这时如果我们将马氏体加热到发生逆相变，母相的晶体结构和形状就会自然恢复。这种材料似乎“记住”了它原来的形状，并在经过反向转变加热时自发地接受了原来的形状，这就是形状记忆效应。
示意图：马氏体是软的，很容易通过脱孪晶变形。将马氏体加热到转变温度以上可恢复其原始形状，并将材料转变为高强度奥氏体状态。
有许多关于形状记忆合金的应用已经发展起来，特别是对于Ni-Ti、铜基合金。形状记忆合金作为致动器以及作为具有振动保护的管道和电线的接头具有优势。它们在机器人技术（手臂和手指的运动）、医学（矫正畸形、导管导丝、外科植入物）以及汽车、航空航天和核工业中都有应用。
参考资料：
形状记忆合金
Martensitic phase transformations: the memory of shape
Stöckel, D. (1995). The shape memory effect-phenomenon, alloys and applications. Proceedings: Shape Memory Alloys for Power Systems EPRI, 1, 1-13.
by John Watson
Q.E.R.

Q6

光到底是什么？我们世界是不是只有光组成？因为根据质能方程质量就是能量，就是光，对吗？by 匿名

答：
光是一种电磁波。根据麦克斯韦方程组我们知道，变化的电场能够激发磁场，变化的磁场又能够激发电场，二者相互激发，并朝着与电场、磁场都垂直的方向传播，就形成了电磁波。事实上现代语境中“光”的意义已经远远超出了可见光，大家在生活中也经常能听到X光、γ光、红外光、紫外光等等名词——这些都是不同频率的电磁波，可见光只占其中很窄的一个频段。
如果只有光，那我们的世界将停留在《创世纪》第一句——“要有光！”所幸，上帝他老人家又创造了实物粒子，实物粒子跟光最大的区别就是实物粒子有非0的静质量，而光子静质量为0（静质量定义为在与物体相对静止的参照系中测得的质量）。这就意味着实物粒子具有静能，这也就是在核反应中由于质量亏损释放出的能量。同时狭义相对论告诉我们，静质量为0的光子只能在光速下存在——正因为构成我们世界的实物粒子静质量非0，才有了我们熟悉的远低于光速的运动。
by Eosia Leaf
Q.E.R.

Q7

如果我们吸入二氧化碳，呼出氧气，会跟现在有什么不同？

by Sherryあい

答：
emmmm……这个问题太宽泛了……先限定一下范围，假设我们也和植物一样进行光合作用。我们就会发现一个很严肃的问题，我们靠转化太阳能获得的能量是不足以支撑日常生命活动：
一个简单的估算，成人一天至少需要7500kJ的能量，中国人均每天摄入热量大概是12500kJ，中国华东地区的太阳辐射能量大概是每天每平方米3.5kWh（12600kJ），80kg180cm的成人体表总面积大概是2平方米，也就是你躺平晒一天太阳，百分百吸收能量，才能勉强够日常活动需要的能量，这还是你像答者一样有一米八几的个头……（而且没人愿意自己浑身，包括头顶都绿油油，满是叶绿体的吧……）
所以我们如果想要维持吸入二氧化碳呼出氧气，要么需要寻找到一种全新的能量来源路径；要么需要最大限度的降低生命活动。
对于前者，其实还是有一些选择的，比如可以像厌氧菌一样从有机物中获取能量，但是厌氧过程的能量获取效率远低于有氧过程，而且部分步骤需要严格厌氧和特殊的酶，所以不太现实。核能倒是高效并且不需要氧气，但生物目前好像没法直接利用，核反应装置也没有实现那么小型化……
而对于后者，最大限度的降低生命活动其实是可行的。抛弃大部分的运动能力，抛弃大部分的神经系统，一直减下去……然后减法做完，成功了！我们可以吸入二氧化碳呼出氧气存活了，路边的树就是我们现在的样子。
参考资料：
各国人均摄入食物热量列表
Solar irradiance
by 某大型裸猿
Q.E.R.

Q8

根据杠杆原理，留刘海可以防止脱发吗？

by 匿名

答：
也许你是觉得头发如果正常长的话，会翘出去，力臂长。如果变成刘海，耷拉在脑门上，力臂会变短，发根处所需要的力矩也会减小，这样头发就可以多一点，但我只能残酷地告诉你，答案是不能……这样只能掩盖你脱发的现实，科研狗看了眼镜子哭了出来。
事实上，绝大多数的防脱方法都是没有什么作用的，食补更是不现实。
所以如何科学防秃？
秃头是基因决定的（这里主要讨论最为常见的雄激素脱发，拔毛癖、真菌感染这些不做讨论），所以要认命，逃不掉的。而且男性雄性激素水平更高的原因，秃头会很更加严重和显著（女性也有雄激素脱发，只不过女性的表型主要是头发稀疏且主要在头顶表现）。
目前有效的秃头治疗药物有：1）米诺地尔：直接涂抹于头皮，防止进一步脱发，多数防脱水的有效成分，仅对30%-40%的人是有效的，需要一年才会有效，副作用是刺激皮肤外加促进脸部毛发生长；2）非那雄胺：口服，阻断雄激素对毛囊的影响，效果显著，副作用是降低性欲、增大乳房，勃起功能障碍，潜在的前列腺风险；3）激素调节剂：仅对部分女性安全有效，副作用和口服避孕药一样，毕竟这东西就是口服避孕药……
最好的治疗方法还是植发，基本上一劳永逸，缺点就是贵，论根计价。当然像提问者一样通过留刘海等美发手段来遮盖秃头是有效且便宜的，还比假发舒适，不过当风太大吹乱发型还是会暴露秃头的。所以，愿新的一年大家少掉几根头发。
by 某大型裸猿
Q.E.R.