可以通过喝冰水来消耗热量减肥吗？| No.244
对一部分人来说
减肥可以说是非常令人困扰的事情
为了减肥人们总是能想出各种办法
脑洞大开的读者们又想到
我们喝了冰水身体需要将其加热至体温
这个过程中肯定要消耗能量
那能不能通过这种方法来减肥呢？
（肥宅快乐水：我又可以了！）Q1
为什么下雨天鞋底湿的时候走在地板上会有咕叽咕叽的声音？
by 物理低手
答：一种可能的原因是鞋子底部的橡胶缝隙可以吸水。在落脚时，橡胶受到了挤压会将缝隙中的水挤出，在抬脚时，橡胶复原并重新吸水。这种通过不停的吸水排水的过程发出的声音应该与穿塑料(海绵)拖鞋洗完澡后走在地板上的声音一致。
另一方面，我们在日常生活中见过这样的现象：穿着鞋子在光滑的地板上摩擦会发出尖锐的“吱吱”声(比如篮球场上会经常出现这样的声音)。这种“吱吱”声产生的原因与一种称为粘滑的现象有关。简单来说就是由于静摩擦系数比滑动摩擦系数大，我们对鞋底橡胶这个较硬的弹簧施加向前的推力时，会出现以下现象：当弹簧弹力突破静摩擦力时，鞋底开始滑动，摩擦力从静摩擦陡降为滑动摩擦，于是鞋底会获得一个较大的加速，弹簧因此得到舒张，弹力减小直到不足以克服滑动摩擦，继而鞋底会减速至停止，但此时驱动并未停止，于是弹簧会重新压缩进入新一轮的运动。
示意图：V是驱动，R是系统中的弹簧，M是载荷。图片来源：参考资料[1] 因此我们在抬脚时，鞋子在地面上经历了粘住-滑动-粘住-滑动……等循环往复的过程。这就相当于对地面施加了一个周期性的力，当这个力的频率接近地面的固有频率时就会引起共振而产生尖锐的响声。水则会影响鞋底与地面的静摩擦和动摩擦，当鞋底橡胶处于粘滞状态时，水已被压出，而在滑动状态下，水起着润滑剂的作用。所以在水的作用下，静摩擦力和动摩擦力的差别要大得多，这使得粘滑效应更加明显，“吱吱”的噪音也更大。
所以下雨天鞋底湿的时候走在地板上发出“咕叽咕叽”的声音可能是上面两种现象的叠加吧。
参考资料：
[2] How is the squeaking sound produced, if you rub a finger over a wet, smooth, solid surface?
[3] Why do you hear an acute sound when you rub your shoe on the floor?
by John Watson
Q.E.R.
Q2
我们拥有视觉所以我们能看到，我们拥有嗅觉所以我们能闻到，那么是不是说我们身边还存在着别的东西，只是我们没有对应的感官所以未曾察觉？by qqf_
答：当然是有的，我们身处在电磁波的海洋中却不能自觉。你的手机时时刻刻都以无线电波与基站交流，然而你却只能对屏幕中发出的可见光长吁短叹。从香蕉到燃料铀，无数的原子核在衰变中释放各种粒子，你却只能听到盖革计数器中的哒哒声。
人类的感受器其实极为有限，只能对有限范围内的有限刺激做出响应。其实大多数动物的感受器都是比较有限和相似的，因为大家都是起源于相同的祖先。不过由于适应环境的特化，部分动物有着相对于人更敏锐或更迟钝的感官。例如视觉，鸟类普遍可以识别比人类更为丰富的色彩，而狗则是缺失一种视锥细胞的色盲。
不过我们可以通过工具弥补感官上的短板，捕捉自然界丰富的信息。曾经的无法感知，如今也渐渐不再是困扰了。
by 某大型裸猿
Q.E.R.
Q3
喝冰水时，人体要给水加热，那么就用要消耗能量，那么喝冰水是不是能减肥？by wyd
答：答案或许有些令人失望，因为并不能通过喝冰水来完成减肥这一伟大事业。首先明确一下营养学中常用的计量单位：卡路里和大卡。1 个大气压下，使1 克水上升 1°C 所吸收的热量称为 1 cal（1个卡路里），那么1 千克水上升 1°C 所吸收的热量为 1000 cal（1000 卡，也叫1 个大卡）。这样我们就可以估算出喝冰水所需要的热量，假如我们喝了 1 升的冰水（约等于 0°C），将这部分液体加热到正常体液温度（约等于 37°C），可以得到人体需要提供的热量是 37 大卡。那这样的能量消耗是个什么概念呢，米饭每 100 克的热量是 116 大卡，成年人正常每天热量摄取大致应为 2000 大卡以上，因而喝了这么大杯的冰水对于能量消耗仅仅是 2% 左右。
人体一天中热量消耗方式主要有：基础代谢消耗（人体维持最基本的生理活动所需要的热量，成年男性大概为 1400 大卡）、运动消耗和食物热效应（由于进食引起的热量消耗，约为基础代谢 10%）。成功的减肥就是要消耗的热量大于摄入的热量，可以一方面要主动控制热量摄入，抵抗高热量食物诱惑；另一方面要增加热量消耗，从上面可以看出运动消耗这部分是可以主动控制。成人慢走一小时消耗 200-300 大卡，可见加热冰水消耗的热量是远远不及一般运动消耗的。
此外，冰水进入消化道后引起身体的体温控制反应，使得在很快（20 分钟左右）消化道内温度稳定后，温度变化幅度远远小于直接热传递导致的温度变化。鉴于人体基础代谢能量中大部分用来维持体温恒定，因而喝大量冰水会导致身体额外的负担，对于身体其他的正常生理活动造成不必要影响，不利于身体健康。因而还是建议大家多喝热水，适量运动。
参考资料：
[1]食物热效应
by yrLewis
Q.E.R.
Q4
隔空充电（不是指市面上的无线充电）的原理是什么？靠谱吗？
by 外星人不戴帽子
答：隔空充电这项技术还是靠谱的，但短时间内可能还买不到相应设备。
隔空充电这项技术可不是未来科技，它其实是一项成熟技术，某牙膏厂早些年就有相应原型了，充电功率可以做到60w。
隔空充电技术主要通过电磁波来实现充电器与接受器的能量转移。也就是微波输电，其主要使用辐射组件阵列组建相控阵天线实现电磁波的波束赋形，定向地将电磁波发射给接收设备的接受整流天线，接收设备收集到能量后转换为直流电，完成输电。
现在的辐射组件很小，因此我们可以集成多个辐射组件，组成一个相控阵天线，所谓相控阵天线，是指通过控制阵列天线中辐射组件馈电相位来改变方向图波束指向的一类阵列天线。利用相控阵天线，可以实现对空间的快速扫描，其在军事上已经有非常成熟的应用了。至于波束赋形，就是利用辐射组件实现电磁波在某方向的相干相长，得到该方向的强电磁波信号。这两项技术结合，充电设备就可以快速扫描，确定方向后，将强电磁波束定向发射到接收设备。
这些技术与现在的5G基站类似，只不过基站主要为了实现信息传输，而这里是能量转移。你看，这技术你都懂是吧
但我们想用上高大上的隔空充电技术仍有许多问题需要解决。
首先是充电效率，隔空充电的充电效率（DC to DC）乐观估计，也就是10%左右，相对于现在的无线充电（50%左右，充电线圈严格对准还可以继续提高）实在太低，换句话说，充电器功耗恐怕不低，这不环保
；再有电磁波衰减的问题，电磁波的衰减可能会极大地限制充电距离，想要实现一个房间的充电恐怕需要数个充电器；还有充电器天线与接收器天线的方向问题，理论上，如果发射天线与接受天线相垂直，那输电将无法完成。还有充电设备的位置、成本、障碍物、充电功率、使用场景等其他问题。 总的来说，隔空充电无疑是我们希望的最理想的充电方式，但短时间内其可能还无法大面积普及。
参考资料：
by 霜白
Q.E.R.
Q5
在没有电阻的情况下，没有电压是否可以有电流？
by wyd
答：可以。很容易想到的一个例子，一个超导环，在高于温度时垂直于环外加磁场，降低温度至超导转变温度以下，此时环具有了超导性，撤去外加磁场，闭合回路中的总磁通要保持不变，超导环中会产生电流，以抵消撤去磁场带来的影响。这里电流是单位时间内经过导体某一截面的电量，在超导环中，因为具有零电阻的特性，电流可以持续存在而不发生衰减。电压为在单位电荷在两点之间移动所做的功，超导环中电荷的移动并没有做功。因此超导环是没有电阻的情况下，没有电压可以存在电流。从欧姆定律的角度出发，，在电阻为零的情况下，不管电流的数值，电压为零。
有人提出不同的看法，超导体可以在没有电压的情况下维持电流，但是最初超导环中电流的产生需要“勉励电压”（撤去磁场时磁场的变化会带来电压的出现）。
参考文献：
by jita
Q.E.R.
Q6
在黑玻璃上滴三滴水，用水彩笔染色，草绿笔染过的水滴呈蓝绿色，粉红笔染过的水滴呈草绿色，紫笔染过的水滴呈橘黄色，为什么？by 胡杰
答：这是色素的荧光现象。我们看到的涂在白纸上的染料颜色，实际上是白光经纸面反射，部分色光被染料选择性吸收后剩下的颜色（如图一）。
实际上，当某种颜色（频率）的入射光被染料吸收时，染料分子会被激发到高能态，被吸收的能量一部分通过分子间的碰撞转化为热能，另一部分依然以光子的形式被发射出去，后一种能量的耗散形式被称为荧光。依照荧光频率与入射光频率的关系，分子的荧光被分为共振荧光（频率与入射光相同）和非共振荧光（频率与入射光不同，频率低于入射光的称为斯托克斯荧光，反之则称为反斯托克斯荧光），多数染料分子的荧光光谱以共振荧光为主。
当光照在黑色玻璃表面的有色液滴上时，先是穿过染料层，将沿途的染料分子激发，随即射入黑色玻璃，几乎完全被吸收而不发生反射（取液滴的折射率为1.33，玻璃的折射率为1.5，可以估算出界面上的光强反射率约为0.4%）。因此人眼看到的颜色是染料分子退激发时发出的荧光，由于荧光光谱以共振荧光为主，液滴呈现出的颜色就是染料分子吸收的色光颜色，也即染料颜色的互补色。因此草绿色染料显现的颜色偏蓝，粉红色染料显现的颜色偏绿，紫色染料呈现的颜色偏橙。当然，显现出的颜色并非恰好为染料颜色的补色，这与玻璃表面的反射、染料分子发射的非共振荧光和人眼对不同色光的感知能力都有关。
by 乐在心中
Q.E.R.
Q7
无工质推进有可能吗？
by 北海
答：狭义相对论能动量关系：表明，物质动量大小和能量比值的上界为，这意味着，对于一个不受外场作用的开放系统，通过其边界的动量流的模和能流之比的上界为。具体而言，系统单位时间损失的能量，获得的最大推进力为，或者说，系统的推进-功率比最大为，凡是推进-功率比高于这一理论上界的推进方式，都可以归类为无工质推进。
推进-功率比上限的推导仅基于狭义相对论和能动量守恒定律，看起来是确凿无疑的，但2017年NASA进行的一项实验恰恰挑战了这一结论。实验中，研究人员将一个封闭的锥形微波谐振腔置于真空室中，通过在谐振腔内激发特定的振动模式，获得了高达的推进-功率比。
图源：文献[1] NASA论文中对实验现象的解释，涉及到对量子力学的非主流解读——非定域隐变量诠释。在这一理论框架中，真空可以看成一种介质，真空中的涨落导引着微观粒子的运动（即德布罗意提出的导波），实验中的非零推力，可以理解为实验装置“推动”真空所产生的反作用力。此外，还有理论认为这一推力是地球引力场对应的非平坦时空的效应。
这一结论发表后也引起了很大的争议，网络上最常见的质疑之声有两种：
（1）推进力来自仪器中直流线路受到的安培力；
（2）推进力来自真空室中残余气体吸附-脱吸附过程的反冲；
但实际上，两种质疑都能被有效地回应，实验中进行了正向推进、反向推进（等效于电流反向）、零推进（即只开启直流线路）三组实验，基本能够排除（1）；同时，在大气环境下进行的对照实验，给出了和真空室内实验接近的结果，基本能够排除（2）。此外，NASA的原始论文中还考虑了多达9种的可能干扰因素，并一一加以排除。可以说，这一非零结果经过了相当严密的检验。
但同时我们也要意识到，超乎寻常的论断需要格外苛刻的检验，这一发现本身确有可质疑之处，例如，论文中没有给出大气环境下实验的具体数据，而只是简单地说：
The test article is tested in atmospheric conditions and under vacuum conditions. The impulsive thrust performance (in millinewtons per kilotwatt) is observed to be nearly the same.
但是在大气环境下装置与气体存在吸附、对流等相当复杂的作用，让人很难想象在如此精密的测量下推进表现会“nearly the same”。
总而言之，无工质推进构成了对现有理论的挑战，但一定程度上获得了实验的支持。对于这类挑战基础理论的实验结果，我们要保持严肃、严谨、客观的态度，不能不加严密考察就扣上“民科”的帽子，但也不能一味轻信。
原始文献：Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum,JOURNAL OF PROPULSION AND POWER (2016) DOI: 10.2514/1.B36120
注：广义相对论允许物质的总能动量不守恒。
注：吸附-脱吸附引起的反冲力正比于气体的热导率，实验中真空室的压强仅为，空气分子的自由程为几十米，远大于真空室的尺度，因此气体热导率已经显著小于标准大气压下的数值。
by 乐在心中
Q.E.R.
Q8
对比摄像头，人眼分辨率或者像素是多少？
by 匿名
答：首先我们必须明确，简单粗暴地套用像素来描述人眼是不科学的。
我们先来看一下什么是像素，像素是图像中的一个不可分割的最小单位，其只有一个颜色。
而在人眼中，负责感光的则是视杆细胞与视锥细胞。其中视锥细胞可以感受强光和颜色，在黄斑中央凹处全是视锥细胞；而视杆细胞则对光线的强弱反应非常敏感，对不同颜色光波反应不敏感，主要分布在视网膜周边部。人眼中约有1.2亿个视杆细胞，而视锥细胞则只有600~800万个。
而上述感光细胞相当于多少像素就不太好说了。因为人眼本来也就不能用像素定义。
有人简单粗暴地将每个感光细胞看作一个像素点，得出人眼约有1.2亿像素的结论；有人认为视杆细胞不能视色，而像素是有颜色的，因此认为人眼只有约700万像素，即视锥细胞的数量；还有人认为人眼是动态的，应按照其空间分辨能力划分。即人眼能分辨间隔0.01度的细线，因此认为人眼的单个像素宽度为0.005度，假设人眼可视角度为水平120度，垂直60度，得出人双眼成像有5.76亿像素的结论。
但我们一定要清楚，像素的概念一般是用在图像或显示器，而这两者其实都是静态的，但人眼成像更像是扫描的，因此，无论你说人眼是多少像素我认为都是不科学的。
事实上，人眼成像过程非常复杂，大脑的参与同样至关重要。由于视锥细胞集中在黄斑，也就是视线焦点处。因此，人眼对于视线焦点处的色彩信息掌握最为充分，而对于非焦点区域，就只能靠大脑来“处理”了。而人眼对焦极快，可以快速对焦到你想要看到的地方，因此仿佛可以将看见的景色尽收眼底。
参考资料：
by 霜白
Q.E.R.
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