电解核废水能否减少日本的“神奇宝贝”？| No.257
公元2500年5月14日某水域
训练家：皮卡丘，就决定是你了！
未知神奇宝贝：别抓我，我只是条三文鱼
皮卡丘说：你这么多只手自己去抓
……
虽然这只是一个段子
但核废水的问题仍亟待解决
那么电解核废水
使之变成氢气和氧气可行吗
Q1
为什么刚刷完牙吃东西会觉得苦？
by 还在读论文的某琛
答：这是因为市面上大部分牙膏为了刷牙时起泡，会添加起泡剂聚氧乙烯十二烷基硫酸钠（SLES）。这种表面活性剂不仅会抑制味蕾上的甜味感受器，使得对食物的甜味感受性降低，同时会破坏舌苔上抑制苦味的磷脂成分，使得味蕾对苦味更加敏感，所以在刷完牙之后吃别的东西就会觉得苦了，尤其是带有酸味的水果。研究发现，这种表面活性剂的作用只会持续一个小时左右，所以如果在刷完牙一小时之后吃东西，就不会感觉那么苦了，当然也可以使用不含SLES的牙膏。
by Alan
Q.E.D.
Q2
为什么西游记里，太上老君的炼丹炉没有将孙悟空炼化，反倒是让孙悟空炼出了火眼金睛呢？by Protease
答：按照吴承恩的《西游记》来说，太上老君的炼丹炉里有乾、坤、坎、离、震、巽、艮、兑（天、地、水、火、雷、风、山、泽）八卦之分，孙悟空跳的是“巽”也就是风，只有风没有火，原文里是“只是风搅得烟来，把一双眼熏红了，弄做个老害眼病，故唤作火眼金睛。”后面碰到使风的妖怪黄风怪，眼病还拖累了孙大圣。所以火眼金睛在小说中只不过是形容有眼疾的孙悟空红彤彤的眼睛罢了，后世借用为形容眼光锐利，能辨真假。细节西游记原著小说都有，还是值得看看的，毕竟电视剧电影的改编都太大了。
by 某大型裸猿
Q.E.D.
Q3
喝茶为什么会感觉到先苦后甜？
by 桑梓
答：茶汤喝起来除了提神醒脑之外，还有先苦后甜的味道，这其实是多重呈味物质与人体感官味觉综合作用结果。茶汤里呈味物质有很多，主要包括多酚类、生物碱类、氨基酸类、碳水化合物这些。它们能呈出各种各样的滋味，而其含量和能品出味道的阈值也不同。
首先，茶中包含的各种物质能给我们带来苦和甜的味觉感受。茶中多酚类含量很高，干重一般占18%～36%，其中黄烷醇类（儿茶素）这种多酚类物质最多约占80%。这类物质大多具有苦味和涩味，是茶苦涩的味道主要来源。生物碱主要是嘌呤碱，有咖啡碱、可可碱、茶叶碱等，含量最多的咖啡碱（干重2%～5%）具有苦味，阈值低（在25℃下约25mg/kg），然而另一方面咖啡碱可以与大量多酚类缔合，阻止与蛋白质的络合，有利于茶汤鲜醇度的形成，降低苦涩味。茶中的游离氨基酸有二十多种，也有特有滋味，茶氨酸是茶叶中特有的，约占游离氨基酸总量50%～60%，主要表现为鲜味和甜味，是绿茶鲜味重要影响因子。而茶汤中的糖苷可以在口腔中水解为糖和苷元（香气分子），水解产生的糖可能就是甘的由来之一。当然这个现象也和每个个体口腔对味道的敏感程度有关。
而关于先苦后甜，有理论认为是茶多酚和蛋白质结合导致涩感转化的过程，茶汤中茶多酚与口腔蛋白质可以形成不透水的薄膜，导致口腔局部肌肉收缩，形成涩感，薄膜破裂的时候肌肉恢复，产生甘甜的感觉，这也可能是茶中甜味的来源。由于不透水薄膜破裂时间的不同，可以导致回甜时长不同。这一理论可以解释为何好茶的回味绵长，甚至上好的铁观音可以让人在品尝后数小时内齿颊留香。写到这里小编最想的就是，泡壶茶尝尝到底是个什么味道～
参考资料：
茶汤回甘滋味及其电子舌应用分析研究 王岳飞. 茶文化与茶健康[M]. 北京旅游教育出版社，2013 by 放开那个苹果
Q.E.D.
Q4
为什么日本不把核废水通过电解变成氢气和氧气？
by WZZ
答：日本政府选择恶劣地把核废水直接排入太平洋，就是为了省钱而抛弃了生态，诚然短期来看这是最省钱的方式，至少比电解要省钱的多。
那么电解核废水可行吗？现时不可行，这主要有两个原因。
首先，电解水是一个能耗非常大的过程，电解水生成氢气和氧气的过程效率在60-80%之间，燃料电池来直接将氢气和氧气化合成水的效率一般在50-70%之间,可见这一过程能量损失很严重，整个过程的技术成本也很昂贵。
其次，福岛核废水的主要污染物是放射性元素氚，电解过程发生的化学反应并不会消除其放射性，得到的氢气也是有放射性的氚气，自然也无法利用。
现在来说，最好的处理方式依然是将核废水封装后深埋，这其中的花费当然也是很贵的，但至少不会害人害己，直接排入海洋是极其不负责任且不理智的。
by Alan
Q.E.D.
Q5
充满电的移动电源会比没电的时候更重吗？
by 匿名
答：不会变重。移动电源可以看作一个大容量的可充电电池。将电池接入电路中，电池开始放电，内部的化学反应中伴有电荷转移，使得正极得电子，负极失电子。电池内部，电解液中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。这个过程都在电池内部发生，质量和电荷守恒。外电路中，电子从负极出发，回到正极。当然，实际的情况是负极的电子进入外电路，外电路的电子再补充进正极。这个过程中，总的电荷、质量也是守恒的。放电前后的变化只是电解液成分的变化，同时负极的电子转移到了正极。充电的过程就是放电的逆过程。充电时，化学反应向相反的方向进行，使负极得电子，正极失电子。同样，这个过程中，总的电荷、质量都是守恒的。因此，无论是充电还是放电，都没有质量的变化。当然，如果放电或充电过程中有气体产生，那么气体逸出可能会导致质量的变化。我们常用的移动电源中并没有气体逸出，也就不存在这个问题。
通常情况下上述结论已经够用。不过为了让问题更有趣一点，我们可以从相对论质能关系的角度讨论这个问题。回答者并非粒子物理和相对论专家，纯粹出于兴趣和大家讨论。从上面的分析中看到，充电过程中，电池的化学能是增加的。也就是说，仅对于电池来说，充电的过程能量不守恒（如果把外界环境也纳入考虑那么能量是守恒的）。质能关系告诉我们:
那么能量变化，质量就会相应变化。以充电过程为例，能量是增加的，那么质量就会增加，这和上面的结论不同。以一个，的移动电源为例。极限情况下它充电过程获得的能量是:
那么质量的增加量就是:
这个值换算成我们熟悉的单位，大约是。以一滴水计算，相当于滴水的质量。这么一点的质量变化，无论是人手还是一般的电子秤都是测不出来的。何况，这还是我们粗略计算的极限情况。考虑到充电并不是从充到满，以及电池的发热，电池内的能量分布等因素，实际质量的变化还要更小。因此，我们日常情况下完全可以忽略这样的质量变化，认为电池的质量是不变的。
参考资料：化学反应中的质量守恒和能量守恒
by 老张
Q.E.D.
Q6
近地卫星还有同步卫星的轨道半径都是恒定的，那时间长了轨道会不会被填满？by 破壁人
答：短期内不会。卫星绕地高度越高周期越长，近地轨道高度小于2000km，而同步轨道高度3.6万km。
可以先简单地这么想这个问题，卫星轨道的面积一定大于地球的球面面积，而卫星是从地球上来的。可以拿地球上车的数量和卫星的数量比较，会发现卫星很少，这样一想卫星似乎十分安全。然而历史上确实发生了卫星相撞事件。2009年美国铱卫星公司商用通信卫星和俄罗斯报废了的军用通信卫星于西伯利亚上空约800公里处相撞，这个高度的轨道上卫星众多。按单纯的物理问题来分析，这可能是由卫星速度过快且比较密集导致。
我们不妨引入平均安全时长来估算卫星的安全程度。简单按上文相撞的轨道半径约7000km，假设这个高度卫星有10000颗（人类至今卫星总数的量级），卫星周期大约100分钟一圈，卫星直径大约1m，只考虑那个轨道的球面，假设卫星自由飞行。平均安全时长与卫星数量密度、速度和直径成反比，简单认为是他们三者乘积的倒数估算得大概100天。虽然说轨道高度可以不同，轨道上也没有那么多卫星，但这也说明不人工干预的情况下未来我们的卫星的寿命不会太长。
不过不要担心，世界上存在国际电信联盟，这个组织在分配管理全球无线电频段之余还管理卫星轨道资源，希望他们能够合理统筹规划卫星轨道资源。由此可见世界和平对于卫星安全也有重要意义。此外太空垃圾的危害也很严重，因为刚刚定义的平均安全时长在实际情况中和太空垃圾的数量密度也成反比。
by 放开那个苹果
Q.E.D.
Q7
为什么灰尘，水雾等物质比空气的密度大得多却可以悬浮在空中呢？
by 破壁人
答：灰尘、小液滴能够漂浮在空中主要是由其在重力场中的终端速度小，空气对流这两个因素所导致的。
我们知道，在空气中运动的物体所受的空气阻力通常与物体相对空气的运动速度正相关。灰尘等小颗粒在自由落体时，空气阻力会逐渐增大并最终等于自身的重力，此时颗粒保持匀速运动。对应速度即为粒子的终端速度。对流是指由于空气各处温度不均匀产生的空气流动。
我们通常讨论的灰尘与水雾中的小液滴的直径在1~100μm之间，这个大小的粒子能够与可见光发生明显的散射作用，进而被我们所观察到，这也是高中化学中学过的丁达尔效应的原理。这个尺度下的颗粒可以利用流体力学中的Stokes’ Law计算其终端速度。根据参考资料[1]，计算公式为：，是颗粒的终端速度，是颗粒的密度，是颗粒的直径（设颗粒为球形），为重力加速度，是空气的黏度。我们不妨取颗粒直径为10μm，颗粒密度为4℃时水的密度1000kg/m³，将各个参数带入公式，可以计算出水雾中小液滴的终端速度约为：0.00301m/s。可以看出，这个速度相当的小。灰尘等颗粒的终端速度就很容易在和空气作用中被对流所抵消，最终导致灰尘在空中以不确定的速度漂浮。
最后，对于灰尘悬浮于空中通常的解释有一个误区，认为灰尘悬浮是由于灰尘小颗粒在空气中进行布朗运动。但其实在我们所讨论的颗粒尺度：1~100μm下，颗粒由于气体分子碰撞产生的无规则运动极其微弱，运动几乎不受布朗运动的影响。
参考资料：
by Quesmark
Q.E.D.
Q8
网上卖的睡眠仪，一握就睡，会有效果吗？原理是什么？会不会损伤身体？by 眠眠
答：emmm……先说结论，这个东西大概率是个智商税产品。
答者是第一次听说睡眠仪这个玩意。看了一眼网上的介绍，我被震惊了，天下居然还有这种好东西，要赶紧推荐给我那个研究老鼠睡眠却整日失眠的同学。但是冷静下来一想，要好好看看这玩意的原理。
先随便找个看看，商品详情特别水，翻来覆去就两点：1.睡眠很重要；2.睡眠仪是纯物理的电流作用，效果好不伤身。唯一有关原理的，就小字标了个CES微电流疗法是FDA批准的。
然后找了一个背景和原理更详细的，但光看完背景，就发现了一堆错误。
使用前是疲劳状态下的delta波，使用后就成了放松活跃的alpha波，这睡眠仪跟兴奋剂一样用完就不疲劳开始活跃兴奋了？
四种脑波的介绍太笼统和泛化了。
CES使用前后神经递质分泌变化，看了这个图，我就不困了，学术上的槽点太多了，就举一个：5-羟色胺居然是激素？？？而且，图也做的不正确“内啡肽与5-羟色胺受体结合，5-羟色胺和内啡肽结合”，5毛钱美工就算了，上下不对应也算了，但这文字得打全啊，“内啡肽受体”是非常重要的受体啊……(生物狗狂怒) 背景按下不表，原理我看了下，大概就是：这是一个神奇的机器，有两个电极，在手掌或者手腕来与皮肤接触形成神奇的微电流回路，通过控制电流的频率强度等，来实现对脑电波的调整，并能对脑中部分区域神经回路通过电流刺激调整，这就是他们吹嘘的FDA批准的CES微电流疗法（真的抱歉了，我没在FDA的数据库里搜到这玩意，可能他们的FDA不是U.S. Food and Drug Administration）。
电极接触人体形成环路有电流没问题，电流刺激局部脑区作用也没问题，这机器在体外同时实现这两就有问题了。
它们吹嘘的微安级电流大概率是不会到脑子的，毕竟电压那么小，隔着皮肤从手到脑子太远。 电流刺激脑区目前的确有成熟的的治疗方法（开颅在脑内埋置电极，刺激特定脑区，来治疗帕金森综合征已经是常见疗法了），但体外接触，对整个脑子施加无差别的电流刺激不会有太大用的，中枢神经系统中分别有促进和抑制睡眠的回路，外加电流一起刺激不好说终效应是兴奋还是睡眠，还说不定会影响中枢神经其他区域的正常功能（比如控制呼吸的脑干）。 目前是有体外电击来进行脑部治疗的实例，一个是上世纪就被广泛禁止的电击治疗精神疾病，还有一个是电击戒网瘾，这两个都是有极大争议的，且效果也不太好。 我作为生物狗的拙见就是，这东西很玄学，大概率是个智商税。失眠还是要靠自己调整作息，严重了去找医生咨询医嘱，不要乱用器械瞎吃药（保健品褪黑素请在咨询专业医生后使用，因褪黑素的效果和副作用目前有较大争议）。
by 某大型裸猿
Q.E.D.
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编辑：他和猫
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