近视眼得了老花之后视力会恢复正常吗？| No.303
作为一个近视眼
我一向是不怕老花眼的
因为我听说
轻度近视得了老花以后
视力就会恢复正常
那么
究竟是不是这样呢？
Q1
在地球上任何机械的机械效率都不可能是百分之百，那在太空中机械的效率可能是百分之百吗？
by 笑笑
答：可能有很多朋友觉得太空非常神秘，猜测太空中会不会有什么奇妙的性质，这个问题想来也是基于同样的想法。但是，自牛顿写下万有引力定律以后，科学家们就已经认识到，天上和地下遵从同样的物理规律，只不过具体环境稍有不同。不妨就来看看到底这些不同会不会带来机械效率的质变。
在地面上考察机械的具体能量损耗形式，大概有这么几类：空气阻力、机械零件之间的摩擦、电气设备中阻抗带来的损耗。这些损耗的相对大小受到机械具体运行状态的影响，并不能一概地说到底哪种损耗占比最大。
在太空中，上面所说的几类损耗，只有空气阻力的损耗会显著降低（甚至不是消失，中国空间站轨道高度约400公里，地球大气厚度约1000公里），其他几类损耗和在地球上没有明显区别，因此不可能达到100%的机械效率。
如果更理论化一点，热力学第二定律的开尔文表述是“不可能从单一热源吸热，使之完全变成功，而不产生其他任何影响”，这句话可不是地球限定，而是也同样适用于太空。
by 藏痴
Q.E.D.
Q2
为什么用手拿着装水的玻璃杯，水平面以下的部分可以清晰看到抓着杯子的手的指纹，以上却看不到
by 东丽区茅大帅哥
答：其实，这个观察的背后几乎就是指纹光学采集的原理。
我们首先来看玻璃杯上装满水的情况，因为水的折射率与玻璃的折射率都大于空气，因此根据折射定律，当角度合适时，光便会在玻璃外表面发生全反射后进入人眼。从几何光学的角度看，似乎光在全反射时没有“穿过”界面，玻璃杯外面的指纹对光路似乎毫无影响。但事实上，根据电磁理论，光在界面全反射时会在界面的另一侧一定厚度内产生“隐失波”。（如下图）之所以说“一定厚度内”，是因为隐失波在距界面几个光的波长的以外便衰减到可以忽略了。
当手指按压在玻璃外时，指纹凸起的部分与玻璃贴合较紧密，以至于影响了隐失波的传播，也就影响了光的全反射现象，因此这部分看起来较暗。指纹凹下去的部分深度大约为100微米量级，而可见光的波长大约为零点几微米，因此这一指纹的空隙足以让隐失波衰减到可忽略了，所以光可以正常全反射，这部分便看起来较亮。于是我们便能在玻璃杯上看到指纹图案了。
那为什么玻璃杯没有装水比较难看到这一现象呢？这是因为这时不容易发生全反射现象。假设玻璃杯比较薄，则杯上某点附近的情况可以等效为：有一个较大的薄玻璃板，两侧均为空气，光从空气中射入玻璃。则由折射定律，此条件下光可以正常折射与反射而不会发生全反射。（如下图）我们看到的现象也就与正常看指纹差不多。
通过以上原理，再结合一些具体的技术，便可实现指纹的光学采集。
参考文献：
[1]李志鹏,何晓彤,胡金鑫,刘若琳,朱玲,张增明,陶小平.光学指纹采集与处理[J].物理实验,2017,37(S1):4-8.
by 飞行员
Q.E.D.
Q3
手机自带的“指南针”APP，跟传统的指南针原理一样吗？是否已经修正了磁偏角呢？
by 夬昷甹
答：两者原理上是一样的，都是靠测地球磁场的方向来实现指南，但测量的方式不一样，毕竟手机里不可能内置小磁针。手机内置的指南针其实是一个三维电子罗盘，它可以在三个方向上测量地磁场，这样即使手机并非水平也可以算出地磁场方向。目前的主流是用霍尔效应来测量。
霍尔效应是高中物理的重要考点，当电流通过磁场中的导体时，垂直于电流和磁感线的方向上会出现电势差，称为霍尔电压。
图片来源：wikipedia 其中为材料厚度，为材料的霍尔系数。
半导体也有霍尔效应，而且霍尔系数比导体大得多，对应的霍尔电压也高，因此可以用半导体的霍尔效应来测量微弱的地磁场。霍尔传感器体积小，重量轻，很适合用在手机里。但它灵敏度低，而且受温度影响大，因此精度不高。
另外，磁阻效应也可以用于电子罗盘。磁阻传感器拥有磁各向异性，如果外加的磁场方向不同，材料的磁化率和电阻也不同，因此也可以用于测量地磁场。篇幅所限就不做过多介绍了。
那么，手机指南针是否校正了磁偏角呢？经过本人的小样本调查，发现安卓手机没有校正，但苹果手机有校正功能，就是下图中的使用真北。
其实对我们来说校正磁偏角的必要性不大。因为手机指南针容易受到其他磁场的影响，而且本身精度也不高。此外，不同地区的所需的校正值也不同，所以需要大致位置来定位。
参考资料：
by fiufiu
Q.E.D.
Q4
同时得了近视眼和老花眼， 最后视力会恢复正常吗？
by 荆立典
答：结论是不会。因为老花（Presbyopia）和近视（Myopia）虽然同属于屈光不正（Refractive error）,但是两者的成因并不相同，这也直接决定了即使同时得了近视和老花，最终视力并不会恢复正常。
近视的成因目前研究很多，目前认为遗传+环境共同决定了你是否近视。曾经主流理论认为近视主要是遗传性的，也筛选鉴定出了一系列基因。但随着东亚地区获得性近视的大幅增加（东亚地区高中毕业生近视率在80-90%，可以看一下你的同学们有几个不近视的）现在认为阳光等环境因素在近视形成也发挥着极为重要的作用。
根据病变部位的不同，可以把近视的机制分为：眼球轴向伸长（这是近视的主要成因）、屈光性变化（通常是晶状体屈光过度）、角膜曲率变化、眼介质折射率变化。但是近视总体上是远处像成像在视网膜前。
而老花是一种正常的生理现象，一般在35岁后开始出现，逐渐失去对近距离物体的成像能力，成因是晶状体的老化失去弹性，使近物成像于视网膜后。并且随着年龄的增加，会逐渐加重，到60岁左右才会稳定下来。
近视（Myopia），远视（Hyperopia）和老花（Presbyopia） | eyedoctorophthalmologistnyc.com & nikonlenswear.com 近视和老花在成因上是截然不同的，但是令人欣喜的是，近视患者在老花发展的初期确实会出现视力改善，所以一般近视患者发觉自己老花会更迟。但这只是暂时的，随着时间的增加，你依然会收获无法看清近物的老花，并且有可能会因为失去调节晶状体的能力，出现近远物都无法看清的情况。衰老和死亡才是生物的宿命。
参考资料：
ProfIan Morgan et al. Myopia. The Lancet. 2012
by 某大型裸猿
Q.E.D.
Q5
气体 液体 固体 分子之间的间距是难道不是越来越小的吗？为什么水是液体，结成冰后，密度会下降，分子间距会减小呢？
by ？？
答：（Ps:题目应该更正一下，问题中最后一句中的“减小”应该改为“增大”以保证逻辑自洽）
首先，气体、液体、固体分子之间的间距在大多数情况下确实是越来越小的。分子间距是由分子间作用力决定的。如下图所示，气体分子间相互作用力较小，对分子的束缚能力很小，因此分子间距离很大，数量级为米；固体分子间作用力很强，分子只能在某个平衡位置附近做小幅的热振动，不能自由移动，分子间距离的数量级为米；液体介于二者之间，与固体更为接近。
图片来源：网络 但是我们知道，冰的密度比水小，也就是说，冰的分子间距比水大，这似乎违背了上面的规律。事实上，这是水分子间氢键作用的结果。水和冰都是由水分子构成的。每个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成。在水分子中，氢原子和氧原子通过共价键结合在一起。由于氧原子吸引电子的能力比氢原子强，共用电子对偏向氧原子一边，导致每个氢原子带少量正电荷，每个氧原子带少量负电荷，如下图所示，一个水分子中的氢原子会与附近另一个水分子中的氧原子产生静电吸引力而结合在一起，这种静电吸引力就是氢键。
图片来源：网络 氢键的存在使得水分子可以相互缔合成大分子，排列为较疏松的正四面体空间网状结构。在液态水中，只有少部分水分子发生缔合，其余水分子会填入大分子的空隙中。在固态冰中，所有的水分子都缔合成了规则的大分子团，这就使得固态冰中分子间隙比液态水中大，所以冰的密度就比同温度的水小。
此外，氢键还导致了水在4摄氏度的密度最大，水的熔点和沸点较高等性质。
参考文献：
[1]孙宝莹 水的物理特性与氢键[J]. 江苏师范大学学报：自然科学版, 1990(3): 49–51.
[2]周玉枝. 为什么冰的密度比水小[J]. 少年科学,2014(21):22-23.
by gkmym
Q.E.D.
Q6
地球有自转，那么飞机在空中飞行的过程中受地球自转影响吗
by MO
答：首先这取决于你如何去定义这个影响。
如果你认为地球自转产生的影响仅局限于自转本身，那么根据初中物理课本上的物理知识——牛顿第一定律：力是改变物体运动状态的原因。当一个物体不受额外的力时，他会维持原有的运动方式不变，也就是说，物体是有惯性的。想象一下你站在一个匀速运行的高铁上原地起跳，你还是会落在原来的位置上，这就是因为你和高铁原来就是在 一同向前运动，你跳起来之后并没有任何横向的力来让你改变你的运动状态，所以即使你跳起在空中的过程你还是会以与高铁相同的速度向前运动，自然也会落在高铁上原来的位置上。飞机也是同理，飞机停在地面上的时候就一直以一个特定的速度和地球一起绕着自转轴转动，当飞机飞起来之后，如果不产生向前的力，那么他还会落在原来的位置。
当然有些人可能会说飞机在空中的时候的空气是不随着地球转动的，也就是飞机在空中是受到空气产生的阻力的，那么我们假设空气是不随着地球转动的。我们可以得知地球的半径大约是r=6371km，根据公式，由此得出地球的周长大约为40000km，此时你可以想象你站在地球赤道上面的一点，一天（24小时）你便可以绕着地球自转轴走了40000km，那么你想对于地球自转轴的速度是40000km/24h=1666.67km/h，大家都知道我们国家大部分高速公路的限速是120km/h，此时你相对地心的速度就相当于14倍高速公路的最高限速，如果此时地球上的空气没有和地球一起自转的话，你将会感受到空气正在以1666.67km/h的速度想你吹来，这是10倍15级台风的速度。我相信没有人在赤道上感受过这样的风速吧，所以包围飞机的空气也是在随着地球的自转而绕着地球自转轴转动的。所以，飞机在空中飞行的过程中是不受地球自转影响的。
当然，你还是可能会发现同一条航线往返的时间是不一样的，这是因为地球上存在一个盛行西风带，这个西风带就是说地球上的这个区域一般都会刮西风，当飞机在这个地带飞行的时候是会受到风的影响的，也会影响飞行时间。产生这个西风带的原因之一就有地球自转的影响，所以说从这种层面上来看，地球自转还是会影响到在空中的飞机的。
参考资料：
by polarbear
Q.E.D.
Q7
在零下273.15摄氏度时，做化学实验，化学反应可以进行吗？
by 张志凡
答：这道题就是彻彻底底用超能力开一个物理脑洞，非常有趣。
假设我们把热力学第三定律“绝对零度不可达到”从物理学大厦中拿掉，并且假装其他的一切都不变（我不知道能不能这么假装，因为热力学作为一个唯象理论，它的第三定律恐怕不是一个基本假设，改掉这里有可能会需要量子力学的基本假设做出相应的改动）。绝对零度下粒子的无规则热运动动能为零，也就是不会再毫无规律地胡乱运动了。然后来看看有没有哪些反应还可以发生。
首先发生在溶液里的反应大概率是需要排除了，毕竟绝对零度下，水按道理是要结冰的。
在气体中发生的反应不受溶液结冰的拘束。以准经典的眼光看，常温下正是无规则热运动的动能使参与反应的粒子克服了化学反应的活化能，使得反应发生。绝对零度下粒子不发生无规则热运动，但是我们可以想办法让它们做定向运动，比如带电粒子可以用加速器搞对撞（高能物理学家已经用这种办法干了许多年）。不带电的粒子相对比较难搞，不过我们可以像自然固氮一样，把反应物混合起来以后直接放电。
十万伏特的微笑 话说回来，加速器和高压电的方法虽然能用，但是花了大价钱最后只是让氢气和氧气搞出来一杯水，似乎不太值得。既然超能力已经能让绝对零度实现，我觉得更简单的办法是雇一群老奶奶，用筷子把氢原子的电子夹出来，安到氧原子上去。
by 藏痴
Q.E.D.
Q8
在化简过程中经常需要取指数或取对数，那么物理量的单位取指数，取对数后会变成什么呢？
by ksuwydg
答：大家看过一个公式对带单位的物理量取指数和对数吗？...没有吧。如果看到了，记得告诉写这个公式的人，他绝对写错了。正确的物理公式里永远不可能出现对一个带单位的物理量取指数和对数。因为这样的公式，单位是不统一的。
我们可以去超市买1kg的苹果，但是我们不能说，我们要买1kg + 1kg kg苹果，这样的单位显然不是现实世界中会存在的东西。如果是指数上有个千克的话，进行泰勒级数展开，就会得到类似这样的东西这也不是一个现实中存在的物理量。
量纲分析的原理告诉我们，任何物理公式，都会具有一个确定统一的量纲/单位。指数函数和对数函数里如果有物理单位，就会破坏量纲的平衡。这样的公式不可能出现。
by Luna
Q.E.D.
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编辑：穆梓
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