冰箱的辐射大吗？放在客厅或卧室安全吗？| No.308
“微波炉辐射有害吗？
电磁炉辐射有害吗？”
现在
终于有人问冰箱辐射有害吗？
冰箱：我谢谢你啊
那么问题来了
冰箱的辐射
对人体有害吗？
Q1
请问，电报传输的是数字信号还是模拟信号?
by 帝国
答：先上结论，电报传输的是数字信号。
简单介绍一下模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变化的，而数字信号是离散的。模拟信号能够模拟自然界的物理量的变化，而数字信号一般只有高电平“1”，低电平“0”（这也是被称做数字信号的原因）
图片来源｜维基百科 模拟信号虽然非常准确但是因为传输过程有大量“噪音”容易导致信号图形发生失真，从而信息传输发生错误。而对于数字信号来说，它只有两个参数（高电平和低电平），非常稳定，噪音的出现也不会影响数值。当然电报传输也要考虑了保密性，对于模拟信号其加密操作复杂，而对于数字信号因为它离散的特性便于进行加密处理。
注：数字信号和模拟信号对信息传递都是非常重要的，它们可以通过模拟数字转换器，或者数字模拟转化器互相转化来满足我们不同的需求。
by just_iu
Q.E.D.
Q2
为什么车在高速行驶时，开着的窗户边会有“呼呼”的声音？
by 卖雪糕的皮卡皮
答：因为海螺里有大海的声音~
没开玩笑，高速行驶汽车车窗的呼呼风声和把海螺放大耳边听到的类似海涛声，背后的原理都是密封的空气和外界振动的空气产生了共振。物理学家把这种共振叫做亥姆霍兹共振。
亥姆霍兹共振的典型腔体结构[1] 外界的噪声由各种频率的声音组成。而共振腔根据具体的腔体参数，每一个共振腔都有一个固有频率，腔体中的空气会把噪声中频率为的分量挑选出来形成共振，如果这个频率恰好落在人耳能分辨的范围内（20~20000Hz），那我们就能听到了。
按照这样一个（事实上被简化了的）模型，进行比较复杂的计算以后，我们可以给出固有频率的一个比较粗略的公式[2]:。其中，v是空气声速，可以取340m/s；S是管口（或者打开的车窗缝）的面积；是腔内空气体积，对于汽车，不妨取；是管口（或者车窗厚度），这里取成1mm。代入数据稍加计算就会发现问题：S可以取的范围实在太大了。对于一个一米高的车窗，无论车窗打开的缝隙宽度是一毫米、一厘米还是一米，算出来的频率都会落在人耳可辨的频率内。这显然有些过于离谱了。事实上，这和亥姆霍兹共振发生的条件有关系。
所谓声音，无非是空气的周期性压缩和膨胀，也就是对应着空气分子在管口（或者窗口）的周期性进出。这样的进出也就是空气作为流体在管口的流动。（到这里，原本的声学题变成了流体力学题了。）亥姆霍兹共振要求管口（窗口）的空气做层流，也就是空气分子像阅兵方阵一样整齐前进。但是流体太不乖了，一旦通路稍宽，流体各种复杂的不稳定性就会显露出来，运动形式就变成了湍流。阅兵式就变成了赶集，亥姆霍兹共振就不能出现了。按照艾萨克·哪里都有我·牛顿的理论，约束流体做层流的方法就是在垂直于流体流动方向的至少一个方向上把管径做得很小（细管是两个方向都很小），靠摩擦力压制流体想要做湍流的各种不稳定性。因此车窗只能在开一条小缝的情况下才能发生亥姆霍兹共振，听到呼呼的风声了。
参考资料：
by 藏痴
Q.E.D.
Q3
网上说冰箱的电磁辐射很大需要放在厨房里，不能放到客厅里，问题是，冰箱的电磁波或者电磁辐射有多大，会不会对人体造成影响？
by 小九睡了吃吃了睡
答：简单地说，冰箱的电磁辐射不会对人体有除了热效应之外的任何影响。
衡量电磁辐射的指标主要有电磁波频率和功率。根据量子力学的观点，电磁波可以被视为许多携带能量的小球（光子）。频率决定了小球的能量，频率越高能量越高，打到人身上就越“疼”。频率固定的情况下，功率代表了小球的数目。频率足够高的、会对人产生伤害的电磁波被称作电离辐射（当然电离辐射还包括其他的高能粒子流）；频率不太高、不会把人打“疼”的电磁波叫做电磁辐射。我们常见的无线电波、红外光、可见光和一部分紫外光都属于电磁辐射（下图UV中间竖线右侧的部分）。电磁辐射的用处当然很广泛，但它们对人体的影响其实并不多。排除可见光进入眼睛引起视觉外，其他的电磁波照射在身体上，只会让身体把它们携带的能量吸收，造成身体发热，我们晒太阳觉得身上暖和就是如此。频率一定的情况下，电磁波功率越大，对人体的热效应就越明显。
电磁波频谱[1] 说回冰箱。除去冷藏室里那个总让人忍不住想看看什么时候熄灭的小灯，整个冰箱并没有利用电磁辐射的地方。冰箱的核心部件——压缩机，只是把50Hz交流电的电能转化成机械能，并压缩制冷剂使制冷剂放热。电磁辐射的来源只是50Hz交流电本身。由于波源的频率是50Hz，按照电磁理论，它发出的电磁波也是50Hz——这个频率足够安全，放在上图中大概应该处在洗衣机的位置。至于功率相关的热效应，只要你正常生活中没有因为电冰箱的存在而觉得热得不可接受（专门躲在冰箱散热口把自己闷死不在此列），也没有被冰箱烧伤灼伤，那就是安全而不必担心的。
最后悄悄说一句：我本来想给出冰箱辐射的频率和功率到底是多少（并不是审核大大逼我），可惜查了一圈，国家标准和某尔冰箱的说明书都没想到冰箱还需要标注辐射值。对于日常生活中的辐射，我们真的真的真的不用太担心。
参考文献:
[1]Radiofrequencies and health：where are we？
by 藏痴
Q.E.D.
Q4
为什么炮弹只会在落地时爆炸，而不会在发射时爆炸?
by 匿名
答：炮弹在存储、运输、发射的过程中不发生爆炸，只在飞行到最佳起爆时机时才爆炸，不出现早爆、迟爆、瞎火的情况……要满足这一系列的要求，都离不开炮弹中的一个特定的部件——引信。
引信是指利用目标信息和环境信息，按照预定方式，在最佳时间和地点引爆或引燃战斗部装药的装置。在炮弹出厂后、未使用前，引信处于保险状态，又称为安全状态，可以进行安全的储存、运输、装卸和发射。引信安全系统的设计有着极其严格的要求，例如我国要求引信安全系统至少包括两个独立保险件、具有延期解除保险的装置、具有故障保险设计等。
典型引信安全系统示意图 | 参见参考资料[2] 在引信接收到环境信息（发射时的后坐力、飞行阶段的空气动力等）或武器系统自带的信息后，引信将解除保险，隔爆机构解除隔离，进入待发状态。在此之后，只要引信接收到目标信息或者得到起爆指令，就能引爆起爆元件，使主装药爆炸。
《碟中谍4》中的核弹（不过不是炮弹QAQ） | 图源网络 引信分为触发引信、近炸引信、时间引信、多用途引信等等。触发引信主要依靠机械结构、力-电转换结构，在撞击目标时引发爆炸；近炸引信通过探测无线电、激光、红外、声音等信息，检测目标位置，并在靠近目标的适当位置爆炸；时间引信则是在发射后按照预先设定的时间起爆的引信，又分为火药引信、机械引信、电子引信等。新一代的引信还可能安装上卫星定位系统、微电机系统等，进一步提高安全性和起爆精度。
一种典型的触发引信机构 | 参见参考资料[2] 注：炮弹一般由弹丸和发射部组成。弹丸一般由战斗部、稳定部和导向部组成，其中，战斗部又通常由弹体、装填物和引信组成。炮弹有多个类型，主用炮弹有榴弹、穿甲弹、破甲弹、多用途弹等，还有其他用途的炮弹，如照明弹、信号弹、训练弹等等。炮弹的种类不同，引信的种类也不同，有小口径弹引信，中、大口径榴弹引信，破甲弹引信等。
榴弹（左）和破甲弹（右）结构 | 参见参考资料[3] 参考资料:
[1] 胡风年，潘铁牛编著.引信技术实践[M].北京：国防工业出版社.1989.
[2] 李世中.引信概论[M].北京：北京理工大学出版社.2017.
[3] 张相炎编著.装甲车辆武器系统设计[M].北京：北京理工大学出版社.2019.
by 小小羊
Q.E.D.
Q5
人造太阳的温度1.6亿度是如何测量的？
by 姚钧严
答：首先补充一点信息：人造太阳如果如果特指合肥的EAST装置的话，最高温度离1.6亿度还有距离；但是托卡马克磁约束聚变的最高温度，在美国的一个装置上确实可以达到高于1.6亿度的水平。
为高温等离子体测温确实是个很复杂的工程，相关方法也有很多。就测量等离子体内电子温度而言，方法有激光汤姆逊散射、回旋辐射谱、X射线谱、离子探针、静电探针、电导测量及光谱测量等等[1]。根据资料，合肥EAST装置至少采用了激光汤姆逊散射[2]和红外光谱测量[3]这两种方法。
激光汤姆逊散射法的基本原理是高中物理提到过的汤姆逊散射。激光在等离子体中传播时,将激起电子或离子作受迫振动,发出次级辐射。这种次级辐射就是高中物理提到的被电子散射以后的光子。在散射体积内的每一个电子都会参与散射过程，向光接收系统发出散射光。选定一定波长的发射激光，当波长比较短时，在散射谱上的接收功率与散射体积内的电子数成正比，散射光谱完全反映了电子无规则热运动的特征，根据光谱，再经过一些计算，就可以反演出该处的等离子体的电子温度[2]。
激光姆逊散射诊断系统示意图[2] 红外线测温很像小区门口的额温枪。所有物体都会发出红外线，而温度不同的物体所发出的红外线特征不同。EAST使用的红外诊断系统在热像仪前加了一组内窥镜，内窥镜前端进入了真空室，相当于给这个超大号红外额温枪加了一个广角镜头，可以收集到更大范围内的红外光。
EAST红外诊断系统示意图[3] EAST 上的集成式内窥镜及观测范围示意图[3] 参考资料：
史博, 汪卫华 等. 红外测温诊断原理及其在核聚变装置托卡马克中的 应用[J]. 核科学与技术, 2015, 3(4): 140-147.
by 藏痴
Q.E.D.
Q6
为什么自己手卷的铁丝，没有变成弹簧呢？
by Maker_Q
答：其实卷起来的铁丝也是有弹性的，但铁丝的弹性极限太低。
想象中的弹簧vs不是“弹簧”的弹簧（很硬的弹簧） 首先，弹性来源于材料本身，也就是说卷成弹簧并不会使材料弹性增强。只是卷成弹簧后，铁丝所占的空间体积变小了，可以用更小的空间体积实现相同幅度的弹性形变，储存相同的弹性势能。
既然不是卷的问题，那肯定是材料的问题，因为弹簧是用弹簧钢制成的。查阅资料知弹簧钢和铁丝的杨氏模量、泊桑比相差不大，这也就意味着如果我们用相同长度、粗细的铁丝和弹簧钢来制作弹簧，它们的劲度系数也是相近的。那两者的差别究竟在哪呢？
弹性是指物体发生形变后，能恢复原来大小和形状的性质。如果所受应力超过弹性极限，则会开始产生不可逆的塑性形变。我们把将材料拉断的临界值定义为抗拉强度。弹性极限与抗拉强度是弹簧最重要的指标，铁丝成不了弹簧就是因为铁丝这两个指标太低。弹性极限和抗拉强度之间存在比例关系，我们就用容易测量的抗拉强度来表征弹性极限。下面上数据。
铁丝的弹性极限约为110-220MPa[2]。根据国标GBT343-94，普通镀锌铁丝的抗拉强度为295-540MPa。一种弹簧钢的国标如下表：
很明显，铁丝的抗拉强度比弹簧钢低得多，弹性极限也更低。而且手卷的铁丝往往比弹簧更粗，体现出来的弹性更差。即使卷成一样的形状，铁丝也成不了弹簧。
参考资料:
[1]徐效谦. 弹簧钢丝和弹性合金丝[C].全国线材深加工技术研讨会会议文集,2005:72-96.
by fiufiu
Q.E.D.
Q7
金属的电阻率与温度的关系的变化规律是什么？
by 匿名
答：电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量，某种材料制成的长为1米，横截面积为1平方米的导体的电阻，在数值上等于这种材料的电阻率。它反映物质对电流阻碍作用的属性，它与物质的种类有关，还受温度影响。下面列出常见金属的电阻率
实际上，固体的导电性质可以理解为电子的运动性质，电子越多，运动得越快，导电性越强。
所以固体导电可以拆解为两部分，一部分为参与导电的载流子的数量，这部分电子越多，导电性能越强；另一部分为电子的无规则运动，与杂质/原子实的碰撞阻碍了电子的运动，碰撞越多，导电性能越弱。
对于金属来说，最外层电子导电，升温不会激发出更多的载流子，故只会加剧自由电子与原子实的碰撞，体现为电阻增大，导电性变差。
对于半导体来说，情况变得复杂许多，升温的作用是同时增加载流子数目和其无规则运动的频率，因此其电阻率可能增加，不变也可能减小。
硅的电阻率与温度的关系示意图 以硅为例，其导电大致可以分为三部分：
AB段，温度很低，掺杂半导体中的载流子主要由杂质电离提供，迁移率也随温度增加而增加，所以电阻率随温度升高而下降。
BC段，温度继续升高，杂质已经全部电离，但是此时本征激发还不明显，载流子与晶格振动散射占据主导，此时，电阻率随温度升高而增加。
C以后，温度很高，本征激发出许多载流子，此时载流子浓度的增加带来的影响超过了晶格振动的影响，电阻率随温度升高而降低。
by 岷客
Q.E.D.
Q8
引力波是怎么被探测的?
by 一个学生
答：要理解引力波是如何被探测到的，我们首先要理解引力波的可观测效应是从何而来。
广义相对论中的爱因斯坦场方程如下所示：
Emm……或许这并不太容易看懂。但没关系，你只需要知道等式右边是引力源强度的量度（物理学上称为能动张量），等式左边则反映了时空弯曲（畸变）的程度。要想产生足以被探测到的畸变，作为我们观察目标的引力源需要足够强大，这就是为什么LIGO(激光干涉引力波天文台)选择大质量的中子星作为观察对象。那么，我们如何测量时空的畸变呢？
读者可以想象一粒豆子在碗中沿内表面自由运动。相比于在桌面上的直线运动，豆子在碗中则呈现“曲线”运动（注：这样的类比与引力场中物体的运动有实质性的区别，因为碗表面是三维空间的二维表面，但广义相对论并不假设时空有额外的维度，但并不妨碍我们这么来理解）光也是这样。想象一个末端有一反射镜的直管道，在没有引力波时，光从一端发出，经过镜子反射后回到发出端。当有引力波作用时，可以想象将一个重物放置于橡皮膜上对时空的形状产生了改变，光在管道中经过反射回到发出端所走过的路程相比于无引力波时发生了改变。
那么，如何测量这种变化呢？众所周知，光是一种波，而两束光相遇时，会发生干涉产生强度叠加或强度相消的现象，这就会使我们观察到亮度规律变化的图形，其形状取决于相遇前光传播的距离。让我们来看一下LIGO的测量装置：
图1 LIGO装置示意图 图2 干涉示意图 图3 光强分布 装置由两个相互垂直的臂组成，每个臂类似前文说过的一端带镜子的管道。光从光源（图中下方长方体）入射，在经过分波器（图中中心圆盘）后分为两束，分别进入两臂中，经镜面反射后回到两臂交点处发生干涉，产生干涉图形。当引力波垂直于两臂构成的平面入射时，其中一臂中的光传播路程会减小，另一臂相应增大，这导致两臂中光干涉模式发生变化，干涉图形也会发生变化，于是就通过光电放大器等装置将其转化为电信号，这就探测到了引力波。
引力波的信号是极其微弱的，所以这几乎是人类历史上做过的最精密的测量，这集合了人类各个方面的工程技术奇迹。比如，即使像LIGO一样将探测臂做到4公里之长，对于探测引力波来说也显得太短，我们需要如图所示在每条臂中放置两面镜子，光会在其中反射300余次。再比如，为了提升分辨率，需要750kW功率的激光才能让探测引力波信号变为可能，但建造具有如此初始功率的激光器是不可能的。除此之外，也需要极强的减震装置、特制的镜面等。同时，为了保证探测到的信号来自引力波而不是来自偶然的地震、卡车经过甚至是海浪，需要在世界两端建造两个相同的装置来甄别虚假信号。
所以，引力波的成功探测不仅代表人类在理论物理方面的成就，也展示着人类千百年来所创造的工程奇迹。在这里，笔者为所有致力于人类知识边界开拓的科学工作者致敬。
参考资料：
by 有希的肥猫
Q.E.D.
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just_iu、藏痴、小小羊、fiufiu、岷客、有希的肥猫、
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1915 年，爱因斯坦天才般地提出广义相对论。
1967 年，惠勒第一次将这种神秘莫测的天体命名为「黑洞」。
2019 年，首张黑洞照片面世，黑洞的存在被直接确认。
2022 年 5 月 12 日，就在上周，人类的第二张黑洞照片公布了。
经过一个世纪的争论与求索，我们距离「黑洞」的答案，终于近了一点点。
我们常说「有问题，就会有答案」，但关于「我们是谁」「我们从哪里来」「我们要到哪里去来」这些关乎人类命运的大哉问，我们却迟迟给不出答案。也正因为如此，众多科研人才步履不停地向科学追索答案。
由中国科协科普部指导，科普中国与知乎联合主办，中科院物理所进行科学支持的「向科学要答案」活动此刻正在进行中。5 月 18 日 - 7 月 17 日，打开知乎 APP 搜索「向科学要答案」，也许这些问题我们现在还尚不能及，但向科学要答案，可能曙光就在降临在某个明天。
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编辑：穆梓
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