天冷后人的尿量为什么会增加？| No.332
天气逐渐变冷
你是否发现
你嘘嘘的频率也在变大呢？
Q1
请问一般正常情况下红绿灯是怎么决定变红变绿的？是有默认周期吗？还是智能地凑够一堆人就变绿了？by 匿名
答：一般情况下红绿灯确实是有一个固定周期，以一个典型的左转和直行分开的十字路口为例，它分为：南北直行、南北左转、东西直行、东西左转这四个阶段，根据该路段的流量和最小通过时间设置各阶段的时间。
四相位示意图 具体来说，如果行人过马路所花的时间普遍为20秒，那么直行绿灯就不会小于这个时长，又如果东西的车流量比南北的车流量更多，那么就会相应地增加东西方向的绿灯持续时长。这样得到的方案可能会是：南北直行20秒，南北左转15秒，东西直行30秒，东西左转20秒，再加上每个阶段转换都有3秒钟黄灯和1秒钟全场红灯的间隔时间，所以这种方案会按101秒的固定周期循环下去。这些方案也会根据早晚高峰、节假日等情况做调整，但终归是一个固定的定时方案。 道路线圈检测器铺设痕迹 | 图源：知乎@偶尔鸣叫的犟驴 现在很多城市装有智能交通系统，会在马路上埋设道路线圈检测器检测车流量，再有些斑马线红绿灯柱上会设置一个按钮，行人按下后会告诉交通系统有行人正在等红灯。这样实时收集车流量和人流量，就能动态调整每个阶段的红绿灯时长。而且，随着图像识别技术的提升，流量监测也可以用交通摄像头做到。另外，在救护车消防车出动的紧急情况下，交通部门还会配合将沿途路线的红绿灯做出调整，让这些车辆能一路绿灯畅行。
by 牧羊
Q.E.D.
Q2
是什么使分子永不停息地作无规则运动？分子运动中会有能量损耗吗？
by 火中送炭
答：宏观物质的内能实际上是其内部分子的能量，而在微观世界，只能是分子的动能和势能，对于理想气体或较为稀薄的气体则只有动能，这部分动能就是分子无规则运动的能量。 分子的运动可以分为三个部分，分别是平动、转动和振动。单原子分子只有平动，双原子分子只有平动和振动，多原子分子存在以上三种运动。分子可以通过碰撞将动能分配到平动、转动和振动上。根据能量均分定理，在温度为的平衡态下，分子热运动的每个自由度都对应 的平均动能。所谓自由度是指确定一个系统的状态或位形的独立变量的个数。例如一个单原子分子，确定其位置需要x,y,z三个独立变量，则它的自由度就是3，如果是双原子分子，则需要加入两原子连线的方向(2个自由度)和原子间距离(1个自由度)，共六个自由度。 在室温下，并不是分子的所有自由度都起作用。微观上，分子的振动和转动都要用量子力学描述，振动和转动的能量只能取分立的值。通常转动能量间隔约为，而振动能量间隔约为 ，室温下分子平动的能量可以很好地激发转动能级，但几乎不能激发振动能级，通常将此称为振动自由度的“冻结”[1]。 分子间碰撞一般只存在以上三种能量的转化，但其他形式的能量也可能参与进来。原子的热运动速度足够高时，原子间碰撞可能导致原子的激发或原子间电荷的交换，这个过程中原子的内部能级或者说是电子的势能参与进来[2]。弗兰克-赫兹实验就利用了电子和汞原子发生非弹性碰撞的动能损失的特征验证了原子能级的存在[3]。 参考资料：
[1]李洪芳.面向21世纪课程教材:热学[M].高等教育出版社, 2001.
[2]BRANSDEN B.H. J C. Physics of atoms and molecules[M]. Long man PublishingGroup, 1990.
by 利有攸往
Q.E.D.
Q3
两个物体靠近时（没有挨在一起）两团影子为什么会吸起来连在一起？
by 小米
答：这叫做黑滴效应。在我们的日常生活中，经常会遇到这种情况，什么你还没注意到？来试一下：把拇指和食指对着光亮处，并且让两个手指逐渐靠近，在两个手指还没接触到的时候阴影看上去却已经连接在了一起。 黑滴效应 | 图源：百度百科 原理：无论是太阳还是日光灯都不是理想点光源，所以当它照射物体后，物体的影子可以分成两部分：首先是中间被完全遮挡的“本影“（最暗的区域），第二个是模糊的明暗过渡区称为”半影“。当两个物体的半影接近时，重叠部分的亮度会下降很多，这意味着原本我们看不见的”半影“由于接近会变成我们能看见的暗度。 图片来源 | 冷科普 这就是为什么两个物体靠近时（没有挨在一起）两团影子看起来会吸起来连在一起。 参考资料：
[1]张志博,潘永华.小尺度遮光物“黑滴”现象的研究及数值模拟[J].实验室研究与探索,2012,31(11):50-53.
by just_iu
Q.E.D.
Q4
天冷人的尿量会增加的主要原因有哪些？
by 何必如此
答：啊，唤醒了我沉睡多年的高中记忆。我们当时或许都在生物必修三学过，为维持渗透压平衡，在夏天，户外活动活跃，出汗更多，我们的尿量通常会减少。在冬天，待在室内减少活动，出汗减少，我们会增加排尿。 至于流程机理，大概就是当时所学的“神奇的”抗利尿激素（antidiuretic hormone，简称ADH）的一连串机理：下丘脑的渗透压感受器感受到血液渗透压上升→促进抗利尿激素合成→促进储存在垂体后叶的抗利尿激素释放→抗利尿激素与相应受体结合发出信号→水分再吸收增加也即排尿增多→血液中的渗透压降低→回馈抑制抗利尿激素的合成与释放）。 对此，有一个专业术语叫做冷利尿（Cold-induced diuresis）。具体来说，冬天明示了它至少比夏天冷，随之体温容易下降，这时身为恒温动物的我们会做出反应来减少散热，主要是收缩血管以减少流向皮肤的血液，使之向身体内部跑，此时热量就会更多聚集在内部器官周围来保护它们（问就是它们更宝贝）。相比平时而言，相同数量的血液泵送到全身途经的是收缩了的血管，血压升高，那就得想办法缓释，肾脏站出来了，它就会过滤掉血液中多余的液体以减少血液体积，从而，内部减压了，外部你也舒畅了。 最后，温馨提示：即使是在寒冷的时候，即使还没感觉到渴，也请大家没事儿多喝热水（bushi）。嘘嘘变多可能是因为体温过低，因此请立马套上大棉袄靠近暖气片手捂保温杯快乐摸鱼。当然，如果不仅尿多还甜，请立即就医。 参考资料：
[1]Vasopressin
[2]Lennquist S. Cold-induced diuresis. A study with special reference to electrolyte excretion, osmolal balance and hormonal changes. Scand J Urol Nephrol. 1972;9:Suppl 9:1-142.
by 十七
Q.E.D.
Q5
光化学烟雾的成因是什么？
by 哈密瓜CoA
答：首先说一下光化学烟雾的概念：光化学烟雾是由于汽车的尾气，工厂、供油站的石油燃烧等污染源将非甲烷碳氢化合物（NMHC）、氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO）等一次污染物排入大气，在紫外光的照射下发生反应，进而产生如臭氧、二氧化氮 、醛（RCHO）、酮（RCO）、酸（RCOOH） 和过氧乙酰硝酸酯（PAN）等含氧元素的、具有强氧化性的二次污染物。这种参与光化学复杂反应的一次污染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，就称为光化学烟雾。 形成原因：反应从二氧化氮（来源于汽车尾气等）光解开始，第一步空气中的二氧化氮（），吸收太阳光的电磁波辐射热量，会生成氧原子（\ce{NO}）。第二步氧原子（）和氧气（）反应生成臭氧（），臭氧和氧原子氧化碳氢化合物，生成有机物（） 和过氧自由基。第三步过氧自由基又不断氧化一氧化氮 ()，使其转化为二氧化氮（），又再次光解生成臭氧 ()，最后当空气中的臭氧达到一定浓度，会导致过氧乙酰硝酸酯（PAN）等物质的生成，这些污染物在空气中积聚，就出现了化学烟雾。 Tips：保护环境，人人有责！ 参考资料：
[1]朱韵飞.光化学烟雾的形成及防治研究[J].清洗世界,2022,38(06):87-89.
by just_iu
Q.E.D.
Q6
在车上用小桌板（固定在车座上的）写作业怎样才能让字不那么抖？
by Demi
答：想必这位同学一定是经历了想在车上写作业却无奈被路途颠簸所扰，无法愉快地完成一份美观漂亮的作业，才提出了这个问题。现在小编来对这个问题进行一下科研角度的分析：我们先把这位写作业的同学变身成一位科研工作者（下称小科），而作业就是小科今天要处理的实验材料，小科想完美地测量出这堆材料的物理特性（完成一份美观漂亮的作业），但无奈测量过程中总有实验噪声的影响（写出来的字很抖）。那么，作为一名合格的科研工作者，我们应当如何应对噪声呢？ 其实，物理学家也是广受实验噪声所扰，但万幸，聪明的物理学家们也发明出了各种各样的方法来应对、消除噪声。例如，在扫描隧道显微镜进行物质结构原子级别分辨的过程中，一点点小的噪声都可能使得测量出的图像失真，所以例如通过使用弹簧将扫描探头拉起，从而减小机械振动的影响等方法被应用于其上。 一台扫描隧道显微镜 | 图源：Omicron Low Temperature (4K) Scanning-Tunneling Microscope with Q+ AFM - TQT 而在引力波的探测中，由于引力波信号极其微弱，所以其对信号噪声的要求也是相当高的。在我国的太极引力波探测计划中，为了解决航天器移动时可能带来的噪声，采用了高精尖的微霍尔推进器，依靠其产生微小推力时噪声极小的特点，来助力引力波信号的高精度测量。而相应的技术研发，“高置信度亚微牛级推进器标定方法与技术研究”更是被纳入“2021年国家重点研发计划重点专项立项公示“[1]之中。 太极计划 | 图源：ICTP-AP 可见，对于不同的测量对象，物理学家们都会根据其不同的特点和需求进行针对性的降噪手段来确保实验的精确性。那么言归正传，对于小科来说，该如何完成一份完美的作业呢？其实小编的建议是最好不要在车上写作业，因为不仅字迹会抖，而且也对眼睛不好哦🤔
参考资料：
[1]新增17项！2021年国家重点研发计划重点专项立项情况汇总-微信文章-仪器谱
by Callo
Q.E.D.
Q7
黑色物体吸收了可见光为什么不反射可见光？
by 若水
答：首先，我们是怎么看见光的呢?光是电磁波，每个波长都是一种特定的颜色。可见光只占一小部分，是电磁波谱中人眼视神经感应到的一段（波长大概是从400nm到700nm）。物体呈现出不同的颜色，是因为它们吸收某些颜色（波长）并反射或透射其他颜色（波长），而我们看到的物体颜色是反射或透射回我们眼睛的结果。
图源：123RF 所有现实生活中的物体都吸收光，只是黑色物体吸收光的效率更高：物体是由大量的微观粒子组成，吸收光时，其上粒子吸收了进入的光子及其能量，随之可能导致自由电子振荡发生反射、跃迁或发生其他一系列化学反应。而根据量子理论，吸收光子不能是连续的能量值，只能吸收特定的能量值进行能级跃迁。每种物体的构成粒子不同，分子轨道有差异，可吸收的光的波长也就会不同。黑色物体恰恰就是自由电子不多而且容易被任何可见光射入导致跃迁。另外，在此过程中粒子还会获得动能转化为热量。这也是为什么盛夏我们都会穿浅色衣服而非深色。
值得一提的是，黑体（一种理想化的物体）吸收所有入射的电磁辐射，它在现实不存在（黑洞无限接近它）；而一般所说的黑色只是因为物体部分地吸收了所有可见光，是没有可见光线进入我们眼睛时我们所感知的颜色，是存在的。
by 十七
Q.E.D.
Q8
不与希格斯场相互作用的粒子的运动速度为什么是光速c，而不是无穷？能否简单的讲一下希格斯机制？by 何必如此
答：这个问题有点硬核哦！
首先第一个问题，不与希格斯场相互作用的粒子在标准模型中指无质量的光子和胶子，分别传递电磁相互作用和强相互作用。问题转化为为什么无质量粒子的速度必须是光速，这要靠狭义相对论来回答，并且需要一点点推导。对于一个粒子而言，其能量和动量以及静质量 满足关系
且能量和动量以及速度满足关系
于是我们令质量为，立即得到。这是狭义相对论下的自然结果，即无质量粒子速度必须是光速。
能否简单讲一下希格斯机制呢？很遗憾，想要深刻地知道希格斯机制的美妙需要明白我们标准模型描述基本粒子及相互作用的方法，需要明白里边的数学技巧。物理对世界的描述追求定量化，数学化，精确化，即要写下描述物质的数学形式和方程。物理学家们首先建立起了描述单个自由粒子的数学形式（如电子夸克等费米子），但是自然是有相互作用的（四大基本相互作用），那么如何相互作用该写成什么样的数学形式呢？除了一些明显的限制（即对称性的要求，如时空应该是对称的）外几乎没有可以参考的地方，直到杨米尔斯场（杨即杨振宁）的问世，发现一种特别漂亮的数学形式，满足很好的对称性的要求，让人一看就觉得应该是这种形式才对。但是这种形式有一个问题，那就是传递相互作用的粒子必须没有质量，才能满足所期望的对称性，可是实验上已经发现，传递弱相互作用粒子（W、Z玻色子）明显是有质量的，让人大呼可惜。直到后来，进一步发现，如果再加入一项（希格斯场项），就能在满足对称性的同时，让传递相互作用的粒子获得质量的数学项，至此，描述基本粒子及相互作用的方式大大发展，并通过实验的验证获得了极大的成功。以同样的方式，我们可以给费米子赋予质量，至此，我们通常说“希格斯机制赋予了基本粒子以质量”。
by 小范
Q.E.D.
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编辑：牧羊
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