我今年22了，还能长高吗？宇宙学说可以！| No.344
不知道你们有没有一个
继续长高的梦想
物理学上呢
也有一些特殊手段
支持我们再膨胀一下Q1
为何煮饺子要加3次冷水？
by 匿名
答：早先煮饺子加冷水大抵是因为之前火力控制没有如今这样随心，水开得过快，很多时候饺子皮熟了，馅没熟，毕竟皮薄馅大一直是优秀饺子的良好素养。但饺子一直在沸腾的水里翻腾，很容易把皮煮破，就真变成片汤汆丸子了。于是就添凉水降低水温，保证在不煮破皮的同时把馅煮熟，扬冷汤止沸嘛。
至于现在，我们用燃气灶控制火力就很容易了，如果你不想添凉水，可以以最小火力慢慢煮，当然也能煮熟。
不过老读者可能知道，我们在No.316 Q2中回答过，煮面条过冷水面条会更劲道，不容易粘连，大概是因为抑制了淀粉的糊化，增加了淀粉粒的结晶区，增强了面皮的机械性能。其实饺子皮也是同理，加凉水饺子皮往往韧性更足，既不容易破皮，吃起来口感也会好一些。
by 霜白
Q.E.D.
Q2
为什么感觉自己在手机里讲话的声音和现实中的不一样?
by 北念°
答：传导方式不同导致音色不同。听手机里的讲话是空气传导，听自己讲话则同时依赖空气传导与骨传导。
先说空气传导，外界声音带来的空气振动，经耳廓收集，外耳道共鸣放大后迫使鼓膜振动，该振动经听小骨传导进入内耳，刺激耳蜗，耳蜗将机械振动信号转换为神经信号，经听觉神经传导至大脑皮层听觉中枢，我们就听见了声音。
骨传导的传导路径就简洁了许多，人在发声时，声带振动会直接带动颅骨振动，颅骨振动会直接传导至骨迷路，带动内耳的内外淋巴振动，刺激螺旋器，将振动转换为神经冲动，经听神经传导至大脑皮层的听觉中枢。
空气传导和骨传导的主要路径 这两种传导方式的音色是不一样的，我们听到的声音都是由一个基音和许多泛音组成，这些泛音就决定了不同的音色，而泛音与振动介质密切相关。举个例子，谐波衰减得越快，声音就越柔和，衰减越慢就越坚硬。
所以，两种传导方式介质的不同会在音色上带来细微的区别，我们听起来自然就不一样了，这是一种非常正常的现象。
还有一点需要注意，听录音时听到的声音也有可能会因为录音设备、播放设备以及音频采样处理方式等因素发生一定程度的失真，不过大家应该也能感觉到，听别人的录音与直接听别人讲话的差别远不如听自己的明显。
by 霜白
Q.E.D.
Q3
新年时玩的摔炮原理是什么？
by 咕噜咕噜
答：回答原理之前我们先了解一下摔炮的构造（我相信你也肯定拆过狗头）。
外面是一个漂亮的外包装，里面是许许多多的小石子以及一些粉末，关键就在这个粉末上面。
摔炮内部图片|百度百科 目前我们能购买到的摔炮大概有两种类型：第一种粉末是氯酸钾(KClO₃)、赤磷，第二种粉末是雷酸银( Ag₂C₂N₂O₂)。以粉末是氯酸钾、赤磷的摔炮为例：氯酸钾是强氧化剂，磷是强还原剂，当我们把摔炮快速丢在地上时，氯酸钾在小石子互相摩擦产热的情况下发生化学反应产生氧气
产生的氧气在加热情况下就会与磷发生燃烧产生爆炸反应。其中摔炮里面的小石子互相摩擦一定程度上决定了化学反应的剧烈程度也就是摔炮的"响度"，掌握好一定的技巧（用力摔）你的摔炮会比别人的更响哦~ 最后来个附加回答，雷酸银摔炮的银可以通过化学反应提取出来，也就是说你每次摔出的炮里面可能真是白花花的银子。
tips：燃放烟花爆竹一定要注意安全！
by justiu
Q.E.D.
Q4
为什么一进某个地级市，就会有欢迎短信发过来？它们是怎么定位到我的?
by 佚名
答：这是通过手机基站进行的定位，具体原理还请听小编道来。
基站是一种与移动终端（手机等）进行信息传递的无线电波台。当我们使用手机进行通话时，手机会将调制过的信号以电磁波的形式发送到附近的基站A，基站A再将信号发送至对方附近的基站B，由基站B将信号发送至对方的手机，具体原理呢如图所示。
图片来源：网络 由于电磁波的强度会随着距离的增加而衰减，因此为了保证信号的强度，基站的控制范围是有限的。在2G时代，通常一个基站会负责周围10km内的信号传输。而在5G时代，基站所使用的短波衍射能力不强，因此单个基站通常只负责100m-300m内的信号传输。为了保证基站信号范围尽可能广且相互不重叠，基站通常呈六边形排列，因形似蜂窝所以有了蜂窝网络的说法。
基站会定时通过无线电广播专属于该基站的信息。当我们的手机进入某个基站的服务范围内收到基站信息时，会将其记录并判断是否进入了新的基站。每次进入新的基站，手机都会向对应的基站发送信息通报该手机的身份信息。这样，如果某地级市的移动网络服务发现你的手机短期内第一次向该市的基站发送信号，说明你是刚刚进入该地级市，就会控制对应的基站给你发欢迎短信了。
by 单身男青年
Q.E.D.
Q5
如果太空电梯是在同步轨道跟着地球一起转，那当绳索断裂的时候，最上端的卫星不应该是被甩飞出去吗，为什么会出现流浪地球里面那样坠落的场景？
by 佚名
答：问：电影中为什么设计太空电梯坠落的桥段？
答：这样的情节具有冲击力和感染力，生动直观地表现了人类在流浪地球的过程中遇到的困难与挫折，讴歌了人类拯救家园的百折不挠的精神和大无畏的品格。在电影开头设置这样的情节引人入胜，为电影奠定了紧张刺激的基调，同时也为后面的矛盾与冲突做了铺垫。
上面当然只是一个玩笑，接下来我们来看一下电梯究竟是应该坠落还是飞出。下图是流浪地球中太空电梯的示意图，设定中，整个电梯相对地球静止，空间站轨道高度38000km。现实中，地球同步轨道约36000km。电影中人们使地球自转减速，因此同步轨道高度会比现实的高度更低一点。
太空电梯结构示意[1] 稳态的太空电梯，应当满足角速度与地球自转速度相同，整体的引力提供向心力。在同步轨道以下，引力大于需要的向心力，需要上方的结构提供一个向上的拉力；在同步轨道以上，引力小于需要的向心力，需要下方的结构提供一个向下的拉力——电梯内部存在张力，整个电梯像被拉直的弹力绳一样，不管从哪里断裂开，都会向两边飞出，也就是断点下方的结构会坠落到地面，断点上方的结构会被甩飞。
电梯坠落的镜头[2] 在电影中，空间站坠落时似乎下方并没有连接着很长的钢缆，因此可以认为电梯的断裂点在空间站下方。按照这个判断，空间站确实应该被甩飞而不是坠落。
当然，这些分析都是在很理想的条件下进行的。我们忽略了大气层的存在，也无视了“坠落”和“甩飞”都是一个很漫长的过程——我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”早已经失去动力缓慢减速，但直到今天仍未坠落地面。
话说回来，这段情节只是科幻电影，而不是纪录片或者物理讲座录屏。究竟为什么影片呈现出坠落而不是甩飞，或许最开头的高中语文阅读理解比下面的计算和分析更贴近答案。
参考资料：
[1]太空电梯示意
[2]电梯坠落
by 藏痴
Q.E.D.
Q6
激光笔分光器的原理是什么？
by 太外SC2106H
答：一句话概括，激光笔前面的分光器就是一个柱透镜，用于将原本一条直线的激光在柱透镜弯曲的方向上呈辐射状散开。
与更常见的圆透镜相比，柱透镜的曲面是柱面，而圆透镜的曲面是球面；圆透镜在两个维度都能偏折光线，柱透镜只在有曲率的方向偏折光线。
激光笔中的激光二极管芯片发出的光经过整型的透镜之后会得到一个近似为圆形的小光斑。如果再经圆透镜发散，它会成为圆形的大光斑，而如果经过柱透镜，由于只有一个方向被发散，它会成为椭圆形的光斑。（“发散”见注[1]）
图 1 光斑经不同种类透镜发散后区别 这种带有分光器的激光笔常出现在初中讲授折反射的物理课堂，为了显示折反射的光路，我们会在整个装置背侧放一个白屏，让分光后辐射散开的激光能在屏上留下痕迹。这一应用场景对柱透镜的像差要求不高，因此也可使用无色透明的介质柱子（例如一小截玻璃棒）代替光学实验中更常见的平-凸型柱透镜。
注[1]：通常我们认为凸透镜（不论是圆透镜还是柱透镜）对光束有会聚作用，但当观察的位置与透镜的距离大到一定程度的时候，观察到的光斑比入射的光束大，即从结果上看是“发散”的。
图 2 “会聚”与“发散” by 光学渣渣
Q.E.D.
Q7
宇宙在膨胀，那人有没有在膨胀呢？
by 红豆生难国
答：在上一期问答（No.343）Q8中，小编提到了哈勃定律：
用来描述在坐标上静止且物理距离为的两个粒子，其由于宇宙的膨胀而相互远离的速度与距离成正比，其比例系数由哈勃常数H刻画。那么，不妨拿一个身高1米8的同学来做做试验，看看这位同学究竟有没有在膨胀吧！
假设这位同学头顶上最高的一根头发丝的顶端的原子为粒子1，而这位同学用来抠出三室一厅的脚趾头最底端的原子为粒子2，则其之间的物理距离记为
较为近期的测量给出哈勃常数约为[1]，其中ly即光年。带入上面的数据，并且由于1光年等于9460730472580800米，所以有这位同学身体上距离最远的两个粒子相互远离的速度为
也就是说，每秒这位同学都将“膨胀”米！粗略地计算，这位同学想依靠宇宙膨胀而长高1cm，也需要等待，也就是7900多万年🤔
但当然啦，即使这位同学确确实实以完全可以忽略不计的程度膨胀了，小编也是不能膨胀滴👻
参考资料:
[1]Hubble constant | Definition, Value, Units, & Facts | Britannica
by Callo
Q.E.D.
Q8
人类如何感知到四维空间？
by 诶嘿
答：要直观感受四维空间很难，我们先从升维开始。如果说零维是点，那么点动就成了一维的线，线动就成了二维的面，面动就成了三维的体。现在把体沿着垂直于三维空间的方向运动，留下的轨迹就是四维空间了。
现在来想一个四维空间中具体的形状。如果我们把二维空间中的正方形升维到xyz三维，得到的会是正方体。再加一个维度w会是什么样的呢？不知道，没人亲眼见过，我们暂且先叫它超正方体（tesseract）。为了尽可能地表现它，我们先在正方体的三维模型上加上第四维坐标。
注意，上图只是在用二维的屏幕展示四维空间的三维模型。实际上，这四个轴应该是互相垂直的。然后，按照体动成超体的合理外推，把立方体沿着w轴移动一下。
这样拖出来的轨迹包含16个点，32条线，24个正方形，8个正方体。有些体看起来并不那么正方，那是因为图中展示的是四维超立方体在三维空间中的投影，而投影是会扭曲形状的，就像一个正方体的二维影子不一定是正方形。
再来来考虑一下超立方体的旋转。在三维空间中，我们可以说“将xy平面绕着z轴旋转”，其中z是旋转轴，xy是旋转面。但是在四维空间中，如果我们旋转xy面，那么垂直于它的z轴和w轴都不会移动。这时候旋转轴这个概念就不好用了，因为整个空间中不动的部分不再是一条线，而是整个zw平面。下图中我们高亮超立方体中的一个正方体，让你感受一下它在分别沿两个旋转面转动时的三维投影会是什么样的。
最后，看一下超立方体穿过三维空间时会是什么样的。
如此诡异的变化，也难怪《三体》中褚岩能通过四维空间轻轻松松摧毁水滴了。
参考资料：
[1]Tesseract – Bartosz Ciechanowski
by 牧羊
Q.E.D.
#投票
#本期答题团队
霜白、justiu、单身男青年、藏痴、光学渣渣、Callo、牧羊
#点击这里或识别下方二维码快速提问
#上期也精彩
编辑：穆梓
近期热门文章Top10
↓ 点击标题即可查看 ↓
1.三体动画竟以“古筝计划”开头，真的有如此强悍的纳米丝么？
2.如何通过科学手段，强行让自己的心情变好？
3.为什么风扇没有把灰尘甩下去反而越积越多？| No.336
10.古人买房难吗？