奥特曼变身时能量守恒吗？| No.349
奥特曼是一代人的童年回忆
也是我们相信光的精神支柱
但光之巨人变身的时候
能量会不会不守恒了？
Q1
为什么橡皮粘在尺子后尺子上会留下污迹？
by 帝阍
答：因为橡皮中添加了增塑剂。别被橡皮这个名字骗了，和橡胶没有一点关系，橡皮本身是用聚氯乙烯制成的。如果不添加增塑剂，它就会和塑料水管一样硬邦邦。添加了增塑剂后相当于给聚氯乙烯“溶解”了，让它变得柔软有弹性。
但增塑剂作为有机溶剂，除了能“溶解”聚氯乙烯，还能溶解大部分塑料，包括制作尺子的PS（聚苯乙烯）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）。所以把橡皮和尺子靠在一起放久了，橡皮中的增塑剂会扩散到尺子里，也就使橡皮粘到尺子上。
如果你想清除粘在尺子上的橡皮污迹，可以用酒精或风油精擦拭。当然更直接的方法是，换一把钢尺。
by 牧羊
Q.E.D.
Q2
用胶带反复地粘黏粘过石墨的胶带真的可以得到石墨烯吗？
by 绿旋风
答：最古老的石墨烯制备方法确实是用胶带粘出来的，当然，他还有一个高大上的名字，叫机械剥离法。
具体方法是：首先利用光刻胶（photoresist）将石墨固定在衬底上，这一步要注意将正确的表面固定在衬底上，然后利用透明胶带把上层的石墨粘住，然后撕掉，这样有可能得到单层的石墨，就是我们要的石墨烯，不过也会有一些厚片。撕完之后，用丙酮清洗样品，去除光刻胶，并将样品转移到硅片上。为了去除厚片，这里也可以用超声去除厚片。
这种方法得到的石墨烯质量比较高，不过效率很低，现在大规模制备石墨烯靠的是化学气相沉积法（CVD），除了这两种方法之外，我们还可以利用氧化还原法、电解剥离法、碳化硅高温分解法等方法制备石墨烯。
参考文献：
[1] Novoselov K S , Geim A K , Morozov S V , et al. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films[J]. American Association for the Advancement of Science, 2004(5696).
[2]孙博士. 石墨烯薄膜的制备及电解水性能研究[D].东华大学,2022.
by 霜白
Q.E.D.
Q3
奥特曼是“光之巨人”，那在ta从人类变成奥特曼时，是否违背了能量守恒定律呢？by pjf
答：奥特曼变身并不一定违背能量守恒定律，只要他们有足够多和强大的能源来支持他们的变身就行。
奥特曼剧中虽然到处都是诸如“勇气的力量“这种不科学的唯心力量，但在某些方面又会给出一些很科学的解释，比如赛文奥特曼头上和胸前的格子其实是太阳能板，可以通过太阳光或其他光源来补充自己的能量。光能奥特曼，行！
日本作家柳田理科雄在《空想科学》读本中对赛文奥特曼的变身进行了计算，最后得到的结论是当人们预测到怪兽即将来袭时，提前准备好一个能装下奥特曼的水池，并在水池中提供相当于两万头蓝鲸的养分，人间体使用变身道具后进入水池，经过九个半小时的细胞分裂就可以从一个普通人长成奥特曼。（在央视纪录片《唤醒巨人》中有相关场景的描述，感兴趣的小伙伴可以去看~）
这个变身就非常科学，非常生物学，奥特曼那么大的身体是细胞分裂来的，小朋友们只要多吃蔬菜，努力锻炼，一定也能长成奥特曼的！（手动狗头）
当然，考虑到光之国的科技发展，我们不妨认为奥特曼掌握了质量和能量之间的直接转换。相信大家都在“那一天“变成了光，我们就以迪迦奥特曼的大结局为例来计算一下。
根据爱因斯坦质能方程，质量和能量之间的关系是 。
据统计，截至2023年3月6日，世界各国儿童（14岁及以下）人口总数为4.67亿人。为了方便计算，我们就以4亿平均体重为30kg的儿童进行计算，他们全部转化为的能量是，相当约于25.7亿亿吨的TNT炸药爆炸产生的能量。
在吸收了全世界的孩子们变成的光之后，迪迦奥特曼从体重4万4千吨的常态变成了体重10万吨的闪耀形态，闪耀形态比常态重了5万6千吨。而全世界孩子们的总质量是1200万吨，远远大于5万6千吨。所以孩子们提供的能量是足以让迪迦在遵循能量守恒定律的前提下变成闪耀形态的。
至于为什么能量没有全部利用？可能有这样几个原因：一是能量传输过程中有损耗，孩子们的能量在传递到迪迦身上时已经被损耗到只剩这么多了；另一个原因就是剩余的能量没有转化成质量，而是直接被迪迦用大招打到BOSS身上了，25.7亿亿吨TNT炸药爆炸的能量全甩在加坦杰厄身上，这换谁谁不迷糊啊。
by 乐子超人
Q.E.D.
Q4
为什么不锈钢碗勺遇热会有短暂的彩色出现？
by 。
答：是这玩意吗？这是勺子表面的氧化膜发生的薄膜干涉。不锈钢遇热后可能会加速氧化形成氧化膜，而且受热膨胀会使膜的厚度达到可见光波段的量级。这样，氧化膜表层和里层反射的电磁波会发生干涉，并在可见光波段发生相长或相消，从而出现彩色条纹。
比如这样干涉就会相长
相位相同并干涉相长 这样干涉就会相消
相位相反并干涉相消 薄膜干涉的现象其实很广泛，比如肥皂泡和油膜的彩色，都属于薄膜干涉。
by 牧羊
Q.E.D.
Q5
一切有温度的物体都有辐射吗？这些辐射是怎么产生并传出去的？
by hosyuuhei
答：一切有温度的物体都会产生辐射，这是由于物体中的微观自由度和电磁场耦合引起的。量子力学告诉我们，物质中的大量微观粒子会占据在具有确定能量的能级上，而通过吸收和释放特定能量的光子，这些微观粒子可以在不同的能级间跃迁。假设物质中存在这样一对能级，它们的能量差，那么处于较高能级的粒子就可以通过放出能量为的光子跃迁到低能态，反之处于低能态的粒子也能够通过吸收能量为的光子跃迁到高能态。
需要注意的是，从高能级放出光子跃迁至低能级的行为，即使在周围没有光子的情况下也能发生，称为自发辐射，然而从低能级跃迁到高能级的过程，必须吸收周围环境中已经存在的光子。对于具有温度的物体，热平衡状态下其内部粒子遵循玻尔兹曼分布（在这里我们做了简化处理忽略了粒子的全同性），能量为的能级上粒子数目。这就意味着当物质内部处于热平衡状态时，必须充斥着一定浓度的光子气，否则，处于高能态的粒子，就会不断自发辐射出光子跌落至低能态，玻尔兹曼分布也就无法稳定地维持。物体内部的光子气从表面逸出，就形成了热辐射。
进一步的，利用平衡态下各个能级上粒子数目不随时间变化的条件（细致平衡条件），还可以得到物体内部的光子气数密度满足的表达式，频率为的光子，其数密度，这就是热平衡光子气体所满足的玻色-爱因斯坦分布。此外，光子气从表面逸出的过程，也可以加以更细致的考虑，如果物体的表面反射率为零，从表面内侧入射的光子也就能不受阻力地完全逸出，这样的理想物体称为黑体，其热辐射功率满足斯特藩-玻尔兹曼定律；但对于实际物体，只有部分的光子能逸出表面，因此，实际物体的热辐射功率小于同等温度的黑体。
by 乐在心中
Q.E.D.
Q6
数学规律可能被改变吗？就像是《三体》第三部中关一帆所说的那样？
by 匿名
答：我认为没有可能。
我的理由也很简单，数学，尤其是纯数学，是一门抽象的学科，本质上只是一套自洽的理论体系，在这个理论体系中，所有的数学语言本质上已经摆脱了现实属性，也就是说，这套理论体系与我们的自然世界其实没有什么关系，数学的严谨性并不依赖这个世界，因此世界上的任何改变都不会改变这套理论体系，也就不会改变数学。从这个角度来看，数学并非自然科学，这也符合波普尔的观点。波普尔认为，科学应该是可证伪的，即可以被实验证明其正确与否，但抽象的纯数学显然不是可证伪的。当然，这也只是自然科学哲学中的观点之一，哲学嘛，本来也很难下定论。
但也不要就因此小视数学，数学的意义显而易见，其对自然科学的发展必不可少，我们正是在利用数学的语言认识这个世界。最显而易见的就是传统的几何学，这确实是对这个世界的客观认知。数学对物理学以及其他工科学科的意义也是巨大的，不管是量子力学里的波函数，还是相对论中的微分几何，可以说，没有现代数学，就没有现代物理。工科中的例子也很常见，土木中的分析力学、通信中的傅里叶等等。因此，数学不是万能的，但没有数学是万万不能的。
by 霜白
Q.E.D.
Q7
《星际穿越》中，在黑洞附近星球上的时间流速要慢得多，所以造成了星球上几个小时，相当于飞船上的几十年。假如在同样条件下，从星球发给飞船一段1分钟（星球上的一分钟）的无线电信号，飞船接收到是同样1分钟的无线电信号，还是比1分钟长得多的一段无线电信号？by 匿名
答：飞船接收到的是比1分钟长得多的信号，而且信号的频率会被极大地引力红移。
我们先对相对论中的时间观做个简介。爱因斯坦曾打过一个比方，说如果你在一个漂亮的姑娘旁边坐了两个小时，会觉得只过了一分钟；而你若在一个火炉旁边坐着，即使只坐一分钟，也会感觉到过了两个小时。这是一个很形象的比方，但我觉得有一定误导性，因为在相对论中，时间的相对性并不是主观感受，而是客观存在于参考系中的。我更喜欢说，不同参考系中的时间更像“横看成岭侧成峰”，在引力场极大或高速的参考系中，它看到的是“岭”，在引力场小或低速的参考系中，它看到的是“峰”。但“岭”和“峰”都是庐山的客观存在，只是相对庐山观察的视角不同，从而形成了不同的图像罢了。
相对论也一样，它将被观测对象在无引力场的自身参考系下的时间称为“固有时”，就好像“庐山”本身一样。而转换到有引力场或相对被观测对象有一定运动速度的参考系下时，得到的“观测时”就好像“岭”和“峰”一样，它们都是客观存在的，只是取决于你怎么观测它。
回到题目，这个信号在星球上的时长是1分钟，但它在逃离引力场的过程中不断地变换到时间流速更快的参考系，同时它的电磁波频率会被稀释而发生红移（也就是波长变长了）。就好像将1升染料倒入流速很快的小河，那么根据小河流速的不同，这1升染料有可能被稀释到100升的河水里了。飞船想要接收这些信号，自然要花长得多的时间，就好像你想收集回这些染料，也要用更大的容器去收集河水。
by 牧羊
Q.E.D.
Q8
在黑洞里用比黑洞吸引力更大的力反方向前进可以脱离黑洞么？
by ，
答：在黑洞的事件视界内，这是不可以的。牛顿力学不禁止物体用比黑洞引力更大的力将物体推出，只要合外力一直向外推，物体总会在某个时刻积攒足够多的动能脱离黑洞的引力场。但广义相对论禁止这一点，因为黑洞的本质并不是引力，而是时空的扭曲。在黑洞的事件视界处，时间的流逝会被无限拉长，就好像芝诺悖论里的那只乌龟一样，黑洞里的物体只能在无限的时间中不断地逼近视界，但永远无法抵达并穿过它。
by 牧羊
Q.E.D.
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编辑：牧羊
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