为什么大多数人都是右撇子? | No.380

单侧利好倾向自然界中并不少见
为什么人类偏偏如此极端
左右利手比例可达1:9？

Q1

冲豆浆粉的时候，会出现结块现象。如果先放豆浆粉，再放水好一些；还是先放水，再放豆浆粉好一些呢？

by 匿名

答：

事实上，我们平常生活中所谓的冲豆浆粉、奶粉等，其实并不是“溶解”，这些粉末大多是难溶于水的，之所以在水里消失不见，是因为水分子进入了大团粉末当中，将大团的粉末分散开，成为很小的粉末，直到肉眼不可见为止。

粉末在水中“分散”的过程。图自[1]

但这个过程，并不总是顺利的。比如说，像豆浆粉这类蛋白质含量高的物质，受热时会发生膨胀，这样一来通路就被“堵死”，水分子没有太多的空间挤进粉末中，也就无法将大团粉末分散成小颗粒了。这就是用热水冲豆浆粉或者时，很容易冲出来搅不散的小团团，出现“结块”现象的原因。

此外，豆浆粉中的蛋白、多糖也会和水相互作用，降低水的流动性，把水变得更粘稠，更加不利于水分子的进入。与之相比，冲咖啡粉就没那么容易结块了，咖啡粉里面淀粉和蛋白的含量很低，而且大部分物质易溶于水。

回到问题上来，怎样能减少冲豆浆时的“结块现象”呢？应该先加水，让豆浆粉成为“后来者”，可以方便水分子“侵入”。加粉的同时还可以一边搅拌，用外力帮助粉末的分散过程，这样就粉末不容易结团了。

参考资料

1. Wetting, disintegration and dissolution of agglomerated water soluble powders. Forny et al., 2011.

by 尼洛

Q.E.D.

Q2

中子轰开原子核是怎么相互作用的？

by 匿名

答：

原子核能否裂变与结合能的大小有关。随着原子的质量数的增加，每个核子的平均结合能减少，因此如果原子核核子数量减少，原子核的平均结合能会提高，所以核裂变反应是一个放能反应。当核子之间距离很短时，核力为强相互作用力。但是当距离超过强相互作用力作用的临界点时，核子的相互作用力中库伦斥力占主导。穿过这样一个临界点需要能量。稳定状态下的原子核一般是不具有这个能量，而当受到外来中子的影响时，原子核可能激发到高能态，满足裂变的条件。这部分额外的能量被称为活化能，由入射的中子提供。图1势能曲线的依据是液滴模型，当中子被捕获时，现有的核子就像被扰动的液体一样“摆动”，这导致了图1所示的“中间收缩”。这个简单模型的优点是很好地预测了重核裂变的宏观特征，但也存在很多缺点。

图1.核裂变模型

中子轰开原子核的具体的过程是：中子被目标原子核捕获，原子核变重，而且更加不稳定。之后原子核碎成两个碎片，这个过程由上述模型描述。一般来说新产生的碎片也不会很稳定，需要释放中子或释放光子来达到稳定状态。如下图所示，这样形成了一种链式反应。

图2.链式反应|图自网络

参考资料

1. 杨洛城. D-T中子源诱发238U裂变核素反应截面测量研究[D].兰州大学,2023.DOI:10.27204/d.cnki.glzhu.2022.002811.

by 小线

Q.E.D.

Q3

为什么加油站不可以打电话呀

by 朵朵

答：

汽油其实跟水也是一样会挥发，当我们在加油站加油时，常常会闻到一股汽油的味道，这是因为加油站周围油汽密度骤增。平时手机的信号较弱，当有电话打入，手机在接受到信号的一瞬间，信号频段会发生变化。而手机是通过无线电波传送数据，在使用过程中有可能产生射频火花，但只有当油气浓度达到比较高的数值时才可能点燃油气。

图源网络

随着手机性能的不断改进和进步，这种概率越来越小。我们经常在加油站使用手机扫码支付等操作，打电话和手机上网其实同样都会产生较强的信号，但是只要不靠近油枪和油箱口，距离它们稍远一点，点燃油气的概率是非常小的。但是毕竟安全无小事，小心点总没错~

其实常常我们更需要关注的是静电带来的危险，静电产生的威胁要远大于接打电话，所以加油站人员必须穿静电防护服，不能穿像毛衣等化纤衣物。当我们在靠近油枪前，可以先接触一下加油机旁边去除静电的按钮，释放一下自己带来的静电，防止危险的发生。

图源网络

by serendipity

Q.E.D.

Q4

为什么在牙齿上一刮会出现白色的东西?

by 匿名

答：

答案就是牙菌斑--一种由细菌在牙齿上不断形成的粘性无色薄膜。口腔中的细菌与唾液和食物残渣结合，在牙齿表面形成一层生物膜。随着牙菌斑的累积，它为细菌提供了代谢糖分的盛宴，并释放出攻击牙釉质的酸性物质。

图源网络

最初的牙菌斑是软的，可以通过刷牙清除。但随着时间的推移，它会变硬成为牙垢或牙结石，与牙齿发生化学粘结。这时就需要用刮牙器凿掉牢固附着的沉积物。

刮下来的就是大块的牙垢--一种与牙齿融为一体的混凝土状物质。牙垢主要由磷酸钙盐组成，来源于唾液和牙龈液。这些盐会硬化成晶体，牢牢地粘附在牙齿上，为细菌的繁殖提供了堡垒。

所以大家平时除了刷牙和使用牙线外，定期洗牙对清除牙垢也很重要，因为牙垢会导致龋齿和牙龈疾病，清除厚牙菌斑所需的强力刮擦也说明了牙菌斑的堆积沉淀相当顽固，所以朋友们一定要认真注意口腔护理喔。

参考资料

1. Why Do I Have White Spots on My Teeth?
2. What is the white stuff on my teeth?
3. Why Is White Stuff Forming On My Teeth?

by 青春小花🌸

Q.E.D.

Q5

是不是截止目前，所有已经发现的黑洞都是在旋转的？那有没有不旋转的黑洞存在呢？

by Aegg

答：

黑洞是目前人类已知宇宙中最“简单”的天体，它在引力坍缩下形成后会进入一种只剩下三种特征参量（质量M、角动量L和电荷Q）描述的稳定状态，这被称为“无毛”定理。根据黑洞本身的物理特性，可以将黑洞划分为四类：

1. Schwarzschild 黑洞：M≠0，L=0，Q=0；
2. Reissner-Nordstrom 黑洞：M≠0，L=0，Q≠0；
3. Kerr 黑洞：M≠0，L≠0，Q=0；
4. Kerr-Nuwman 黑洞：M≠0，L≠0，Q≠0.

其中角动量L是任何旋转物体所具有的物理量，黑洞是否旋转便取决于角动量L是否为0。由于黑洞是由恒星坍缩而成的，大多会保留原来恒星的一部分角动量，所以要想形成完美的Schwarzschild黑洞和Reissner-Nordstrom黑洞是一件极其困难的事。然而，广义相对论指出，在能层内除了能量为正的正能轨道外，还存在负能轨道，且这些相对于负能轨道运动的粒子具有负的角动量，并凭此从黑洞中获得能量，能量则来源于黑洞的转动能。这种提取黑洞自转能的机制称为Penrose过程。根据Hawking提出的面积定理可知，Penrose过程会使得黑洞在损失角动量的过程种面积逐渐增加，最终退化为Schwarzschild黑洞，故Schwarzschild黑洞常常被看作黑洞的“基态”。

上面的讨论是基于理论计算给出的，在实验上目前仅有验证旋转黑洞存在的观测数据，不旋转的黑洞还没有被观测到。2023年9月27日《Nature》上发表的一篇文章提到：研究人员通过分析多个甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry，VLBI）网在2000年至2022年的观测数据，发现M87星系中心黑洞喷流呈现周期性摆动，摆动周期约为11年，振幅约为10度。这一现象符合爱因斯坦的广义相对论中“如果黑洞处于旋转状态，会导致参考系拖曳效应”的预测。这一成果成功地将M87星系中心黑洞喷流的动力学与该星系中心超大质量黑洞的状态联系起来，为M87黑洞自旋的存在提供了观测证据。

1974年Hawking提出了黑洞蒸发这个概念，他认为黑洞从整体上看在不断地放出辐射。这个观点的提出意味着黑洞最终的命运都是蒸发殆尽。虽然这个观点还没有被实验证实，但Hawking辐射是否会产生角动量为0的黑洞？此时黑洞内部又会怎么样？是否会诞生新的物理等等？这些依然还是未解之谜。

by Sid

Q.E.D.

Q6

在电力普及的现代，相对于电生热，摩擦生热有没有不可或缺的应用场景？

by 匿名

答：

在电力普及的现代社会中，摩擦产生的热量相对于电生热可能并不常见，但仍然存在一些摩擦生热的重要场景：

●火柴和打火机：火柴和打火机中的摩擦产生的热能用于点燃火种。当火柴或打火机的摩擦表面与摩擦剂（例如红磷）接触并迅速摩擦时，摩擦会引发化学反应，产生火花或火焰。

●可能大家听说过电弧焊、气焊、激光焊等常见利用高温熔化金属的焊接方法，但是还有一种不需要熔化金属，只需要利用摩擦生热就能将两个金属紧密结合的神奇工艺，它就是摩擦焊接。

摩擦焊接示意图 | 图源网络

摩擦焊接是基本原理是：将两个金属表面相对运动（通常是旋转），产生足够的摩擦力和压力，在不超过熔点的温度下使之软化或塑性变形，然后迅速停止运动并施加更大的压力，使两个金属表面在固相状态下实现原子级别的扩散和结合。摩擦焊接有以下几种优点：

1. 可以焊接同种或异种金属，包括一些难以熔化焊的材料，如铝合金、钛合金、镍基合金等。
2. 焊接过程中不需要填充材料、保护气体或电源，节省了耗材和能源。
3. 焊接时间短，热影响区小，焊缝质量高，无气孔、裂纹等缺陷。
4. 焊接后的尺寸精度和几何精度高，无需特殊的表面处理。

摩擦焊接在现代工业中有广泛的应用，例如：

1. 在新能源汽车领域，摩擦焊接可以用于电机壳水冷、电池包连接等部件的制造。
2. 在航空航天领域，摩擦焊接可以用于飞机机身、发动机、火箭等结构件的连接。
3. 在核能领域，摩擦焊接可以用于核反应堆内部的管道、阀门等关键部件的连接。

参考文献

1. 什么叫摩擦焊，他的优缺点是什么？
2. 摩擦焊

by 青春小花🌸

Q.E.D.

Q7

为什么大多数人都是右撇子?

by 不过咸鱼

答：

非常有趣的问题！可惜，这个问题影响因素太多，目前还没有一个让大家都很信服的答案。所以我们这里给出一些主要结果供参考，欢迎大家在评论区分享自己的看法~其实， 自然界的“右撇子”也不少见：一些猿类也喜欢用右手抓取食物；座头鲸更喜欢用右鳄来撕咬；鸡、鸽子、蟾蜍等更喜欢用右侧视野来来判断捕食[1]。这样的单侧利好行为，本身在生物学上具有一定的意义。

超声研究发现，12周大的宝宝已经开始偏向于动右手臂，15周时开始吮吸右手手指[2]。这一偏好比例大概就在1:9.我们可以肯定，必定存在相应的遗传基础。但是如果我们就这样回答说是因为遗传，显然不能让人满意。因为这是演化的结果而不是原因。

你们在说啥，俺听不懂 | 图自网络

一个直接的思路是研究历史上人类的利手倾向是如何出现并逐步演化的。但是相关考证较为困难，例如Toth通过研究剥脱石皮的区别，认为早在190~140万年前的石器时代右利手倾向已经出现，但是该结论在统计上受到质疑[3]。历史上的演化过程仍然是有待研究的问题。具体是什么原因导致了人类的演化倾向，人们在很多方面都有猜测。

右手执握石锤剥片过程示意图 | 图自[3]

人类身体与大脑的结构可能对演化具有影响。一方面，心脏位于左侧可能有一定影响。在远古时期，战斗对于古人类是不可避免的。当使用锋利的武器战斗时，用于握住武器的手可能会带动该侧胸腔旋转，导致该侧心脏更多地暴漏。当右手拿着武器时，左臂通过部分覆盖左胸，也可以为心脏提供一些保护。这在现代击剑技术中也依然有体现。另一方面，大脑左右侧的分工可能对利手倾向有重要影响。将更多的反应活动交给一侧后，可以降低同时参与某项进程而可能产生的“争抢”。

击剑示意图 | 图自网络

此外，有人认为或许是无意造成的结果[2]。如果人类群体在某一时段偶然形成群体偏向，就有可能形成群体习惯，代代相传。比如人类偶然获得的一些技能手段、武器的使用方法产生偏向性后，就代代相传；随着人类文明的发展、文字文化的产生，这一倾向性也被不断加强。甚至在具体的文化教育环境下，左撇子可能要被迫用右手。随机观点听起来不无道理，但是具体证明其在演化中起到的作用也不是件简单的事。

紧跟着这个问题是一个同样有趣的问题，为什么仍然有人是左撇子呢？遗传因素之外，一方面是因为右撇子多到一定程度后，左撇子成为被人忽略的少数群体，他们在一定方面获得了策略优势。另一方面，脑影像科学也表明，左撇子人群的右手使用通常也是较为顺利的，并不会导致同侧初级运动皮层的失活不均，在某些类型的运动中具有先天优势。所以人群中仍然会有一些人保留了左撇子的习惯。

当然啦，左撇子右撇子本身并不重要，也没有证据表明哪个更聪明或如何，发挥好自己的特长手就好~

参考文献

1. 海生.动物界流行右撇子[J].大科技(科学之谜),2011,(01):45-46.
2. 张洁.右撇子的成因,基因还是文化?[J].世界科学,2014,(11):32-34.
3. 李锋,姜莉君.右撇子、左撇子?——人类的利手倾向[J].化石,2011,(02):8-12.

by serendipity

Q.E.D.

Q8

为什么普通灯光不发生干涉现象？

by Photon

答：

光能够发生干涉是因为它能表现出波动性质，具体指的是当两列或多列光波在空间某处相遇时，光波总振幅为各成员波总振幅之和，当波峰和波峰相遇时（即相位差为2π的整数倍），振幅增大，当波峰和波谷相遇时，振幅抵消，最后形成这样的效果：总在某些区域始终光强加强，在另一些区域则保持光强减弱，形成空间各处稳定的光强强弱分布的现象（如图1所示）。

两列光干涉的图像 | 图自网络

要观察到光的干涉现象应满足多个条件，首先形成干涉场的各成员光波的频率要相同，且初相位差要保持恒定，只有这样，光振幅叠加的计算结果才满足：光场明暗交替的空间分布随时间保持恒定。此外，各成员波的振幅不得相差悬殊，否则只是蚍蜉撼大树，几乎没有干涉效果，而且在叠加点波的偏振面须大体一致。

普通的灯光通常不会产生干涉现象，是因为它是一种非相干光源，如白炽灯或荧光灯，它们产生的光波包含多种波长，频率各不一致，而且波前没有固定的相位关系。即使它们发出相同频率的光，但由于产生的光波列持续时间很短，因此在很短的时间内光波的初相位就要改变，而且原子跃迁产生光波的时间也是随机的，也就是说，在人眼可感知到的时间尺度上，只能看到统计平均的结果，不会产生干涉现象。

by  小线

Q.E.D.

Q9

烧煤的过程，为什么开始是红色的，最后是白色的？

by 匿名

答：

烧煤的过程中，开始时煤炭呈现红色，而最后可能会呈现白色。这是由于煤炭燃烧过程中的不同温度区域和燃烧产物引起的。

当煤炭开始燃烧时，通常会形成一个称为"燃烧锥"的区域。在燃烧锥中，煤炭受热并和空气中的水发生反应，产生可燃气体，如一氧化碳和氢气。这个区域由于高温和可燃气体的存在，呈现红色或橙色。

随着煤炭的燃烧持续进行，燃烧锥中的可燃气体会与氧气进一步混合并在更高温度下燃烧。这种高温燃烧会产生更多的能量，并使煤炭燃烧更加充分。在这个阶段，煤炭燃烧的温度会升高，燃烧产物中的颗粒会变得更加明亮，呈现出白色的火焰。

最后，当煤炭完全燃烧时，它会形成灰烬和燃烧产物。当固定碳被完全燃尽后，只剩下煤中的灰分（如硅、铝、钙等）和少量的未完全氧化的碳。此时，煤的表面会呈现出灰白色或灰黑色，这是因为灰分在高温下被熔化或焦化而产生的。需要注意的是，煤炭燃烧的颜色变化可能会受到多种因素的影响，包括煤炭的成分、燃烧条件和观察角度等。因此，煤炭燃烧的颜色可以在不同情况下有所不同。

by 青春小花🌸

Q.E.D.

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为什么水的涟漪是圆形，而不是方形或者三角形？| No.379

编辑：小范

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