物理所的霓虹有什麼不一樣嗎？| No.271_風聞

原創：中科院物理所

　　據我自己報道

　　昨日，雨過天晴

　　物理所觀察到虹和霓

　　那麼，物理所的霓虹

　　和其他地方的有什麼不同嗎？

　　其實，霓虹都是一樣的

　　但“觀後感”可能有點區別

　　**Q1****除了霓和虹外，還有沒有更高階的彩虹？**by 匿名

　　答：

　　昨天身在北京的小夥伴一定欣賞到了美麗的霓虹了吧，答者的朋友圈已經被刷屏了。

　　昨天傍晚物理所D樓上空的虹（主虹）和霓（副虹）| 來源：小編盜自朋友圈

　　有關霓和虹，之前已經有不少讀者提問了，相關回答請移步No.213 Q4。那麼，除了霓虹，還有更高階的彩虹嗎？

　　除了主虹和副虹外，也有可能形成更高階的彩虹。一階彩虹也就是生活中常見的彩虹，光在水滴內發生了1次反射；二階彩虹就是霓，光在水滴內發生了2次反射；更高階的彩虹就是光在水滴內發生了更多次的反射，理論上可以發生無窮多次反射。但是三階以上的彩虹很少被報道，這是因為每增加一次反射就會損失一部分光，所以高階彩虹很黯淡，比較難發現；另外，三階和四階彩虹要面向太陽才能看見，強烈的太陽光使得本就黯淡的高階彩虹更難觀察得到。

　　這幅圖模擬了三階彩虹和四階彩虹出現的位置，由於強烈的太陽光，不做處理是很難看見三階彩虹和四階彩虹的 |來源

　　：3rd & 4th Order Rainbows

　　三階彩虹當然也是有人拍到了的（趁着烏雲將太陽附近的亮度降低的時候抓拍），不過還是需要對照片進行處理才方便看清，見下圖。拍照片的人憑藉這張照片發了篇學術論文，論文標題很直白，就叫：三階彩虹的照片證據（Photographic evidence for the third-order rainbow）[1]。

　　三階彩虹[1]

　　在拍到三階彩虹的一個月後，又有人拍到了四階彩虹，然後也發了篇學術論文，標題也很直白，叫做：自然四階彩虹的攝影觀察（Photographic observation of a natural fourth order rainbow）[2]。

　　四階彩虹[2]

　　正當答者覺得自己也可以這樣發論文畢業的時候，搜索結果給予了小編無情一擊。2015年，還是這本Applied optics期刊，它上面發表了《自然五階彩虹的攝影觀察》《自然七階彩虹的可能攝影觀測》《高階彩虹的偏振和可見性》……這本期刊還真是喜歡彩虹的呢~

　　參考文獻：

　　[1] Großmann M, Schmidt E, Haußmann A. Photographic evidence for the third-order rainbow[J]. Applied optics, 2011, 50(28): F134-F141.

　　[2] Theusner M. Photographic observation of a natural fourth-order rainbow[J]. Applied Optics, 2011, 50(28): F129-F133.

　　by 重光

　　Q.E.D.

　　**Q2****彩虹消失是從哪裏開始的？**by 匿名

　　答：

　　北京昨天傍晚的一場雨給天空帶來了雙彩虹，彩虹消失是從哪裏開始的我沒有看到，但彩虹出現是從我的朋友圈裏開始的[Doge]，當我聽到消息趕到現場的時候已經只剩下一個彩虹尾巴了_(:зゝ∠)_

　　在探究彩虹是怎麼消失之前先來回顧一下彩虹的成因，我們之前在No.119 Q8和No.164 Q6中已經詳細介紹過了，忘記了的讀者們可以點擊前往復習詳細知識點，簡單來説就是太陽光在天空中的小水滴裏經過多次折射和反射，在特定角度上我們可以觀察到色散後形成的七彩的光，而天空中所有滿足這個特定角度的水滴的位置連起來就是我們看到的彩虹。

　　而彩虹消失即意味着滿足彩虹形成的條件消失，比如我們所在位置對應的滿足條件的小水滴消失，或者陽光被遮蔽。如果此時正好有一片不那麼有眼色的雲遮住了太陽，那麼彩虹可能會變得顏色暗淡或消失。另外雨後大氣中不同位置的雨滴蒸發快慢也影響着彩虹消失的順序。以昨晚我所處的角度的情況來看，雨後太陽出來時，上方的水滴相對下方的水滴蒸發更快，因此彩虹是從拱形的頂部開始消失的。而如果有其他的天氣因素影響的話也可能使得空中各處水滴蒸發速度相差不大，這樣的話如果你去晚了可能連彩虹屁股也沒的看了[Doge]

　　by 懶懶的下午三點半

　　Q.E.D.

　　Q3洗衣機是怎麼把衣服洗乾淨的by Eurosky****

　　答：

　　我們洗衣服的過程其實就是把布料和上面的髒污分離的過程。無論是手搓洗還是洗衣機，目的都是將機械能轉化為髒東西脱離織物進入水中的動能，此外，一些有加熱功能的洗衣機還可以利用升温來保護織物的同時讓髒污更易脱離衣物。

　　現代的洗衣機一般分為兩種——波輪式和滾筒式洗衣機。兩者的工作原理和構成（如圖1）很相似——主體都是由內外兩個桶及內部表面增加摩擦力的結構組成，只不過中間旋轉的軸和開口方向向不同：波輪式的軸垂直於地面而滾筒式平行於地面。其中，桶體由電機提供動能旋轉；對於波輪式洗衣機，開始工作時波輪（中間的攪拌裝置）會帶動水流旋轉（圖2藍色箭頭方向），同時水流離心運動在桶壁升起做圓環狀（沿圖2中紅色箭頭方向）運動，波輪間隔幾秒會反方向旋轉，保證水流的縱向旋轉，增加兩者相互摩擦，讓髒污更易脱離織物表面；內筒壁上有小孔在甩干時排水；外桶外部會有固定或緩衝裝置在桶旋轉和甩干時起到穩定的作用。

　　圖1 滾筒洗衣機構造示意圖

　　圖2 波輪式洗衣機水流流動示意

　　洗衣機在十八世紀就有記錄了，這時候的洗衣機一般通過手動控制搖桿來帶動內部活動，後來逐漸加入了換水、加熱（可以放入柴火）的裝置，隨着電力系統的普及，自動洗衣機逐漸進入千家萬户，成為重要的家庭成員之一。

　　參考資料：

　　Washing machine

　　Clothes washing machines: How they work

　　by zhenni

　　Q.E.D.

　　**Q4****如何買到一個保熟的西瓜？**by 長風

　　答：

　　挑選熟西瓜可以考慮以下方法：

　　比較直接的，同品種西瓜個頭比較大的、質量比較重的往往成熟的更好，水分更足。

　　看外表，成熟的較好的西瓜，瓜皮紋理明顯清晰，表面光滑無毛刺（生西瓜在瓜藤部分毛刺很明顯）；由於沒有陽光照射，靠近地面的表皮淺色部分發黃；尾部的瓜藤發生捲曲且枯萎（瓜熟蒂落），尾部的瓜眼小（表示瓜皮薄）；瓜頭比瓜尾大。

　　聽聲音，用手指輕敲，由於不同成熟度的西瓜水分含量不同，裏面“空心”的程度也不一樣，會發出不同的聲音，一般發出“咚咚”的清脆聲的是熟瓜；發出“突突”聲，是成熟度比較高的反映；發出“噗噗”聲的是過熟的瓜；發出“嗒嗒”聲的是生瓜。但這個方法需要經驗，畢竟前面那些擬聲詞只能意會。

　　水試法，成熟的西瓜比重小於水，放入水中若漂浮在水面且露出1/4至1/5則是熟瓜，如露出太多則過熟，如下沉則是生瓜。

　　買切開賣的瓜，或者要求切開（記得支付）。

　　6.請老闆幫忙挑選，隨機給你一個不好的瓜。

　　參考資料：

　　用什麼方法可以挑選到又甜又熟的西瓜？

　　by Alan

　　Q.E.D.

　　**Q5****為什麼貓眼從裏面看外面很清楚而從外面看裏面卻很模糊？**by 匿名

　　答：

　　因為貓眼的設計使得其從裏向外看可以看到成像質量比較好的像，而從外往裏看則很難看到成像。

　　貓眼，又稱門鏡，是一種裝在住宅門上的小型光學儀器，作用就是讓屋內的人能觀察屋外情況，同時保證屋外的人無法看清屋內。簡單的門鏡由兩個透鏡組成，一塊凹透鏡，在門外一側，另一塊凸透鏡，在屋內一側，凹透鏡焦距極短，凸透鏡焦距則較長。

　　當從屋內經由門鏡向外看時，其光路圖如圖1所示。屋外的物體（圖中藍色箭頭）經過凹透鏡折射（光路見圖中藍色線）後成一個正立縮小的虛像（圖中藍色輪廓的白色箭頭），而這個虛像正落在凸透鏡的焦距以內，因此凸透鏡此時成為放大鏡，將該虛像放大（光路見圖中橙色線，暫時忽略那個凹透鏡，圖有點難畫，意思到了就行[doge]），成一個正立的虛像（圖中綠色箭頭），該像恰在人眼明視距離附近，因此，屋內的觀察者能看到一個比較清晰的像。

　　圖1 屋內觀察屋外的成像示意圖

　　而當屋外的人想要觀察屋外時，光路圖如圖2所示。此時，靠近物體的是凸透鏡，屋內的物體（圖中藍色箭頭）經凸透鏡折射（光路見圖中藍色線），由於凸透鏡焦距較長，在尚未成像時，光線便經過凹透鏡，經凹透鏡發散（光路見圖中橙色線），發散的光線成一個正立的虛像（圖中綠色箭頭）。但由於凹透鏡焦距較短，該像離門鏡較近，只有幾釐米，由於門鏡孔徑較小，觀察者需要貼近門鏡觀察，因此該虛像離人眼距離也僅有幾釐米，仍小於正常人眼的近點，即人眼能看清楚的最近距離，因此，人無法看清該像，視野裏便是一片模糊。

　　圖2 屋外觀察屋內的成像示意圖

　　參考資料：

　　貓眼（門鏡）

　　by 霜白

　　Q.E.D.

　　Q6經過滅菌處理的食物放在無菌環境裏，食物會變質嗎by 匿名****

　　答：

　　先説答案，不考慮食物氧化和降解，僅考慮微生物引起的變質，是不會發生的。

　　路易斯巴斯德早在十九世紀六十年代利用著名的鵝頸瓶實驗證明了這一點。通過煮沸培養基並利用長彎曲管隔絕空氣中的微生物，培養基並不會被污染。相伴這個實驗而來的是極為著名的巴氏消毒法：低温長時間加熱來滅殺減少微生物，從而延長食物的保質期。

　　fig. 天鵝頸瓶實驗 from Wikipedia

　　而滅菌相較於消毒，更加嚴苛。滅菌的定義就是將物體表面或者介質中任何形式的微生物和病原體去除的過程。在通過滅菌徹底的消除了食物中的微生物之後，又存放於無菌環境之中，自然不會有變質發生。

　　生活中的例子就是罐頭食品，食品經過高壓蒸汽滅菌後保存於容器中物理隔絕微生物，這可以讓罐頭食品的保質期延長到30年之久。

　　by 某大型裸猿

　　Q.E.D.

　　**Q7****為什麼飯菜油煙、汽油、蒜等物質在與人體接觸後即使反覆清洗都不能完全去掉味道？**by 夜夜夜夜雨聲煩

　　答：

　　一般的飯菜油煙和汽油(碳氫化合物的混合物)的去除主要側重的還是去除產生相關味道的物質這一物理過程(因而處理措施就是各種清潔)，這些物質與一些表面疏鬆多孔、吸附性強的材料（部分衣物、木頭、紙張等）接觸後會滲透進這些材料導致難以清洗乾淨因而味道也就保留時間較長。相較而言我們會覺得汽油更難除味道是因為我們對汽油更加敏感。而與一些吸附性差的材料接觸後，以汽油為例會形成"油印"，是由於揮發性物質分離後留下的大分子，是容易用洗車液等去除的。

　　再説説大蒜，大蒜驅趕吸血鬼可能不現實，但是一口大蒜下來“趕走”周圍的人倒是很常見的。吃了大蒜往往小半天那股特殊味道還在，細心的朋友可以注意到大蒜在還沒有剝開時味道是很小的，以上都是蒜素（Allicin）在起作用。在大蒜完整時蒜素並不存在，此時存在的是蒜氨酸（Allin），在大蒜被拍碎時，蒜氨酸會和蒜氨酸酶（Allinase）混合產生蒜素，蒜素具有辛辣和強刺激性氣味。蒜素不穩定，會立即降解為含硫化合物，而這些含硫化合物會進入人體血液，由呼吸道、汗腺等排出，其中含硫化合物allyl methyl sulfide正是大蒜味道揮之不去的主要“元兇”。

　　參考資料：

　　蒜素

　　Science Of Stink: Blame Sulfur Compounds For Your Garlic Breath

　　by 某大型裸猿

　　Q.E.D.

　　**Q8****近視眼手術為什麼能夠矯正近視？**by 匿名

　　答：

　　寫在前面，本文僅作科普，不構成任何醫學建議，如有相關問題請務必及時就醫！！！！！

　　有關近視的原因及治療非常複雜，我們簡單介紹一下。目前近視矯正手術主要有兩種，眼外激光角膜屈光手術( laser cornealrefractive surgery) 、眼內有晶體眼後房型人工晶體植入術( implantable collamer lens，ICL) 。

　　首先我們再來看人眼部結構：

　　圖1 人眼結構 | 圖源自網絡

　　人眼在觀察世界時，光線進入眼睛，依次經過角膜、晶狀體、玻璃體、視網膜等。這些部位類似一個凸透鏡，可以調節光線使其聚焦到視網膜上。而當以上部位因為生理或人為因素無法準確折射光線時，就會造成屈光不正，聚焦點在視網膜之前，就是近視了。因此近視的矯正本質上是改善眼球屈光系統使進入眼球的光線能夠聚焦到視網膜。

　　由於角膜屈光度是最大的，因此，我們只需要做一些很小的改變，就可以達到視力矯正的效果了，這就是眼外激光角膜屈光手術，這種手術的原理主要是通過準分子激光和飛秒激光分別或同時完成對角膜組織 的消融來改變角膜曲率和厚度，以達到改善視力的目的。

　　而一部分人，特別是高度近視人羣，角膜曲率較大，角膜厚度偏薄，不適合眼外激光角膜屈光手術，可以選擇眼內有晶體眼後房型人工晶體植入術，該手術的機制是根據患者術前檢查屈光度和/或散光度數特定人工晶狀體，在角膜緣行微小切口將摺疊的人工屈光晶狀體植入到眼內後房晶狀體前相應位置，以改善眼球屈光度，達到視力矯正的效果。

　　以上是太長不看版[doge]，下面我們進一步介紹一下這兩種視力矯正手術。

　　眼外激光角膜屈光手術從角膜手術位置分為表層和基質層兩大類，每一類各有不同方案。表層激光手術不需要製作角膜瓣（角膜瓣指角膜手術過程中切開的薄薄的一層角膜，是角膜的一部分），操作簡單，併發症少，術後視覺質量好，但術後眼痛明顯，視力恢復慢；角膜基質層手術需要切開角膜基質製作角膜瓣，然後在角膜基質牀上中央位置進行準分子激光切削，操作要點主要是“瓣的製作”，併發症也主要是角膜瓣問題。近年來，飛秒激光逐漸取代微角膜刀，使用飛秒激光製作角膜瓣更為精準、安全。這類手術療效特點: 視力恢復快、眼部疼痛輕微、屈光度範圍廣。而不需要角膜瓣的全飛秒激光小切口透鏡取出術( small incision lenticule extractionsurgery，SMILE)，簡稱全飛秒，具備了以上表層手術和角膜瓣手術的優點，越來越受到歡迎。

　　ICL術後視力恢復快、眼成像更清晰、眼部像差影響小、乾眼發生率低、視覺質量好，不受角膜厚度限制，矯正屈光度範圍更廣，人工晶體還可以換取或調位；但是由於屬於眼內手術，眼內增加了新的元素，可能會影響眼球運行，再加上手術操作、晶體位置等影響甚至可導致患者視力下降、眼壓升高、併發白內障等併發症。萬一出現眼內感染， 可能導致更嚴重的視力損害的後果。

　　圖2近視矯正手術對比 | 圖源自參考文獻

　　最後，本文僅作科普，不構成任何醫學建議，如有相關問題請務必及時就醫！！！！！

　　參考文獻：

　　[1]李瑩,姜洋.惟論近視矯正眼外與眼內手術方式的選擇[J].山東大學耳鼻喉眼學報,2020,34(02):1-6.

　　by 霜白