為什麼國（qiu）慶（tian）天氣會很好？| No.276_風聞

原創：中科院物理所

　　國慶假期已經開始了

　　小編已經坐上了回家的列車

　　相信也有不少小夥伴

　　會選擇出遊吧

　　國慶假期，正在金秋

　　秋天的天氣

　　往往天高氣爽

　　可你知道這是為什麼嗎？

　　今年國慶天氣也會很好嗎？

　　**Q1****為什麼喝反覆燒開的水不好？**by 東小瀾

　　答：

　　因為反覆燒開水會浪費電費

　　其實這個問題是一個被老生常談的事情了，常見的理由是反覆燒開水會導致水中的亞硝酸鹽含量升高，而亞硝酸鹽可以在體內生成強致癌物亞硝胺，但是在文獻[1]中，作者在24h內對桶裝純淨水進行了52次加熱，水中的亞硝酸鹽含量達到了國家標準含量的一半，但仍未超標。而將冷水放置一週後其中的亞硝酸鹽含量相當於第四次加熱的含量。事實上，除了細菌以外，水中的其他物質不會有太大變化，所以還是建議燒開的水儘快喝掉。

　　參考資料：

　　[1]梁成可,陳華.飲水機反覆加熱對桶裝礦泉水中亞硝酸鹽含量的影響[J].上海預防醫學雜誌,2007(07):343-344.

　　【提醒】隔夜水致癌？空心番茄是打了激素？路由器有輻射？答案來了

　　by 岷客

　　Q.E.D.

　　**Q2****現在對癌細胞的治療方案都有哪幾種呢？**by 匿名

　　答：寫在前面，本文不構成任何醫學建議，如有情況請及時就醫。

　　目前主流治療癌症的方法，總的來説分四類：手術、化療、放療和生物療法，每一類中又可以分為若干種治療方法，它們各自適應若干種癌症在不同階段的情況。

　　手術一般在癌細胞沒有擴散前實施，將病灶整個摘除，嚴格來説不算在細胞層面的治療方法。化療是指使用化學藥物殺滅癌細胞，這些藥物既包括抗生素類、嘧啶類、含鉑有機藥物等傳統化療藥，也包括抗體偶聯藥物和脂質體等新型藥[1]。

　　放療是使用微波、電離輻射或離子束破壞癌細胞的療法，分為體外放療和體內放療兩類。放療可以有效破壞癌細胞內的生物大分子，但是輻射也可能引起正常細胞損傷[2][3]。

　　生物治療主要包括基因治療和免疫治療，此外還包括內分泌治療等形式。基因治療是將外源細胞的“自殺基因”或“免疫基因”導入患者體內並誘導表達[4]。免疫治療是指調動人體自身免疫系統對抗癌細胞的療法，主要包括免疫檢查點抑制劑、免疫細胞治療、腫瘤免疫疫苗、溶瘤病毒及免疫聯合治療等具體方法[5]。

　　在具體治療中，醫生常常根據患者實際，採用多種療法聯合治療。此外，中醫藥也有相關對症治療的理論，有時可以作為輔助治療手段使用。

　　寫在最後，本文不構成任何醫學建議，如有情況請及時就醫。

　　參考文獻：

　　[1]張百紅, 嶽紅雲. 腫瘤化療藥物10年[J]. 現代腫瘤醫學, 2019, 27(01):182-185.

　　[2]周旭林, 滿沐苒, 劉清華. 放療在肝癌治療中應用的研究進展[J]. 現代腫瘤醫學, 2019.

　　[3]孫文吉,陶冀.微波消融治療肺轉移瘤的研究進展[J].現代腫瘤醫學,2021,29(20):3673-3676.

　　[4]劉濤,沈傑,何鳳,張丹,項方,盧斌.大腸癌生物治療臨牀應用研究進展[J].現代腫瘤醫學,2014,22(07):1707-1711.

　　[5]何楚楚,陸海波.食管鱗狀細胞癌免疫治療的現狀與展望[J].現代腫瘤醫學,2021,29(14):2566-2569.

　　by 藏痴

　　Q.E.D.

　　**Q3****為什麼當磁鐵靠近電視機屏幕時會使圖像變形?**by 匿名

　　答：

　　我想提問者應該問的是以前的老式電視機，這種電視機是靠陰極射線，也就是電子打在熒光屏上發光的，在熒光屏後面有兩個偏轉電場，分別在豎直方向和水平方向，當電子通過這兩個電場時就會在其中產生偏轉，從而打在了熒光屏上的不同位置，因此就會顯現出圖像了。

　　圖片來源於網絡

　　但是如果這時有一塊磁鐵靠近屏幕，那麼電子就不僅受到電場的電場力，還要受到來自磁場的洛倫茲力，洛倫茲力會影響電子打在屏幕上的位置，因此圖像就會變形了。

　　還有，以前開演唱會的大音響也都是不會放在顯示屏旁邊的哦，因為大音響裏面有磁鐵，可能會影響顯示哦。

　　當然，現在的電視機都是液晶顯示屏了，顯示原理是利用液晶分子在電場中的排列不同，從而對光的透射進行調製，從而顯示出了不同的圖像啦，因此是不怕磁鐵的哦。

　　by 有衡

　　Q.E.D.

　　**Q4****聲音是由於振動產生，那聲音又是怎麼消失的呢？**by 匿名

　　答：

　　聲音是對於人而言的概念，正常人耳朵能感受到的聲音的振動頻率範圍在20Hz-20000Hz之間，但實際上即使在此頻率範圍內也不一定能夠聽到。另一方面，人耳對於聲強的分辨力與靈敏度都是有限的，故對振動的聲強也因人而異有不同的要求，比如説年長的老人能聽到的聲音強度下限可能就要更高一些，因此聲強往往不做要求。聲音雖然是因為振動的產生而產生，但是聲音不是隨振動的消失而消失的，振動不再符合上述的定義後自然就無法被人察覺，也就是聲音消失了。以下是常見的三種會導致聲音的聲強和頻率發生改變的情況。

　　聲波傳播過程中，其能量會被不斷的吸收，轉化為其它形式的能量，其聲強和頻率都會發生改變。

　　擴散也會導致聲波的能流密度隨着傳播距離的變遠而越來越小，引起聲強和頻率的變化。

　　不同聲波之間的干涉。

　　by Freelance

　　Q.E.D.

　　**Q5****為什麼秋天的天空顯得格外高，格外清澈？**by 匿名

　　答：

　　高與清澈對天空來説是一樣的，更清澈的天空看起來會更高，而更高的天空往往也更清澈。秋天獨特的天氣系統導致了秋天的天空會更高更清澈。

　　秋天作為夏天和冬天之間的過渡季節，天氣系統開始發生改變，冷空氣增強，我國大部分地區的低層大氣開始受大陸冷高壓控制；而高層天氣系統的移動速度要滯後於地面，此時仍受副熱帶高壓控制。低層的冷高壓和高層的暖低壓共同抑制了地面水汽的上升，大大減少了空氣中的水汽含量。

　　地球風帶氣壓帶分佈圖 | 圖片來源自網絡

　　另一方面，經歷過夏季雨水沖刷之後，空氣中塵埃微粒的含量大大下降；地面的冷高壓也會抑制塵埃的上升，使秋天的空氣更加純淨。純淨的大氣讓秋天的天空顯得格外高、格外清澈。

　　“秋高”和“氣爽”往往同時出現。“氣爽”的原因有以下幾點：

　　之前介紹過，秋天空氣中的水汽較少，不會潮濕；

　　低層大氣受冷高壓控制，肺內氣壓與外界氣壓更容易達到滿足呼吸的差值，人們呼吸不會感覺費力。（相反暴雨來臨之前低氣壓會導致呼吸格外費力，感覺會更“悶”）

　　秋季温度適宜，人不容易出汗，比較“乾爽”。

　　這些因素共同導致了秋天的“氣爽”。

　　參考資料：

　　[1]高由禧.東亞的秋高氣爽[J].氣象學報,1958(02):83-92.

　　[2]《中國氣象報》2016年9月2日四版

　　by 樂子超人

　　Q.E.D.

　　**Q6****水滴為什麼上面尖下面圓，而不是球形或者別的形狀?**by  小小戀熊

　　答：

　　可能不少人印象中的水滴是上面尖下面圓的淚狀，這多少和海報、節水標誌中常用淚狀表示水滴有關。實際上，水滴的形狀並非如此。

　　在太空中沒有重力影響，水滴為近乎完美的圓球。這是因為水滴的表面張力，在此作用下水滴表面積趨於最小（表面積越小，能量越低）。在體積相同的情況下，球形表面積最小，所以水滴是球形。

　　實際生活中，重力等影響會使水滴偏離球形。以水龍頭為例，水滴搖搖欲墜時，頂端仍與水龍頭有小面積的接觸（上面的尖），底端下垂，重力和水龍頭的附着力將水滴拉扯成長橢球，比較接近淚狀。徹底墜落後，水滴很快變成扁橢球並向下運動，然後又變成圓球、長橢球、圓球、扁橢球，如此循環變形，如圖。

　　圖片來源

　　至於雨滴，文獻指出直徑小於1mm的雨滴以球形為主，在1-3mm的雨滴以橢球形為主，在3-5mm的雨滴為底部扁平的饅頭狀，如圖（直徑是指與雨滴體積相同的球的直徑）。雨滴所受重力與直徑的三次方成正比，表面張力與直徑成正比。當雨滴較小時，重力遠小於表面張力，可忽略重力，在表面張力作用下雨滴成球形；雨滴較大時，重力與表面張力相當，不能再忽略，這使得雨滴偏離球形而呈橢球形；雨滴很大時，底部受到較大的空氣阻力，使得底部扁平化而呈饅頭狀。

　　參考文獻：

　　[1]蔡一坤.穿透現象和液滴形狀的關係[J].力學學報,1996(04):106-109.

　　[2]舒小健,高太長,劉西川,胡帥,江詩陽.基於降水微物理特徵測量儀的雨滴形狀觀測與分析[J].氣象,2017,43(01):91-100.

　　by 半七

　　Q.E.D.

　　**Q7****請問物體只要在空氣中振動就一定能發出聲波嗎？比如在空氣中招手會不會產生聲波？來回走動會產生聲波嗎？**by 聲波好難啊

　　答：

　　一定能，但是一方面我們不一定能聽到，另一方面不一定是在空氣中。首先需要解釋什麼是聲波：處在介質中的物體發生振動時，由於與介質之間存在相互作用（比如碰撞），將能量傳遞給介質。這部分能量會在介質中以波的形式傳播，這便是聲波，本質是機械波或者説力學波。這裏的介質不一定是空氣，還可以是液體（比如聲吶利用水中的聲波工作）或者固體（比如在一端敲打鋼管另一端可以聽到）。

　　聲波是一種疏密波，因為聲源物質與介質作用的同時也在影響周圍介質的密度，介質的密度有疏有密，且疏密的分佈隨着時間在介質中向前傳遞。正是由於振動方向與聲波傳播方向的一致，聲波屬於縱波。

　　疏密波示意 | 圖源自參考資料[1]

　　從上面的描述，顯然無論是招手還是走動都應該可以產生聲波，但為什麼我們聽不到呢？這要從頻率以及能量兩個角度來理解。説頻率，因為我們的耳朵不能聽到任意頻率的聲波，一般只能分辨20Hz（赫茲）至20kHz之間的聲波。低於20Hz的聲波叫做次聲波，超過20kHz的叫做超聲波。這就是為什麼自己招手似乎不出聲，卻能在半夜聽到來自蚊子的問候。（蚊子扇動翅膀的頻率約為500-600Hz）

　　最後就是能量的角度，既然聲波的傳遞伴隨着能量的傳遞，那麼能量在傳播過程中也會逐漸消耗。此外，當聲波向非單一方向傳播時，由於單位時間傳出的能量一定，而聲波的包絡面隨着傳播變大，單位面積的能量降低。

　　能量由於擴散削弱示意

　　綜合上述兩個因素，聲波在距離聲源較遠處會變得微弱，以至於耳朵無法分辨，這就是為什麼蚊子不在耳邊時聽不到它的問候。（“嗡~還沒睡呢？”）自然，當聲源傳出的能量很微弱，能傳播的距離也會很近。

　　參考資料：

　　什麼是聲波?

　　聲波——百度百科

　　超聲波——百度百科

　　聲吶是原理 聲納是利用什麼原理呢？

　　by 雲開葉落

　　Q.E.D.

　　**Q8****電子在運動中會相撞嗎？**by DDot

　　答：

　　首先要明確問題中所説的是兩個負電子還是一對正負電子。如果是兩個負電子的話，由於電子帶負電，相互之間存在庫侖斥力，且距離越近就越大，因此兩個負電子並不會直接相撞，而是會發生散射，這被稱為穆勒散射(Møller scattering)。

　　但如果問題所説的是正負電子的話，那麼答案是可以。正負電子碰撞後會發生湮滅，併產生大量能量，產生的能量一般以光子形式釋放出來。當然，正負電子碰撞時也會發生散射，這被稱為巴巴散射(BhaBha Scattering）。這一現象在高能物理領域中有重要應用，我國第一台高能加速器就是坐落在中科院高能所院內的北京正負電子對撞機，是研究高能物理，認識微觀世界的一個重要手段。

　　(圖片由筆者本人拍攝)

　　by fiufiu

　　Q.E.D.

　　**Q9****説託卡馬克裝置可以用磁場來約束核聚變產生的熱量，磁是怎麼約束熱量的？**by 縫它跌

　　答：

　　首先要明確的一點是，託卡馬克磁約束的不是熱量，而是等離子體，能量是由被約束的等離子發生核聚變反應產生的。所謂的等離子體就是一大坨温度極高的粒子組成的中性物質，和固體、液體、氣體一樣屬於一種物質形態。核聚變是使諸如氫原子核一類的較輕的原子核在至少上億度的高温下克服原子核之間的庫侖排斥力結合形成較重的原子核的過程，原子核在結合後相比結合前的總質量發生了虧損，根據質能方程

　　，虧損掉的質量變成了巨大的能量。如果沒有磁場的約束，等離子體就會慢慢冷卻以至於無法發生核聚變，而託卡馬克裝置可以長時間約束等離子體。

　　託卡馬克裝置是一個類似於輪胎狀的環形真空腔，外面纏繞着多組一定形態的線圈，核心裝置就是下面這個圖的樣子。我們中學都學過，電流可以產生磁場，在這裏我們更進一步，外面纏繞的線圈通入電流後會在託卡馬克的環形腔裏產生繞着腔體旋轉的環形磁場，也就是圖中標出的B1。在實際的操作中，先在真空腔中通入少量氣體電離出少量離子，然後通過感應或者微波、中性束注入等方式，激發並維持一個強大的環形等離子體電流，這個環形等離子體電流同樣會產生繞着等離子電流一圈的磁場，也就是圖中標出的B2，我們看到這時環形腔體中的磁場就變成了一邊繞着大圓旋轉的磁場B1，一邊繞着小圓旋轉的磁場B2，總的效果就是一個如圖中B3樣式的螺旋形磁場。

　　託卡馬克裝置原理圖 | 圖源自維基百科

　　等離子體中的帶電粒子在磁場中運動，嚴謹的理論分析比較複雜，我們在這裏可以簡單地分析一下，帶電粒子離開中心的速度可以放在圖中小圓的平面中，也就是圖中標出的v，這個速度當然是與B1垂直的，所以帶電粒子就會在磁場B1的作用下被約束在如圖中綠色軌跡的圓周裏，同時，磁場B2的作用則是約束由於存在磁場梯度導致帶電粒子向腔壁方向的漂移行為。綜合來看就是管道內部的總磁場B3將等離子體約束在環形管道中，使其能夠長時間地發生核聚變反應。作為一些拓展，除了託卡馬克裝置，還有一種利用高能激光進行慣性約束核聚變的方式，感興趣者詳見參考文獻3。

　　參考資料：

　　託卡馬克 維基百科

　　核聚變 維基百科

　　張傑.淺談慣性約束核聚變[J].物理,1999(03):18-28

　　by Garrett

　　Q.E.D.