维基体育杯子为什么飞机起飞时要调暗灯光？ No371
答： 答案是为了乘客们的安全。 航空业的绝大多数规则和做法都是以过去的事件和意外情况为基础的。它们发生后会被仔细检查。通过这些研究和考察，制定并实施了使航空更安全、更有效的规则。 当人眼从光环境移动到黑暗环境时，要经过一段时间让视觉敏感度逐渐提高，才能看到暗处的物体，即暗适应过程。经研究显示，在进入暗处的最初7分钟之内，人眼感光阈值会出现一次明显下降；在进入暗处25-30分钟之后，阈值才会下降至最低点。在飞机起飞前3分钟和降落前8分钟，飞行是最危险的，民航业内有一个专业的术语——危险十一分钟，也有人将其称为“魔鬼十一分钟”。这段时间内关闭灯光可以让人们提前进行暗适应过程，这样在出现紧急情况时，乘客能够跟随紧急出口灯光，快速找到出口。 同时飞行员也会将驾驶舱的灯光关闭，方便看到指示灯信号。 也有说法是关闭灯光是为了让飞机能够将能源集中在发动机，保证飞行平稳。 参考资料： by 乐子超人 Q.E.D.Q2 地震预警是通过检测次声波实现的，那么同样是机械波，为什么声波比地震波传播快？
答： 地震波就是一种次声波，又分为横波和纵波。纵波传播速度快、对建筑危害小；横波传播速度稍慢，对建筑物危害大。震源同时发出纵波和横波。纵波先到达震中地表，被传感器探测到。然后系统尽快发出预警，抢在横波到达地表之前给人们避难时间。而在远离震中的地方，预警信号以电磁波的速度传播，地震波以固体声速传播。因此可以做到分钟量级的提前预警。 by 井筠 Q.E.D.Q3 物理君，我儿子最近问我，非常清澈的水，如果水深达到1000米，甚至更深时，我们还能看见水底吗？
答： 难以看见，除非水底有非常强的光源。虽然水是透明的，但光在水中传播时会发生衰减，强度随着传播距离呈现指数衰减。 其中 是衰减系数， 是光在水中传播的距离。这个衰减包括水对光的吸收和散射两方面作用，如果只考虑吸收，则 为吸收系数。在可见光波段，波长越长(越靠近光谱的红端)，吸收越强烈， 在 到 数量级。若取吸收系数为0.1，约70米之后光强就降为初始的千分之一，传输1000米光的强度已经减弱为原来的 分之一，通常人是不可能看见的。另外，对于纯水，散射主要是瑞利散射，不同于吸收，蓝紫光的瑞利散射较强，因此人们常看到清澈的水呈蓝色，但是对于千米深度，散射的光也将几乎被全部吸收。除非是一个细长的杯子，你可以从侧面看到散射光。 事实上，人们通常把海面以下阳光无法到达的深度称为无光层，根据不同的海域，无光层的最上端位于海面以下200米到800米深处。因此，想要看到千米深的水底几乎是不可能的。 by 利有攸往 Q.E.D.Q4 在热天为什么看远处的公路有一种蒸发热浪的感觉？
答： 这是一种常见的大气折射现象，其根源在于空气的折射率会随着温度、压力甚至湿度等量的改变而改变，比如曾有人总结出实验室条件下的近似公式： 其中 是标准状态的空气折射率，而 则是在某一温度、压力下的折射率。其中压力p以托尔（torr）为单位（1 torr = 1/760 atm），温度T以℃为单位。 在热天，公路经过太阳的暴晒温度会很高，于是会加热附近的空气，使其升温膨胀，折射率也发生变化。而远离地表的空气温度相对低，其折射率自然不同。然而低处高温的空气由于膨胀后密度减小会上升，而高处的低温空气则会下沉，这使得各个位置的空气折射率并不是不变的，而是随着这种加热与对流的进行动态变化的。 近地面光线在某一时刻可能的光路示意(蓝线) 当远处的光线穿过这样的空气，会在多个不同折射率的空气区域的交界处发生折射维基体育，且折射的情况实时变化，这种闪烁感就像看见某种“气流”在流动。与之类似地，看火焰的附近也会有类似的闪烁感，即“热浪”。 参考资料： Edlén B. The refractive index of air[J]. Metrologia, 1966, 2(2): 71. by 云开叶落 Q.E.D.Q5 一个家用电灯泡有星等吗，如果有是多少？
答： 常见的星等包括视星等和绝对星等等几种。视星等是人眼看到的亮度，以织女星为参照记为0等，每高5等亮度变暗100倍。也就是说，5等星比0等暗100倍；0等星又比-5等暗100倍。绝对星等数值上等于距光源10秒差距（约32.6光年）处的视星等。所以，灯泡的视星等可以估算，而绝对星等趋向负无穷。 物体A的视星等 ＝ ，其中L是光度，它的量纲是功率，单位可以取瓦特杯子，R是光源到观察者距离。[1]我们把太阳设成参考B，视星等 ＝ ，用太阳平均辐射强度代替 。在距离发光功率34W的灯泡3m处的 ＝ ，算下来灯泡“视星等”大约-19.3，相当于在海王星近日点看太阳[2]。 需要指出的是，星等是一个天文学概念，而灯泡亮度是光度学概念，二者相关但并不是同一套系统。由于学科发展的历史影响，它们用的甚至不是同一套单位，换算也并不容易。这里我们使用了相当理想且粗略的近似以及解释，以使答案尽可能通俗。 参考资料： by 藏痴 Q.E.D.Q6 磁单极子有可能存在吗？如果发现了会对物理学有什么影响？
答： 是有可能存在的。1931年，Dirac提出一个假设[1]，他认为磁应该和电具有和谐的对称性，既然电有电荷，那么就没有理由禁止磁有磁荷。他还在文章中指出，磁单极子可以解释为什么电荷是量子化的，也就是说存在最小的电荷元e，它和磁荷元g满足关系[2] 磁单极子假想图 图源：CERN 如果磁单极子真的存在，麦克斯韦方程组也需要做一些修改，当然改动并不大，只需要补上有关磁荷和磁流的项。你可以对比一下改动前后的方程组，加上磁单极子后电和磁完全对称了。 为了寻找磁单极子，人们做了各种各样的实验，有在太空射线中寻找的，也有在粒子对撞机里找的。但是目前为止，人们还没有确凿地发现磁单极子。 参考资料： Dirac, P. A. M. Quantized Singularities in the Electromagnetic Field[J]. Proc. R. Soc. Lond. 1931, A13360–72 Dirac, P. A. M. The Theory of Magnetic Poles[J]. Physical Review, 1948, 74(7), 817–830. 杨焕雄.电动力学理论中的磁单极子[J].大学物理,2015,34(06):1-8. by 牧羊 Q.E.D.Q7 真空中的光速是c，但谈及速度必须有参照物，真空没有参照物哪来的光速？
答： 真空中是否可以有参照物呢？如果将真空理解为没有任何物质，那么就没有参照物。但更实际的考虑是，真空作为物理学的基础概念，在不同的语境下有不同的意义，例如电磁学意义上，真空指不存在使光减速的介质。这样我们完全可以找一个真空环境，里面放上探测器，只要光通过的地方没有介质，其它东西都可以是参照物。 此外，真空中的光速不依赖参考系(参照物)的选择。狭义相对论的光速不变原理告诉我们，真空中的光速在任何惯性系中都相同，且与光传播的方向和光源运动状态无关。这里惯性系指的是不具有任何加速度的参考系(或者说参照物)，在这样的参考系下，牛顿第一定律成立。 by 利有攸往 Q.E.D.Q8 非金属元素具有抗磁性是因为没有未成对电子，为什么有些金属，比如铜，核外有未成对电子，却仍然表现抗磁性？
答： 当大量金属原子结合形成固体时，原子内层电子受引力强，被局域在原子核附近，而外层电子则能脱离单个原子的束缚在整个金属中游荡。失去外层电子的金属原子将成为离子维基体育。因此，金属从微观上可以看成是大量巡游电子在离子构成的点阵中接近自由地运动。 上面的微观图像启示我们，金属的磁性也可以分为离子和巡游电子两部分的贡献。若金属原子内层存在未配对的电子，则其离子将具有净磁矩，对于外磁场的响应也主要体现为顺磁。若内层所有电子均已配对，金属离子在外磁场下的感生磁矩将与外场相反，表现为抗磁性，磁导率 ，其中 为内层电子数目， 为内层电子质量， 为离子的平均半径， 则为单位体积内的离子数量。 对于巡游电子，其同样存在由自旋磁矩贡献的顺磁性和由轨道磁矩贡献的抗磁性，分别被称为泡利顺磁性和朗道抗磁性。泡利顺磁性和朗道抗磁性的强度之比为 ，其中 为自由电子的质量，而 为材料中电子的有效动力学质量。对于金属， ，因此巡游电子整体贡献顺磁性，总磁导率 。 对于铜原子，其电子构型为 ，方括号内就是一价铜离子的电子构型，各个壳层均被填满。因此在金属铜中，离子将贡献抗磁性，未配对的外层巡游电子将贡献顺磁性。这两个因素的竞争决定了金属铜是抗磁还是顺磁。非常靠近原子核的芯电子，受到原子核以及其它电子很强的相互作用，其有效质量 非常大，其运动基本被冻结，对于抗磁性的贡献也很小。然而铜离子的3d电子距原子核较远，有效质量 与自由电子质量 接近，且数目众多，因此填满的3d壳层对于抗磁性的贡献显著。此外金属铜的晶格堆积紧密， 较大，这也增强了离子抗磁性的贡献。最终离子抗磁性在竞争中占据上风，金属铜因而整体表现为抗磁。 by 乐在心中 Q.E.D.#投票#本期答题团队
