外星人真的存在嗎？

尋找地外生命

是探索宇宙奧秘的重要組成部分

那麼問題來了

外星人叫你一聲

你敢答應嗎？

如何才能聽到外星人的聲音呢？

1

Q

不倒杯為啥不倒？

by 匿名

A

如圖所示，整個杯子的底部由三個主要部件組成。綠色的是杯子的主體，紅色部分是杯子的底部，黑色部分是夾在它們中間的一個部件。黑色部件能在杯子自身的重力下，與杯子底部的紅色部件和光滑的桌面中間形成密閉的空腔，這個空腔有一個開口，開口的另一邊是黑色部件和綠色部件的介面。

在水杯放好之後，如果試圖從左右搖晃杯體（綠色部分），綠色杯體和黑色部件相互巢狀在一起，就會要求黑色部分也跟著搖晃，但是黑色部件-紅色杯底-杯子所在的光滑桌面形成的空腔產生的負大氣壓就會吸住黑色部分，讓黑色部分無法正常搖晃。

如果想把杯子從桌面上拿開，那就需要從垂直方向提起杯體，這個時候綠色部分和黑色部分先自然分離。分離之後，外界的空氣就可以借上面所說的小孔進入黑色部分紅色部分的空腔，讓負壓消失，這樣就可以輕鬆地把杯子提起來了。

圖片來源：明明實驗室

By Luna

2

Q

遊標卡尺和螺旋測微器是誰發明的？為什麼遊標尺總有一個刻度和主尺對齊？

by ksuwydg

A

高中物理學習讀數測量的時候繞不開的一個點就是遊標卡尺和螺旋測微器。小編在最初接觸到這兩個東西的時候就覺得這兩個東西很精巧很神奇（●—●）

話說回來，遊標卡尺的話，我國在王莽新朝時期就有了類似的發明，不過那個時候還是青銅製作的，外觀和使用功能和現在的遊標尺很接近了，而西方記載的遊標卡尺則由法國數學家Pierre Vernier在17世紀發明，到現在為止，遊標卡尺的英文Vernier calliper還是以後者命名的。而螺旋測微器則要晚得多，一般認為是Jean Laurent Palmer在1848年發明的，他在當時申請獲得了專利，稱之為“帶圓遊標尺框的螺紋卡尺”。

接下來說第二個問題，為什麼遊標尺的主尺和遊標總有一個刻度是對齊的？首先我們用減法的方式來回顧一下讀數方法：遊標的0位如果和主尺對齊了，那麼顯然讀數就是主尺上的刻度，這個毫無疑問。如果遊標0位沒有對齊，那麼後面第n位“對齊”了主尺的刻度M，我們假定遊標刻度標法是把長度K等分成P份，也就是說相當於被測物真實長度L上加了n*（K/P）的長度後等於M，即L=M-n*（K/P）。

細心的朋友可能發現了前面的“對齊”是加了引號的，也就是說這裡的對齊實際上並不是確切意義上的對齊。換句話說，是我們在精度（1-K/P）（單位毫米）範圍內，認為L在一份一份地補上了n*（K/P）的長度後“能夠等於M”。

事實上，如果你的眼睛有超級分辨能力，你會看到遊標的刻度並沒有“對齊M的刻度”而是“很接近M的刻度”。不過因為刻度線本身有寬度而且肉眼分辨有限，在視覺上就把這個“很接近”當作“重合”。

這樣來說，當精度提高的時候，遊標被分得更細，上下兩條刻度也變得更“接近”，不過在肉眼看來它們依舊是對齊重合了。

By Dannis

3

Q

為什麼重複寫某個字，會越看越不像字？

by 狗子

A

小時候罰抄寫名字，經常抄著抄著陷入了“我在寫啥”的疑惑，甚至自己的名字也不認得了。心理學上對此給出瞭解釋——這是一種叫做“語義飽和”的現象。

真奧義·降龍十八足

事實上，字元本身是沒有意義的。我們對字元作出反應是因為我們透過學習把一個個的字元和與其相關的意義儲存在我們的大腦中，當我們第一眼看到這個字元時大腦會馬上反射給出與其相關聯的解釋。但是看的時間長了我們關注的就成了這個字元本身。

長時間看或寫同一個字，大腦在接受持續的相同的刺激後產生了神經疲倦。通俗一點講，就是大腦的同一個區域一直拼命地工作。在一直處於高強度運轉的情況下，大腦變得疲憊了，出現了短暫的“罷工”情況。這是正常的現象，休息一下緩一緩，這種情況就會消失了。

By Dannis

4

Q

個人想接受來自外星人的訊號，需要準備什麼？

by Looooop

A

尋找地外文明是個非常複雜困難的事情，需要龐大的科研技術團隊分工合作，且有雄厚的專案資金支援才能嘗試。對沒有專業儀器裝置的一般人來說，是幾乎不可能完成的任務。即便如此，製造出理論上有機會接受到來自外太空的訊號的望遠鏡/天線列陣還是有可能的。

首先要確認的事情是，來自其他文明的訊號很有可能是非常微弱的，要想接收到它們，需要足夠靈敏的望遠鏡/天線，能夠捕捉到非常微弱的訊號。而絕大多數宇宙射線和訊號都無法有效地穿透大氣層，只有一小部分的可以，這就是所謂的大氣視窗。

考慮到現在光汙染也很嚴重，最合適的探測波段就是透射率接近100%的波長為10cm-10m的波段了，這也就是目前科學家們探測地外訊號最主要的波段。確定好大致的探測波段之後，接著就是設計望遠鏡。當然對於個人來說，DIY一個射電望遠鏡也不是不可能，由於涉及了大量專業知識在這裡就沒法詳細展開了，感興趣可以在網上找到相關的文獻和方法。可參考：建造自己的射電望遠鏡；追蹤銀河行動。

但是，就算是有了勉強堪用的射電望遠鏡，要想恰好能接受疑似有智慧的訊號也是幾乎不可能的，科學家們早就已經嘗試使用射電望遠鏡列陣進行相關的探測了，卻依然沒有結果。

當然，最重要的是要學一門外語啦，比如這句“尒揙嫃蜯！”

By Luna

5

Q

聽說汽車開暖氣會導致發動機產生的一氧化碳等廢氣進入車內，是真的嗎？汽車開暖氣要不要開啟A/C按鈕？

by 匿名

A

汽車空調使用了兩種迴圈模式——內迴圈和外迴圈，雖然都可以調節車內的溫度，但是它們之間還是有一些區別的：內迴圈保持空氣只在汽車內部迴圈，而外迴圈則會引入部分車外的空氣，空調的空氣迴圈系統肯定是和氣缸裡氣體的迴圈系統完全分離的，理論上並不會引入自己汽車燃燒的廢氣。但是為什麼我們實際使用的時候會感覺有的時候外迴圈會讓車內空氣渾濁呢。那是因為，開啟外迴圈之後，外界的空氣可以進入汽車內部，而開車的時候汽車常常是在馬路上，跟在別的車子後面開的，有的時候使用外迴圈就會把別的汽車排出的尾氣引進來了一點，這也是無法避免的事情。總的來說，外界空氣不乾淨的時候，最好不要使用外迴圈。

但是也千萬不要一直只使用內迴圈哦，人的呼吸總會逐漸消耗汽車內部的氧氣，如果一直不開啟外迴圈的話，汽車的氧氣會慢慢地被消耗掉，而又無法透過外迴圈來補充，汽車內部的空氣就會越來越渾濁，最後甚至有可能引起窒息，所以大家一定要注意及時使用外迴圈或者開窗換氣哦。

By Luna

6

Q

特等獎影片裡彎曲的水和反重力的水滴是怎麼做到的？

by 匿名

A

影片中我們看到的彎曲的水和反重力的水滴實際上是由於攝像機拍攝的幀率導致的。這裡稍微解釋一下攝像機拍攝影片的原理，影片其實是由一幀幀照片組成的，我們在影片中看到的彎曲的水並不是連續的水流，而是不同時刻下水的位置。類似高中物理中的電火花打點計時器，時間間隔相同，記錄下每一時刻的物體的位置。這裡的每一幀照片就像計時器的每一個電火花一樣，只要時間間隔夠短，連續播放時就能給人動態影片的效果。當影片製作者把錄影機的幀率調到和水流振動的頻率相同時，那麼相機每一幀記錄的都是水流的同一相位（這裡可以簡單理解為同一位置），這樣一來水就看起來像是靜止懸浮在空中，但當把幀率調高或調低時，看上去水珠就會相應下降或上升，形成我們看到的“反重力水滴”的感覺，實際上水還是在連續地下落。

實際情況

反重力水滴（相機幀率略低於水的振動頻率）

By 懶懶的下午三點半

7

Q

請問超導研究中超導是如何進行檢測的？超導電阻檢測通常都有哪些方法？

by 匿名

A

超導體具有兩個特殊的性質，零電阻行為和完全抗磁性。

零電阻行為指的是隨著溫度的降低，物質的電阻在某個溫度突然下降，降到儀器檢測不到的最小值，突變前後的電阻值存在量級上的變化。由於任何儀器的靈敏度具有限制，因此實驗上只能確定超導電阻的阻值上限，無法嚴格證明其電阻為零。1908年Onnes發現Hg超導現象的實驗條件給出電阻值的上限是10-5歐姆，為了更精確的確定超導電阻的上限，科學家採用“持續電流法“將超導體電阻率的上限提高到10-26歐姆·釐米，遠低於正常金屬的最低低溫電阻率10-12歐姆釐米。因此認為超導體的電阻率確實為零。

實際測量中，常用的方法就是大家所熟知的伏安法測電阻。研究人員一般會使用低溫測試系統，結合四引線法消除接觸電阻，可以測量的最小電阻大約是10-5歐姆，一般物質電阻值小於儀器誤差且轉變前後電阻值有量級上的變化就可以認為物質進入超導態。

同時為了證明物質確實進入了超導態，一般需要結合超導體的完全抗磁性進行判斷，這就需要測量物質磁矩隨溫度的變化。一般需要利用振動磁強計（VSM）結合低溫測試系統進行測試，當物質的磁化曲線在低溫下表現抗磁訊號（磁化率為負值）時認為物質具有抗磁性。

為了更好的研究超導體的性質，通常的電磁學測試還包括等溫磁化曲線（M-H曲線，類似於鐵磁體磁滯回線），加場電阻率測試，單晶各向異性測量（有一些超導體會翻臉不認人喲）等等。想深入瞭解超導嗎？想為了實現超導量子計算、實現超導磁懸浮列車、甚至利用磁懸浮上天入地貢獻自己的力量嗎？想的話，就來加入物理所吧！

”持續電流法“及抗磁測量請參考《超導物理》第三版 張裕恆 P23-27。

By Luna & 勿用

8

Q

粒子的自旋是什麼？真的會轉嗎？為什麼會有1/2這種分數表示？

by 匿名

A

粒子的自旋其實對應粒子真的在轉，但和你開心地轉圈的轉又有點區別。首先先來說一下為啥對應真的在轉，材料中電子的旋轉有兩類，一類是繞著原子核的「公轉」，一類是「自轉」。科學家們其實並沒有辦法從材料裡抓一個原子出來，拿在顯微鏡底下看裡面電子到底是怎麼轉的，而是透過光譜來進行分析。轉的多快和光譜特定譜線的數量相對應。我們原本以為粒子只有「公轉」，也就是軌道角動量，但是這樣假定算出來的光譜譜線數量怎麼都和實驗對不上。所以人們才知道，粒子也有「自轉」。

但是自旋其實並不對應著粒子真實的轉動，而是指對波函式的操作。量子力學裡波函式是要用複數表示的，人們能觀測到的是複數的模的平方，所以在「轉一圈」以後即使多了一個負號，也沒有影響。它只需要滿足反週期性條件，這就是一些粒子自旋是 1/2 分數表示的來源。很多人會覺得這個多轉的一圈是不是粒子在高維的空間裡多轉了一圈呀？其實這是三維空間就有的性質。費曼曾經有一個很形象的演示方式，你只需要掏出你的右手，保持手心向上順時針旋轉一週。此時你的手臂就像被警察叔叔抓住的感覺那樣。這時繼續保持手心向上，從手臂下方繼續順時針旋轉一週，你會發現，「轉兩圈」以後，你可愛的右手又回來啦~。

By NKXXX

本期答題團隊：

物理所

Luna、Dannis、懶懶的下午三點半、NKXXX

感謝大師兄@李學苑的蒞臨指導！

寫下您的問題，下週五同一時間哦~

寫下您的問題，下週五同一時間哦~

地球的磁場可以用來發電嗎？| No。184

上期也精彩