Q1

紧急通话的原理是什么，为什么不插卡，没信号也可以紧急通话？

by 匿名

答：

首先我们看一下手机通话原理。手机开机后首先会检测是否有SIM卡，SIM卡做个比喻就像是你去景区买门票要用的身份证。SIM卡是用户身份模块（subscriber identify module）的简写，它能分辨用户的手机，可以储存一个64位的唯一标识码。这个标识码就像你的身份证一样，当你开机初次联网的时候，手机会搜索附近的运营商，将你的SIM身份码与同样储存在SIM卡中的认证密钥一同发给相应的运营商，运营商接下来生成一组随机数字，并同时利用密钥计算出一个响应码，前面生成的随机数被发送回手机，利用认证密钥手机再计算出这个响应码是多少，如果两个响应码一致，运营商就会把手机接入网络。这样可以确保是你本人连接到网络从而保障数据安全以及知道你的身份。

另外SIM卡还可以用来储存电话簿信息，不过这点现在有些过时了。

总得来说SIM卡最重要的用途就是验证身份，由于每个国家、地区的运营商和服务不同，需要SIM卡告诉基站你是谁，用的什么套餐。是否插卡不会影响手机射频模块的正常工作，因此这种打给警察、火警、急救、交通故障的紧急通话，无需确保数据安全和个人身份的电话当然不需要插卡。

那么手机没有信号时可以拨打紧急电话吗？手机没有信号反映的是手机的射频模块无法搜索到附近对应的基站和网络。一种情况是没有SIM卡运营商对应的基站，但是有其他运营商的基站，另一种情况是所处位置没有任何运营商的基站。第一种情况是可以拨打紧急电话的，在无法识别SIM卡身份的情况下，打给110、119、120、122的紧急通话有特殊通道，依旧可以接通，并且会利用基站对拨打用户的位置大致定位。如果是第二种情况那么就真的无法拨打电话了。不过天无绝人之路，无任何基站的野外还有一种自救方法就是拨打卫星通话（当然要手机支持才行），这种通话方式无需基站，可以直接与地球轨道上的卫星取得联系。

by opzk

Q.E.D.

Q2

衣上的图案是怎么搞上去的？为什么还会掉呢？

by 人

答：

向衣服上印图案叫作“印花”，通常有丝网印刷、热转印和数字印花三种的加工方式。

1. 丝网印花。丝网印花就是把类似于画画用的水性胶料或颜料通过丝网印刷的方法让水性的浆料渗透进面料。等颜料干了以后就会得到各种各样的图案和文，这种印花图案会因为水性胶料的粘稠度以及附着力不同，在穿用一段时间以后，出现起毛掉色甚至是脱落的现象。

1. 热转印印花。热转印印花就是用热转印纸，在相应的纸上通过高温把印花从纸上转移到衣服或者t恤上。但是热转印的印花会因为热转移纸的温度不合适、纸张及颜料的质量不好等原因导致热转印的胶质层没能和衣服很好地渗透，加之热转印的图案最怕紫外线的照射，所以衣服在穿一段时间以后可能会因为氧化而淬裂。

2. 数字印花。数字印花也叫做电脑印花，它是通过电脑来设计图案，然后通过打印机直接把图案在面料上打印出来的。电脑印花的好处是印花精细，但是容易由于衣服面料穿着摩擦或者是氧化最后导致印花开胶或者是脱落。

日常保养建议：

1. 分类洗涤，避免颜色交叉染色。
2. 冷水洗涤，使用温和洗涤剂，避免含有强碱性或漂白剂的洗涤剂，减少颜色掉落的风险。
3. 使用轻柔洗涤模式，减少摩擦和拉伸对印花的影响。
4. 避免紫外线直接照射。
5. 避免过度烘干和熨烫，以免纤维受损和颜色褪色。

by opzk

Q.E.D.

Q3

古人是如何制作冰块的？

by 匿名

答：

《诗经·豳风·七月》云：“二之日凿冰冲冲，三之日藏之凌阴”。这里面所写的“凌阴”，就是古代用来藏冰的冰窖，说明了在遥远的古代，人们就开始学会用冰来解暑。每年十二月，人们要去“斩冰”，储藏在冰室（古人发现地下、洞穴等地方可以长期保持低温），到夏天使用冰时，取出来放在冰鉴里。

之后人工造冰开始出现，人们开采硝石时发现，硝石溶于水时会吸收大量的热量从而使水结冰，这一发现被用到夏天制冰上。首先制作一个大容器，随后在中间抠出一个小容器，并将两个容器都装上水，大容器中还要加上硝石。而经过一段时间我们就可以发现，小容器的水会慢慢凝结成冰，而大容器中的硝酸钾会在凝固后重新出现。

后来人们通过反复实验和创新又发明了热水造冰，据史料记载，唐高宗年间，有个叫邢洪的官员，为了满足贵族对冰品的需求，他就采用了热水制冰的方法。他先将水烧开，然后放进水瓮中，再将水瓮埋在土中，利用地下的低温逐渐冷却，最终生成冰块。

《杜阳杂编》记载：“盛夏安镬，用水晶如掌者汲水煮沸，取越瓶盛汤，油帛密封，复煮千沸，急沉涧底，平旦冰结矣，名寒筵冰。”  《淮南万毕书》原句如下：“取沸汤入瓮，密覆新米粉，三日成冰。”密封沉入井中三日，水能结冰。

将煮沸的水倒入一个容器（瓮）中，并在表面覆盖一层新的米粉，这可能是用来吸收沸水冷却过程中产生的水蒸气，防止空气中的水分进入瓮中，进行温度交换。将瓮密封好，利用井中的低温环境加速水的冷却过程，三天后水就会结冰。虽然看着很异想天开，但是科研人员的证明表示，成功的机率大于失败的几率，所以有一定的可行性。

热水造冰的原理可以理解为，热水中的分子结构比冷水活跃，我们知道，水的密度随着温度的升高而降低，因此，温度更高的水体分子间的相互作用力也更小。所以可以得出结论：温度更高的水体，分子之间的相对地位更容易改变。根据姆潘巴现象，温度较高的液体会比同一条件温度较低的液体的温度下降的快。其次，若冷却的环境能够始终保持相同温度，那么温度高的液体会降到低于冷却环境的温度，最终温度低于液体结冰点时，会形成结冰的现象。

据科学研究发现，在开放的环境下，温度越高，气压越低。而在密闭环境下，温度越高，气压越高。对于古代人来说，要想挖出一个温度相对较低的井来说，其间耗费的时间和成本也是昂贵的。

结冰之后，我们再将温度高于0°C的水倒入冰盘中，水的温度会逐渐降低，直到达到0°C，在这个过程中，由于水的密度随温度变化而变化，冷水比热水更加密集，所以冰块会在水面上逐渐凝聚形成。同时，由于水结晶热的释放，导致周围的温度升高，从而导致水的周围区域融化，形成更多的液体，这就形成了不断扩大的冰层。在实践中，制造冰的过程需要控制好水的温度和倒入量，通过反复倒入热水和清除上层水，可以实现不断生长的冰块。

参考资料：

1. Dargon .古代没有冰箱，古人是如何制冰的？[J].家庭生活指南,2024,40(06):24.
2. 古人是如何制冰的？淮南万毕术中记载的热水造冰可行吗？- 轩墨墨的文章

by 蓝多多

Q.E.D.

Q4

超导bcs理论是到底是什么？真正的室温超导体应该是怎样的？

by 匿名

答：

首先回答第一个问题，BCS理论的核心是配对的电子具有了玻色子的性质，从而可以发生玻色爱因斯坦凝聚。

玻色爱因斯坦凝聚是一种宏观量子现象，这意味着体系里宏观数量的粒子发生了相干效应，我们可以用一个波函数来描述宏观数量粒子的集体行为。在此之上，可以衍生出零电阻、完全抗磁等奇异的性质。BCS三人提出，仅需要系统中有任意小的电子之间的吸引作用，便可以产生两电子配对，形成所谓的库珀对，库珀对由两个费米子组成，具有玻色子的统计性质，便有了“凝聚“的前提。同时他们给出了在常规超导体中电子吸引相互作用的来源。

我们可以想象这样一个场景，晶格里经过一个电子的时候，由于库仑相互作用，电子周围的晶格会发生畸变，畸变的效果是将该电子屏蔽掉，也就等同于在该电子的位置产生一个正电子，当原来的电子离开后，晶格需要一定时间才能恢复原来的位置，此时，晶格畸变产生的效果，也就是那个等效的正电子，便会对其他电子产生吸引相互作用。这样两个同样带负电的电子，便可以通过晶格产生一种等效的吸引相互作用，从而发生配对。

对于第二个问题，笔者并不能给出一个很好的回答（如果可以，恐怕就不会在这里答题而是去准备Nature投稿了）。但是从铜基、铁基、以及最近比较火热的镍基高温超导体来看，然后依旧从”配对+凝聚=超导”的范式出发，我们或许可以期许。

如果有一天真的发现了室温超导体，那它应该有较强的反铁磁/铁磁涨落（或者其他涨落）充当配对的“胶水”，同时在超导之前还有充足的电子可以形成库珀对然后凝聚，最好还有某种机制可以充分压制超导体的相位涨落，最后得到一个很高的超导转变温度。

by 前进四

Q.E.D.

Q5

舍利子到底是怎么形成的？

by 匿名

答：

舍利子相传为释迦牟尼佛遗体火化后结成的珠状物，在佛教文化中，通常指高僧或佛教圣人火化后的结晶体。那从科学角度看舍利子是怎么形成的呢？

舍利子颜色有很多种，透明度之间也有差异，根据化学成分分析，一种说法认为，人体内有大量的磷酸盐、碳酸盐等物质。火葬的温度约为800℃，这些物质在火化过程中可能以结晶体的形式沉积下来，形成了舍利子。也有人认为，舍利子可能是人体骨骼某些部分，或者体内的结石在火化过程没有完全燃烧，从而沉积保留了下来。

舍利子的形成是一个较为复杂的过程，作为文化的尊敬，我们在参观佛教寺庙的时候，仍应当尊重他们的信仰文化。

by Serendipity

Q.E.D.

Q6

为什么自行车在前进时不会倒?

by 课桌上的人生

答：

题主这个问题困扰了科学家们一个多世纪，至今没有一个非常确切的答案。经过大量的研究和探讨，科学家们提出了几种可能的解释。

早期的观点认为，自行车前轮的陀螺效应是自行车前进不倒的主要原因。当自行车的轮子高速旋转时，会产生类似陀螺的稳定性。旋转的轮子具有保持原有旋转状态的惯性，这种惯性可以帮助自行车保持平衡。当自行车倾斜时，骑车人可以通过转动车把来给前轮施加一个力矩，使其向倾斜方向转动并恢复平衡。

后来，科学家们设计出了没有陀螺效应的自行车，发现脚轮效应也是影响自行车稳定的重要因素。"脚轮效应"是指前叉转轴与地面的交点位于前轮接地点的前方。这种布局会产生一个力矩，推动前叉朝倾斜方向转动，从而使离心力效应发挥作用，帮助自行车保持平衡。在脚轮效应的帮助下，即便无人驾驶，直行运动的自行车也能保持稳定。

然而，2011年的一份研究发现在既没有陀螺效应也没有前轮尾迹的条件下，自行车照样可以行驶得很稳定【1】。他们的研究说明，自行车虽然构造很简单，但在一定的质量分布情形下，实际上是一种能够自动控制其行驶稳定的交通工具。其原因既不是陀螺效应，也不是前轮尾迹，实在是妙不可言。

参考资料：

1. A bicycle can be self-stable without gyroscopic or caster effects

by 鱼非我

Q.E.D.

Q7

最近有个很火的问题，就是如图：小明能不能把自己拉上去？

by 匿名

答：

可以，但小明不能太菜。

首先做几个假设：绳子不会被拉断，也不会出现明显伸长，质量远小于人质量——其实就是高中物理常见的不可伸长轻绳，但在实验室打螺丝久了总是忍不住强调。人拉绳子的力等于天花板对绳子的力，只要这个力T大于人、动滑轮和台子的总重力，人就可以把自己拉起来，甚至还可以加速上升。这时候，除了重力，人还受绳子向下的拉力T和台子向上的力F；台子滑轮组合体受重力和人向下的力F，同时受到向上的力2T。

要想把自己拉起来，直接考验的是小明的臂力和握力，至少要能把自己拉起来。所以，如果小明的身体素质菜到和我一样做不了三五个引体向上，那也是没法把自己拉起来的。

by 藏痴

Q.E.D.

Q8

思考的越复杂，大脑产生的热量就越多吗?比如我想数学题的时候越是想不出来，感觉脑袋越热，这就是CPU被干烧了?

by 匿名

答：

人脑仅占人体体重的2%，却占人体代谢负荷的20%以上，其单位质量的代谢成本是肌肉的10倍。然而与肌肉不同的是，大脑有它自己喜欢的口味——葡萄糖，正是因为大脑“贪吃”葡萄糖的习惯使其成为全身耗能最大的器官。

既然大脑耗能如此巨大，那是否意味着大脑工作越辛苦，消耗的能量越多呢？实际上大脑消耗的能量大部分来源于静息状态的耗能。大脑从来不会休息，即使在睡眠中，大脑也不会停止工作，仍然需要能量来维持细胞间的信号传递，从而保证正常的身体机能。

不仅如此，还有一些细胞专门负责向神经元输送营养物质，而这些细胞也需要一定的葡萄糖才能生存和工作。这也能解释为何童年时期的大脑耗能占比格外大。与静息能量相对的是每天思考、学习等脑力活动所需的能量，曾经有科学家试图量化大脑消耗卡路里的数量，结果表明大脑在进行困难任务的时候会增加能量消耗，但是与大脑总体的能量消耗相比就显得微不足道了，产生的热量也微乎其微。

那为什么思考很久的时候就会感觉头晕眼花，脑袋发热呢？这是由于长时间的学习或思考会让大脑需要更多的血液供应以提供氧气和营养物质，进而导致大脑血流量增加，身体局部温度可能发生变化，同时劳累、焦虑、肌肉收缩也会让人产生头痛发热的感觉。这样看来，光靠思考并不能消耗更多能量，头脑发热只是身体在提醒你要注意休息罢了。

参考资料：

1. 当你思考时，大脑会消耗多少热量?

by Sid

Q.E.D.

Q9

为什么带有摩尔纹的照片，缩略图的黑纹比大图的黑纹更深？

by Recluminist

答：

从图片本身来讲，生成缩略图的传统方法是将原图直接缩小到指定尺寸，这种方法步骤简单、容易操作，但也会带来内容模糊、视觉质量下降或者变形失真等诸多问题。当带有摩尔纹的照片以较小尺寸和较低分辨率显示出来时，黑纹会被更粗糙地渲染出来，甚至发生变形，这些因素可能会导致图案看起来更深。

从人眼感知来讲，人眼是一个复杂的光学系统，人眼对亮度的感觉并不直接由物体的亮度决定，还与周围环境的亮度有关。考虑一个简单的情况，当我们同时观看黑色背景上和白色背景上的灰点时，会感到后者比前者更亮一些，观察彩色时也有类似感觉，这一现象被称为“亮度对比效应”。除此之外，还有彩色饱和度对比效应和色度对比效应等，这些视觉感知现象使得在观看较小的摩尔纹缩略图时，由于图片的对比度和细节不同而感觉颜色更深。

by Sid

Q.E.D.

Q10

铍不是重金属，而且和镁、钙等无毒元素同族，为什么还有剧毒呢？

by 韩乐乐

答：

铍是一种罕见的轻金属，属于碱土金属，但它与同族的镁、钙等元素在毒性上有显著区别。铍及其化合物主要以粉尘的形式通过呼吸道进入人体，可导致急性或慢性铍中毒【1】。铍的毒性与其溶解度有关，可溶性铍化合物如氟化铍和硫酸铍的毒性较大，而难溶性铍化合物如氧化铍毒性较小。铍进入人体后，难溶的氧化铍主要储存在肺部，可引起肺炎；可溶性的铍化合物则主要储存在骨骼、肝脏、肾脏和淋巴结等处，它们可与血浆蛋白作用，引起脏器或组织的病变，甚至致癌。

相比之下，镁、钙等其他碱土金属在适量情况下通常被认为是无毒或低毒的。例如，大鼠口服氯化镁的半数致死量约为2800毫克每千克，氯化钙的半数致死量约为2301毫克每千克，而氯化锶的半数致死量约为2250毫克每千克。这些数值表明，这些元素的毒性相对较低。然而，铍的生物利用度极低，大鼠口服半数致死量大于2000毫克每千克，但由于铍离子能与核酸结合影响其功能，并能代替镁离子、锰离子等结合蛋白质，抑制其功能，因此铍的毒性非常显著【2】。

参考资料：

1. 铍毒性
2. 铍、镁、钙、锶和钡都是碱土金属，为什么铍和钡有毒，而镁、钙和锶无毒？

by 鱼非我

Q.E.D.

Q11

鸡的这个部位是什么，有什么用吗？

by 选择性必修四

答：

公鸡下巴下垂的肉叫做肉垂或者肉髯，它是从下颌长出的皮肤衍生物，左右对称。

降温：血液可以通过肉垂的血管散发热量，帮助鸟类降温

展示作用：色彩鲜艳或形态特殊的肉垂可能被看作是健康和遗传优势的标志，在求偶时可以吸引配偶。

社交信号：肉垂的大小和颜色在社会结构中传递信息，如地位或情绪状态。

保护作用：在某种程度上保护鸡的喉咙和颈部，特别是在与其他鸡争斗时。

生理功能：肉垂可能与鸡的免疫系统有关，肉垂的大小反映鸡的健康状况。

by 蓝多多

Q.E.D.

Q12

鸡蛋灌饼的饼皮是怎么鼓起来的吗？

by 匿名

答：

我们在买鸡蛋灌饼的时候，也许会注意到那张摊上去的饼很快就会像充满了气一样鼓起来，用筷子挑破个口，把鸡蛋灌进去的过程还挺解压。我们就来看看饼皮是怎么鼓起来的呢？

鸡蛋灌饼之所以会鼓起来，是因为上下两层面皮之间涂有油酥，当温度升高，两层面皮之间的气体受热膨胀，由于两层面皮之间涂了油，所以不会粘连在一起，而四周粘连在一起的面皮形成了一个密闭空间，就成了大家看到的“鼓包”。

是不是一学就会？相信大脑已经告诉你，学会了！动手去试试吧。

by Serendipity

Q.E.D.

Q13

既然黑洞可以吞噬视界里的所有东西，那么霍金辐射这种热辐射是怎样出来的？

by 好问的小蓝🥺

答：

霍金辐射是史蒂芬·霍金1974年提出的一个理论概念：即使黑洞可以吞噬视界内的所有物质，但在量子效应下，黑洞仍然会以微弱的形式释放能量，即所谓的霍金辐射。

霍金辐射的产生源于量子场论中的粒子对湮灭过程。根据量子力学，在真空中可以涨落产生一对虚粒子对（例如正粒子和反粒子）。在黑洞的边界，即事件视界附近，有可能在虚粒子对重新湮灭之前，其中一个掉到视界内部而另一个跑掉。于是这两个粒子不能湮灭，由虚粒子变成了实粒子。在视界之外的虚粒子被抬升为实粒子带正能，视界里面那个带负能被黑洞吸收导致黑洞能量减少。从外界看，就是黑洞质量降低了一个粒子，又从黑洞逃逸出去一个粒子。这个逃逸出去的粒子就形成了所谓的霍金辐射。这个过程非常缓慢，但最终会导致黑洞失去质量并逐渐蒸发。

霍金辐射强度与温度成正比，黑洞温度与黑洞的质量成反比，因此对于质量越巨大的黑洞，其辐射强度越微弱，越难以观测。

由于缺乏能够远距离观测黑洞周围辐射的科学设备，以色列理工学院的研究人员使用8000个铷原子构成的“玻色-爱因斯坦”冷凝态量子材料来模拟黑洞。这个模拟黑洞发出的霍金辐射是由声波而不是光波构成的铷原子的流动速度比声速快，因此声波无法到达视界并逃离，而在视界之外，铷原子流动缓慢，因此声波可以自由移动。即像黑洞一样，声音作为光的替代物，在遇到“玻色-爱因斯坦”冷凝态量子材料时会有两种选择：一种是远离该材料，另一种是进入该材料，然而一旦进入该材料就无法逃脱。

在这项最新观测结果中，关于黑洞类似物热光谱和产生波长的读数，两者都与霍金的预测相符。这被认为是验证霍金辐射的一大实验证据。

参考资料：

1. Kolobov, V.I., Golubkov, K., Muñoz de Nova, J.R. et al. Observation of stationary spontaneous Hawking radiation and the time evolution of an analogue black hole. Nat. Phys. 17, 362–367 (2021).

by opzk

Q.E.D.

投票

本期答题团队

蓝多多、opzk、前进四、藏痴、鱼非我、Serendipity、Sid

点击这里或识别下方二维码快速提问

上期也精彩

编辑：Gyoku

↓ 点击标题即可查看 ↓

1.地铁安检时，用来检测危险液体的机器是什么原理？| No.412

2.为啥高考完，学了三年的东西立马忘干净了？

4.手腕上这条肌肉你有吗？没有是我进化啦？