核爆发生后，投弹飞机还能全身而退吗？｜No.521

早期原子弹的需要靠飞机投放，

那核爆发生后，

投弹飞机可以全身而退吗？

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Q1 雨后晚霞为什么更美？
Q2 海底深处更靠近地心为什么更冷
Q3 吸管为什么总是浮起来？
Q4 核爆后投弹飞机为何会无恙？
Q5 窗贴胶带能加固吗？
Q6 时间的本质是什么？
Q7 金属为何发光？
Q8 液晶屏为何能感温？

Q1 为什么雨后的晚霞比平时的美？

by 17

答：

让我们先“复习”以一下晚霞形成的原理：首先，傍晚的阳光以极低的角度斜射过来，在传输的过程中与空气分子发生瑞利散射。短波长的蓝紫光散射更强，在传输过程中消耗殆尽，只有长波的红橙色光能穿过厚厚的大气层打在云上。随后，打在云上的红光与云层中的水滴或冰晶发生米氏散射，最终映入我们的眼睛。

近日北京出现的晚霞（作者拍摄）

然而，当空气中充斥着尘埃和污染物时，傍晚阳光传输的过程中，不仅会发生瑞利散射，还会发生波长选择性更弱对波长没有选择性的米氏散射——它会把各种颜色的光同等程度地散射出去，导致天空看起来带有一层灰白色，冲淡了晚霞原有的鲜艳色彩。

在雨后，空气中的大颗粒污染物被清除，几乎只剩下尺寸远小于光波长的气体分子。此时，瑞利散射终于能占据主导地位，蓝绿光被过滤得非常干净，只剩下最纯粹的红橙色光穿透过来，呈现出极高的色彩饱和度和对比度，视觉上显得格外浓烈和明亮。

此外，雨后残留的积云或卷云还是晚霞完美的投影幕布。这些云朵由纯净的微小水滴或冰晶组成，能够高效地反射那些穿透而来的高纯度红橙色光。不同的高度、厚度的云朵还会对光线产生不同程度的反射或吸收，从而在天空中呈现出极具层次感、立体感的色彩过渡。

参考文献：

1. WALLACE J M, HOBBS P V. Atmospheric Science: An Introductory Survey [M]. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2006.

by 冰糕

Q.E.D.

Q2 既然地球内部是岩浆并且温度相当高，为什么越往海底深处海水温度越来越低？

by 橙子圆又圆

答：

这是因为影响海水温度的主要因素是阳光，由于阳光的照射，表层海水的温度可以达到20℃-30℃。而阳光无法穿透上千米的深海，所以热量无法传下去。地球内部的温度虽然极热，但传导出的热流密度很低，每平方米大约只有0.06W，这对于深海的海水来说微不足道。

此外，还有一个很有趣的现象，由于4℃的水密度最大，会一直沉到海底，所以全球大部分的深海温度都维持在1-4℃，平均为约3.5℃。

by 跑马仔

Q.E.D.
Q3 为什么喝汽水时吸管会往上浮？

by 17

答：

喝汽水时，吸管往上浮，主要有两个原因：吸管本身质量和密度小，以及汽水中的二氧化碳气泡会附着在吸管上。吸管浸入汽水后会排开一部分液体。根据浮力原理，汽水会给吸管一个向上的浮力，只要吸管材料的密度越小，这种上浮的趋势就越强。最重要的原因是水中的气泡，二氧化碳气泡容易在吸管表面的细小划痕或凹凸处形成并附着。气泡几乎不增加重量，却增大了吸管和气泡整体排开的液体体积，相当于给吸管加了很多“小救生圈”，使浮力进一步增大，于是吸管会进一步上浮。

by 小被子

Q.E.D.
Q4 美国向日本投核弹时用飞机运输，为什么核爆炸后飞机没有受到影响？核爆炸难道不是以自身为圆心向四周扩散吗

by 章鱼

答：

核爆后飞机也会受到影响——但通过精妙的路径设计，这种影响被最小化了。核爆炸会产生三种致命的杀伤效应：冲击波、光辐射和电离辐射，这三种效应确实都是以自身为球心圆心向四周扩散的，但其杀伤力会随距离的增加而减小。

以投向广岛的原子弹“小男孩”为例，轰炸机的投弹高度约9400米，核弹爆炸的高度被设定在580米，从投弹到爆炸，核弹有43秒的自由落体时间。在负责投弹的轰炸机“伊诺拉·盖”号B-29轰炸机抛下“小男孩”后，立即进行了一个155度的拉杆急转弯，同时俯冲加速，全力飞离原子弹爆心。

在原子弹爆炸的瞬间，轰炸机距离爆心已有14.5公里的距离——以光速传播的光辐射和电离辐射在这个距离上大大衰减，强度已不足以摧毁飞机。原子弹爆炸约40秒后，冲击波追上了飞机——这让“伊诺拉·盖”号承受了约2.5G过载的冲击。飞机结构发出剧烈的金属挤压声，飞行员描述当时感觉就像遭到了高射炮近距离轰击。

随后的几十年，在冷战疯狂的核军备竞赛中，面对当量更大、杀伤力更强的核武器，工程师们开发出了更多的方法：在核弹上安装降落伞以减缓下落速度，以高抛的方式投掷核弹，把飞机涂成高反射的白色以减小光辐射的影响……值得庆幸的是，以上的种种方法，终究没有在实战中派上用场。

参考文献：

1. Mullener, “Pearl Attack Led to Mushroom Cloud for Paul Tibbets,” Times-Picayune (New Orleans, online edition), 6 December 2000.

by 冰糕

Q.E.D.
Q5 台风天，窗户贴胶带有加固作用吗？原理是什么?若有用，什么样的贴法更好?

by 早睡早起呦

答：

普通胶带贴成“X”“米”“井”字，基本没有给窗户加固的作用，也不能可靠地防止玻璃被台风吹裂或被飞来物击碎。它最多可能在玻璃破裂后粘住一部分碎片，但效果有限且不稳定，不能把它当成防风措施。

玻璃承受风压时，像一块四周固定的薄板一样发生弯曲，最大的危险通常是玻璃表面的拉应力。要真正提高承载能力，需要增加玻璃厚度、采用钢化或夹层玻璃、加强窗框，或者在窗外设置能把载荷传递给墙体的挡板。胶带既很柔软，又只覆盖很窄的区域，通常也没有牢固地锚固到建筑结构上，因此几乎无法把大面积风压传递给窗框。甚至在一些情况下，胶带边缘形成局部约束和应力集中，使玻璃更早破裂。[1]如果目标是“加固窗户”，没有一种胶带图案值得推荐。如果目的只是尽量减少碎片飞散，完整覆盖玻璃的专用安全膜、夹层玻璃，理论上比几条稀疏胶带有效得多。对于普通住宅，台风来临前更重要的是：把所有窗户关紧并锁上，检查窗框、锁扣是否松动；收回阳台上的花盆、晾衣架等可能成为飞散物的物品；人远离迎风窗户，尽量待在没有外窗的室内房间。

参考文献：

by 小被子

Q.E.D.
Q6 时间的本质是什么？

by 匿名

答：

物理学里没有统一一句公认的"时间是什么"。不同理论对它的处理不同，两个最基本的理论甚至互不兼容。

先看时间在物理学里的"身份"演变。牛顿力学把它当作绝对背景，全宇宙同一个时钟，均匀流淌。但相对论推翻了这点：时间与空间合为"时空"，时间流逝速率会随速度和引力改变，我们跑得越快、引力越强，钟走得越慢；此外时间还是局域的，没有哪个参考系的钟是"真正标准"的。可到了非相对论量子力学，时间仍被当作外部参数，而不是可观测量；即使在相对论量子理论中，这一点也没有根本改变。位置是算符，时间不是，二者地位也不对称。构造时间算符会碰上 Pauli 定理的障碍。相对论已经让时空平权，量子力学却仍把时间留在参数位置，两者对时间的处理存在深刻差异。走向量子引力时问题更激进：Wheeler-DeWitt 方程里时间干脆不作为基本坐标出现，有人据此认为时间并非基本，而是从量子纠缠或熵的变化中涌现出来的次级现象。

“身份”矛盾之外还有一个独立的子问题：时间为什么有方向。微观定律大都是时间对称的，把粒子运动影片倒放仍符合物理；而宏观世界却分明有方向，例如打破的杯子不会自动复原。主流观点把这个方向归于熵增，即孤立系统的无序度倾向于增加，时间箭头指向熵增方向。但熵增到底是纯粹的统计趋势还是更深层原理的体现，至今仍有争论。

所以"时间的本质是什么"至今开放。身份上，相对论说它是时空一维，量子力学把它当参数，量子引力怀疑它不基本；方向上，热力学给出箭头却解释不清根由。这些图景尚未拼成一张自洽的完整答案。

by 柠七

Q.E.D.

Q7 为什么金属材料会发光而塑料就不会？本质上有什么区别？

by 安昊洋

答：

首先明确下亮晶晶的金属材料的“发光”其实是反光：把环境光强烈反射出来。从这个角度看例如亚克力等材质的塑料材料也会有明显的反光（只不过不会像金属那样强烈）。本质原因是：金属中有大量可自由移动的电子。根据德鲁德模型，当光照射到金属表面时，自由电子会一起振动，然后重新辐射出电磁波，从而保证金属具有很好的反射率。而塑料材料是有机物，其中电子被牢牢束缚在分子键上，不能在整个材料内自由移动，从而不会像金属一样具有那样强的反光。

【深度思考 0s】万一提问者真是问的会发光的金属材料呢？

那应该要小心了，会自发发光的金属可能含有辐射，这可能是核衰变激发了周围材料产生可见光。不过从这个角度考虑的话，带放射性同位素的塑料材料还能充当闪烁体或荧光体，应该更容易激发产生光。

by 小被子

Q.E.D.

Q8 手机的液晶显示屏为什么只能感应到有一定温度的东西？它是如何实现的？

by 安昊洋

答：

我们认为的“感应触摸”功能，实际上是通过集成在液晶面板中的电容式触摸屏来实现的。透明导电层（多为氧化铟锡，ITO）蚀刻成纵横交错的电极网格，每个交叉点构成一个微小电容。触摸控制器持续测量各节点电容，记录无人触碰时的基线值；当导体靠近某节点，该处电容发生改变，控制器据此定位触摸坐标。

因此真正决定能否触发的是物体的导电性，与温度无关。人体内含大量的水和电解质，是良导体，所以我们的手指、脸颊一碰就灵；而指甲的主要成分是干硬角质，塑料笔、橡皮、普通手套同样不导电，它们不改变屏幕电容，屏幕自然不响应。反过来看，任何导体都能触发，金属钥匙、水滴都可以，这也是湿手容易误触的原因。

为了更好理解这个原理，我们自己也可以做个对照实验：用凉的金属钥匙的较大平面接触并操作屏幕，会发现屏幕照样灵敏；而用温热但绝缘的塑料去碰，却毫无反应。

by ThymolBlue

Q.E.D.
投票 本期答题团队

冰糕、跑马仔、小被子、柠七、ThymolBlue

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编辑：凉渐