足够了解大脑机理后，我们能控制它吗？| No.534

同样是影响大脑，

一杯咖啡只能让你暂时清醒

一束光却能精确点亮神经元

但影响就等于控制吗？

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Q1 为什么血液全身流动循环但有时还会手脚冰凉？
Q2 柏油路地面为什么会呈现如水面的反光效果？
Q3 为什么牛排可以吃三分熟猪肉却要煮全熟？
Q4 为什么海边、湖边总是有很大的风？
Q5 新买的书的香气从哪里散发的？
Q6 可乐摇晃放气后为什么会变甜？
Q7 物理学的形式化会在AI时代越来越重要吗？
Q8 足够了解大脑机理后，我们能控制它吗？
Q9 导线传输电能的过程中电磁过程是怎样的？
Q10 彩色牙膏、洗发水摩擦起泡后泡沫为什么都是白色的？
Q11 磁带机究竟是怎么记录声音的？
Q12 为什么喝咖啡会抑制食欲？

Q1 为什么血液全身流动循环但有时还是会手脚冰凉？

by 匿名

答：

手脚是否暖和，不只看血液有没有流过，还要看产热和散热的竞争：自身产生的热量，加上血液送来的热量，能不能抵得上向外散失的热量。

全身的活组织都在代谢、产热，但产热并不均匀，肝脏和骨骼肌是重要的热源。血液既输送氧气和养分，支持各处代谢，也把热量从较热的部位带到较冷的部位。热量由身体内部传向体表，再经过皮肤散到周围环境；所以血液循环是在不断补充热量，并不是把全身维持在同一个温度。[1]

身体深处的内脏被周围组织包裹，热量不容易直接散到外界，保温较好；手指、脚趾却细小而突出，相对于自身的体积，接触外界的表面积很大，保温不如身体深部。也就是说，同样一小块组织，末端更容易把热量散出去。天气冷时，只要当地的产热和血液送来的热量赶不上散热，手脚就会降温，即使血液仍在流动。

身体还会主动加强这种内外差别：寒冷时，手脚皮肤的血管收缩，血流减少，送到末端的热量也随之减少，以降低全身热量的流失、优先维持核心体温。[2] 因而胸腹温暖、手脚冰凉，并不矛盾。

偶尔遇冷时手脚凉很常见，不一定是疾病。但如果在温暖环境中也持续冰凉，伴随明显变白、发紫、麻木或疼痛，应就医；若一侧手脚突然明显变冷并疼痛，更需要及时处理。[3]

参考文献：

by 小被子

Q.E.D.
Q2 在行驶的车内看远处平整的柏油路，地面会呈现如水面的反光效果，为何？

by Silly Ink

答：

很显然，有一种可能是，远处的柏油路上有确实积水（我去，不早说！）。可等车子驶近，你却发现路面是干的，那片亮光又出现在更远处！

相较于“会瞬移的水坑”，这种现象更有可能是下蜃景。它与海市蜃楼的原理相似，在天气炎热时更常见。柏油路吸热效果很好，紧贴路面的空气也随之升温。地面附近的空气升温后密度下降，折射率也随之降低；上方较冷的空气，折射率则较高。于是，路面上方形成了折射率随高度变化的空气层。来自天空的光线斜向下穿过这片空气时，会连续折射，逐渐向上弯曲，最终进入我们的眼睛。

从光路图也能看出，近地空气层产生的折射效果，与路面上积水的反射效果几乎相同——我们的大脑习惯了“光沿直线传播”的经验，因此会误以为远方的柏油路上凭空出现了一片积水。再加上热空气不断流动，又让光线方向轻微变化，亮斑随之晃动，与荡漾的水面就更相似了。

无论是在行驶的车上还是站在原地，都能够看到这样的现象。但为什么当车行驶到“水坑”所在的位置时，“反光”却消失了呢？这是因为空气层对光线的偏折角度有限，远望时，视线与路面夹角较小，容易接收到这类偏折的光线；驶近后，观察角度改变，眼前的“积水”便消失了。

by 冰糕

Q.E.D.
Q3 为什么牛排可以吃三分熟，猪肉却要煮全熟？

by 苹果

答：

首先得看牛排类型。原切牛排内部通常细菌极少，细菌主要沾在表面，短时间高温煎烤可杀死表面细菌。在理想条件下风险较低，因而存在三分熟烹饪的个人选择。如果是绞牛肉饼等等类型的牛排，细菌可能被带到内部，还是应该全熟。

除了细菌污染，寄生虫也是重要因素。就牛带绦虫而言，人主要是终宿主，吃含活囊尾蚴的未熟牛肉后，成虫寄生在小肠，引起牛带绦虫病，整体危害相对较轻。相比之下，猪带绦虫的风险就大得多。这是因为人既是终宿主，又可作为中间宿主。具体来说，吃未熟猪肉感染成虫，误食虫卵则可在皮下、肌肉、眼、脑形成囊尾蚴，尤其脑囊尾蚴病可致癫痫、颅内压增高甚至死亡。因此，猪肉应全熟食用。

by ThymolBlue

Q.E.D.
Q4 为什么海边、湖边总是很大的风？

by 茉立

答：

这通常和陆地与水面的升温速度不同有关，初中物理我们都学习过比热容，水的比热容大于沙石的比热容，所以白天在太阳照射下，水升温速度会明显慢于正常陆地的升温速度，尤其是在沙滩上，沙子升温很快而海水升温很慢。

白天，陆地或者沙滩升温较快，陆地上方的空气也会跟着变暖，热空气比冷空气轻，所以陆地上热空气上升。水面升温较慢，水面上方的空气相对较凉，密度较大。所以由于这种温差和密度差的存在，较凉的空气从海面或湖面流向岸边，补充上升的暖空气，这就是海风或湖风[1]。

到了夜间，陆地通常比水面降温快，气流可能反过来，从陆地吹向水面，称为陆风。因此，海边或者湖边的风并不是任何时候都一样，水陆温差越明显，越容易形成海风或湖风，而较强的背景风也可能压过这类环流。

所以，海边或湖边让人觉得风大的常见原因，一是两部分空气升温的速度不一样所导致的；二是海面和湖面往往因为更加广阔，没有什么障碍物，空气流动受到的摩擦阻力较小，所以风力一般也会比陆地上的大一些，更容易形成一些强风。

参考文献：

1. NATIONAL OCEANIC AND ATMOSPHERIC ADMINISTRATION. The sea breeze[EB/OL]. [2026-10-15]. https://www.noaa.gov/jetstream/ocean/sea-breeze.

by LS

Q.E.D.
Q5 新买的书的香气从哪里散发的？

by 茉立

答：

新书的气味并不是某一种物质产生的，而是纸张、油墨、胶黏剂以及其他印刷材料释放出的多种挥发性有机物的综合结果。这些微小分子进入空气，被我们的嗅觉系统捕捉，于是形成了熟悉的书香。

纸张本身会贡献一部分气味。现代书籍用纸主要由纤维素构成，在造纸过程中使用的助剂、涂层材料以及残留的少量有机物，都可能释放挥发性分子。对于保存时间较长的书籍，纤维素和木质素会发生缓慢氧化降解，产生一些新的挥发性物质，这样会使旧书也形成独特的气味。

其次，油墨也是新书气味的重要来源。印刷油墨通常由颜料、树脂、连接料和添加剂组成，部分小分子组分会在印刷完成后逐渐释放到空气中。由于不同印刷工艺和油墨配方不同，不同书籍闻起来也会有所区别。而装订过程中的胶黏剂、封面覆膜材料等，也可能贡献少量挥发性物质，尤其是在刚生产完成、密封包装的书籍中。这些物质在包装打开后逐渐释放到空气中，与纸张和油墨释放的挥发性分子共同作用，使我们闻到了一股独特的新书气味。

参考文献：

1. Bembibre C, Strlič M. Smell of heritage: A framework for the identification, analysis and archival of historic odours[J]. Heritage Science, 2017.

by 持之以恒

Q.E.D.
Q6 为什么可乐摇晃很久，然后再放出来气体后就会变甜？

by 小孩儿

答：

首先我们平时喝的可乐雪碧这些都属于饮料里面的碳酸饮料这个大类，碳酸饮料顾名思义就是会向饮料里面充很多的二氧化碳。可乐里的糖并不会因为摇晃或放气而增加，碳酸饮料的风味主要是二氧化碳带来的刺激感，以及甜味、酸味和香气之间的平衡。

可乐中的二氧化碳溶在水里，本身就是通过增大气压等手段让二氧化碳更加饱和的融入可乐。开瓶时，瓶内压力突然降低，二氧化碳就会跑出来，摇晃会让可乐里面一部分过饱和的二氧化碳逸出，所以开瓶后更容易迅速冒泡、起泡沫，答主提醒这个时候一定要离这瓶饮料远点。二氧化碳带来的不只是“气泡感”[1]：它还会刺激口腔的味觉和感觉神经，让饮料显得有酸感、刺舌感。

等气泡散去，有些人就会觉得甜味更突出。碳酸本身就含有一定的酸味会掩蔽本身可乐里面糖分的甜味感知，二氧化碳逸出后也少了刺激口腔的感觉，当然这对甜味的影响也会随饮料配方和个人感受而变。

我们看配料表还会发现可乐通常含有磷酸等酸味来源，放掉二氧化碳不会把这些酸一起“放走”，所以可乐失气后仍然可能有少量的酸味。所以准确来说，酸味和刺激感变弱后，甜味在整体口感中可能显得更明显，并非可乐里面的糖等变多导致的。

参考文献：

1. CHANDRASHEKAR J, YARMOLINSKY D, VON BUCHHOLTZ L, et al. The taste of carbonation[J]. Science, 2009, 326(5951): 443-445. DOI: 10.1126/science.1174601.

by LS

Q.E.D.
Q7 物理学的形式化会在AI时代变得越来越重要吗？现在的进展是怎样的呢？

by 匿名

答：

会，而且很可能越来越重要。从现有研究来看，AI正在提高生成公式和推导的效率，但这也让一个问题变得更加迫切：我们怎样确认这些推导是可靠的？AI能够核验数学推导，物理理论是否符合自然界，仍然要由实验来判断。

先要说明，“物理学的形式化”有不同层次。用方程表达自然规律，是物理学几百年来一直在做的事。而今天与AI密切相关的一种形式化，是把理论中的定义、假设、定理和证明，写成计算机能够严格检查的语言。Lean等“证明助手”就是这样的工具：研究者提供证明，软件检查每一步是否遵守逻辑规则。

例如，在忽略空气阻力、重力加速度恒定的条件下，可以推出自由落体的位移公式。人读教材时，往往会自动补上这些条件；计算机却需要它们被明确写出。形式化的价值，就在于把“大家心照不宣的前提”变成可以检查、追踪和重复使用的知识。

AI的发展为什么会提高这种工作的价值？一个直接原因是，生成推导与验证推导，是两种不同的能力。语言模型可以写出流畅的论证，但流畅本身不能保证正确。把AI与证明助手结合起来，就可以形成这样的工作过程：AI尝试寻找证明，证明助手检查是否成立，再把检查结果反馈给AI。

这条路线已经在数学中取得了明确进展。DeepMind的AlphaProof在Lean环境中学习寻找证明，解决了2024年国际数学奥林匹克竞赛中的三道非几何题，其中包括当年的最难题。相关论文于2025年在线发表。这说明，机器可以在严格的验证环境中完成复杂推理；不过，该成果针对的是数学竞赛题，当时部分求解需要长时间计算，不能直接推断它已经具备同等水平的物理研究能力。[１]

形式化还有另一项长期价值：让物理知识更容易积累和复用。传统论文中的一个结果，可能依赖许多散落在其他文献里的定义和推导。形式化知识库可以明确记录这些依赖关系，让人和AI查清一个结论用了哪些条件，也更容易把已有结果组合成新的推导。这正是HepLean等项目提出的目标之一。[２]

AI 也开始帮助人们完成形式化本身。2026 年的FormalScience研究提出了一个由专家参与、AI辅助生成和修正Lean代码的流程，并构建了包含200道大学物理题及其形式化表示的数据集，主要涉及量子力学和电磁学。与此同时，研究特别讨论了“语义漂移”：翻译后的代码即使能通过检查，也可能没有完整保留原题的物理含义。因此，专家仍然需要判断机器证明的命题，是否就是我们原本想证明的命题。[３]

还有两条经常与形式化一起被讨论的路线，需要加以区分。物理信息神经网络（PINNs）把物理方程纳入训练目标，让模型在拟合数据时尽量满足已知规律；符号回归则尝试从数据中寻找可读的公式。2020年的AI Feynman就在由《费曼物理学讲义》公式构成的测试集上，展示了恢复公式的能力。这些成果说明，明确的物理结构可以帮助 AI 学习和搜索，但它们与“逐步验证证明”的严格形式化承担着不同任务：数值结果符合方程、公式拟合数据，都不等于已经获得了完整的逻辑证明。[４][５]

物理学的形式化之所以仍然困难，还因为物理研究大量使用近似、理想化和适用范围。一个公式可能只适用于低速、弱场或接近平衡的情形。要让机器可靠地使用它，就需要说明近似从何而来、误差如何控制、哪些条件不能省略。与此同时，一套推导即使逻辑严密，它采用的模型也可能不适合正在研究的真实系统。

因此，可能性很高的是，形式化会逐渐成为AI参与物理研究的重要基础设施，而它的普及速度会因领域而异。近期最有希望的用途，是核验关键推导、建立可复用知识库，以及帮助AI在明确的假设下寻找结果。更长远的进展，则取决于我们能否把数学证明、近似误差和实验依据衔接起来。AI越能快速提出新想法，人们就越需要可靠的方法，判断哪些想法值得继续研究。

参考文献：

1. Hubert, T., et al. Olympiad-level formal mathematical reasoning with reinforcement learning. Nature, 651, 607–613（2026；2025 年在线发表）

2. Tooby-Smith, J. HepLean: Digitalising high energy physics. Computer Physics Communications, 308, 109457（2025）

3. Meadows, J., Zhang, L., & Freitas, A. FormalScience: Scalable Human-in-the-Loop Autoformalisation of Science with Agentic Code Generation in Lean. ACL 2026

4. Raissi, M., Perdikaris, P., & Karniadakis, G. E. Physics-informed neural networks: A deep learning framework for solving forward and inverse problems involving nonlinear partial differential equations. Journal of Computational Physics, 378, 686–707（2019）

5. Udrescu, S.-M., & Tegmark, M. AI Feynman: A physics-inspired method for symbolic regression. Science Advances, 6, eaay2631（2020）

by 此心

Q.E.D.
Q8 今年诺奖说人类能用光控制大脑中的一部分区域，那会不会在人类了解大脑的全部生理机制后，就能够用外部因素控制人的大脑了？

by d

答：

光遗传学确实能用光调节特定神经元的活动，但离“隔空控制一个人的大脑”还很远。这项技术需要先让目标神经元表达光敏蛋白，再用特定波长的光刺激它。比如，绿藻中的通道视紫红质遇到蓝光后会打开离子通道，让神经元更容易兴奋。但光在脑组织中会被吸收和散射，要调控深部脑区，通常还得把光纤送入脑内。

不过，人体应用也有进展。2021年，一名失明患者接受光遗传治疗后，借助专用眼镜恢复了部分视觉能力；2026年的一项临床研究也观察到部分患者的光敏感度改善。但这针对的是视网膜中的特定细胞，离控制人的思想和行为还差得很远。

即使将来弄清了大脑的生理机制，也不代表就能随意控制它。2024年，研究者绘制出果蝇大脑的完整神经连接图，包含约14万个神经元和5450万个突触。人脑约有860亿个神经元，复杂程度远超果蝇。更重要的是，画出神经元之间的连接，不等于弄清记忆、情绪和决策是如何产生的。

其实，咖啡因、药物和电磁刺激早就能影响大脑活动，但影响不等于控制。未来我们或许能更精确地调节某些脑区，用于治疗疾病；但要让大脑完全按照外部指令运作，还有很长的路要走。

by 柠七

Q.E.D.
Q9 为用导线传输电能的过程中，电磁过程是怎样的？如果是线圈呢

by 匿名

答：

接通电源后，导线中形成电流，周围也会产生电场和磁场。电能的传递不只是电子沿导线移动的结果，导线周围的电磁场也在传递能量。物理学家用“坡印廷矢量”描述电磁能流的方向和强弱。能量传到用电器后，可以转化为光、热等其他形式；导线有电阻，也会使一部分能量转化为热量。

电子是不是把能量一路搬过去的呢？其实不是。电子在导线中的定向漂移通常较慢，而电磁变化沿线路传播得快得多。交流电中，电子主要随电场往复运动，并不需要从电源一路跑到用电器。

如果把导线绕成线圈，它还能储存和释放磁场能量。接通电源时，电流逐渐增大，线圈产生阻碍电流变化的感应电动势，电源做功建立磁场，能量便储存在其中。电流稳定后，磁场也稳定下来；断开电源时，磁场变化又会产生感应电动势，阻碍电流减小，试图维持原来的电流。老式日光灯的镇流器就利用了这一原理：启辉器断开时，镇流器产生较高的感应电压，帮助击穿灯管内的气体，使灯管启动。

by 柠七

Q.E.D.
Q10 为什么彩色的牙膏，洗发水，洗手液，摩擦起泡后产生的泡沫都是白色的

by 久福

答：

答案在两点：泡沫中的大量界面通过散射把光路打乱，而彩色的染料却没机会吸收。

泡沫是大量液膜包着空气，也就是大量的“水—空气”界面，两者折射率相差很大（约 1.33 : 1）。光每碰上一个界面，都会有一部分被反射、折射而改变方向；在泡沫里它要被这样改动非常多次，最后从各个方向、带着各种波长一起射出来，颜色互相混合，看起来就是白的。雪、云、浪花、牛奶、糖、白纸变白，靠的都是同一套机制。[1,2]

然后再来看泡沫里的彩色染料的影响。泡沫里绝大部分是空气，液体只占很小一部分，每层液膜往往只有几百纳米到几微米厚；而牙膏、洗发水、洗手液里的着色成分本来浓度就低，又被大量水稀释。光被吸收的程度大致正比于“染料浓度 × 光穿过介质的光程”，液膜内部染料浓度与原液基本一致，但光线穿过液膜的路径极端，染料吸收的光总量很小。散射占据主导，于是泡沫整体显白色。

顺带说一个有趣的的反例，单个肥皂泡上的彩虹色不是染料，而是薄膜干涉——膜厚与可见光波长同量级时，不同波长被增强或抵消，才显出颜色；而当膜薄到约 100 纳米以下，干涉对颜色的影响非常弱，泡泡就变无色。可见“显色”要么靠吸收，要么靠合适的膜厚，一大团泡沫恰好两样都不占。[3]

参考文献：

by 小被子

Q.E.D.
Q11 想问下小时候的磁带机究竟是怎么记录声音的呢？类似于光盘的技术吗？

by 匿名

答：

磁带机录音时，麦克风将空气振动转换成电信号，电信号经过录音磁头的线圈，产生相应变化的磁场。磁带匀速经过磁头，沿途的颗粒便被磁化；离开磁头后，仍保留些许磁化状态。于是，一段随时间变化的声音，就变成了沿磁带长度分布的磁性记录。

播放则是录音的逆过程：磁带经过放音磁头，变化的磁场通过电磁感应，在线圈中产生电信号。信号经过放大，推动扬声器振动，录下来的声音便被重现出来。

虽然都是把声音“刻”在某种介质上，但磁带与光盘的原理并不相同：普通音乐磁带主要以连续变化的磁化状态模拟声音波形；而CD则是把声音转换成数字编码，用光盘表面的微小凹坑和平面来记录0、1信号，播放时再由激光读取，转换成数字信号，最后输出声音。

by 冰糕

Q.E.D.
Q12 为什么喝咖啡会抑制食欲？

by 登冠

答：

咖啡中最重要的活性成分是咖啡因。而咖啡改变的并不是身体对能量的需求，而是人体感知饥饿信号的方式，也会轻度调节体内食欲相关激素，造成饥饿感暂时下降。

随着清醒时间增加，一种叫作腺苷的物质会逐渐积累，并与神经细胞上的腺苷受体结合，使神经活动受到抑制，人会逐渐产生疲劳和困倦感。而咖啡因的结构与腺苷相似，可以占据腺苷受体，却不会激活它。因此咖啡因能够提高中枢神经系统的兴奋性，使人感觉更加清醒，注意力更加集中。不过，咖啡因的提神作用并不能直接解释食欲下降的现象。至于为什么部分人在喝咖啡后会暂时感觉不饿，还需要从食欲相关激素、胃肠道反应等多个方面寻找原因。

除了影响神经系统，咖啡因和咖啡中的其他成分也在参与食欲调节。研究发现，咖啡及咖啡因可能通过影响胃饥饿素等多种食欲相关信号分子参与食欲调节，但具体作用机制仍未完全明确。这种影响会受到摄入量、个体差异以及咖啡种类等因素影响，并不是所有人都会出现明显变化。此外，咖啡对胃肠道的作用也因人而异。有些人在喝咖啡后会觉得胃部充盈、不想进食。而对于胃肠敏感的人，咖啡可能引起胃部刺激或不适。

咖啡抑制食欲通常只是短暂现象。长期饮用咖啡后，人体可能逐渐产生耐受性，使这种效果减弱。而加入大量糖、奶油或糖浆的咖啡饮品，还可能因为额外热量摄入抵消这种作用。不过，虽然咖啡让人暂时忘记饥饿，但身体真正需要的能量仍然需要通过合理饮食获得。

参考文献：

1. Schubert M M, Irwin C, Seay R F, et al. Caffeine, coffee, and appetite control: a review[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 2017.

by 持之以恒

Q.E.D.
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编辑：柠七