Q1

关于相对论的问题：我开宇宙飞船远离地球，在地球眼里是我远离地球，在我眼里是地球远离我，那么这个时候到底是谁的时间变慢了？

by 匿名

答：

都变慢了：当你坐上宇宙飞船时，以飞船为参考系，地球在运动 , 在你看来地球上的时间变慢了， 而以地球为参考系，飞船在运动，地球上的人看来，你的时间变慢了。首先我们必须明确，这是在两个不同运动状态的参考系下看问题。乍一看，地球系比飞船系慢，飞船系也比地球系慢，确实是一对矛盾，但是我们要注意这两个论断都是有条件的。之所以有这种疑问可能是伽利略变换的思想深入人心，我们默认了在不同参考系下的时间流逝都是相同的，但是狭义相对论纠正了这一点，它让我们明白：在不同运动状态的参考系下，同一事件的时间流逝速度是不同的，时间流逝速度与相对参考物的空间运动速度有关，因为只有这样才能保证真空中光速恒定。

所谓“相对”论，时间的快慢也需要找一个参考物，对于每一个参考系而言，它都可以拥有属于自己的独一无二的时间量度，也就是说彼此运动的时钟不再同步。如果在同一参考系下，两者都慢确实是一对矛盾，但是在两个时钟不同步的参考系中分别得到对方慢的结论是很平常的事情。

by 小线

Q.E.D.

Q2

两块一样的电池，一块100%电量，另一块0%电量，两者重量是否一样？为什么？类似问题：两块一样的移动硬盘，一块内部完全充满数据，另一块内部没有任何数据，两者重量是否一样？为什么？

by 极致Kikyo

答：

对于我们目前使用的电池而言，那么理论上在充电前后电池的质量不会发生变化。如果我们认为没有发生电池电极材料的损耗，那么由于电池在充电前后均保持电中性，那么在充电前后电池的电子总数应该保持不变。因此电池内部物质的量没有发生变化，所以充电前后的质量不变。充电只改变了电子和原子核的电势能。当然如果从质能方程E=mc^2出发，那么不同的能量对应的质量有细微的差别，比如额定电压为5V的5000mAh的电池（类似于手机电池）在充电前后只会因为质能方程变化约1ng。实际上来看，多次充放电后。电池电极材料由于损耗，结构变化，氧化等等其他原因，可能会产生充电前后的质量区别。

对于硬盘存储数据而言，以我们最常使用的机械硬盘为例。存储数据只能改变硬盘上存储颗粒的磁化取向，因此存储数据前后，其质量也不会发生变化。

by 单身男青年

Q.E.D.

Q3

绝对时间为什么难以完全摒弃?

by FuSibo

答：

对我们每个人来说，可能是因为地球太小（人类目前没有星际旅行的真实场景）、人生太短、换算太麻烦（你不会希望急匆匆赶早八之前还要口算一遍洛伦兹变换），或者是车马邮件都慢（远低于光速）...

而与此同时，绝对时间也并没有那么难被摒弃，例如卫星导航中就应用了广义相对论进行时间修正，否则我们就无法在冬天吃上热乎的外卖啦🧐

by Callo

Q.E.D.

Q4

如果有两束光发生了相消干涉，那么这两束光原本带有的能量去哪里了？

by 匿名

答：

这里搭建一个马赫-曾德尔干涉仪，当两束光在A位置干涉相消时，那就必然会在B位置干涉相长。这个过程怎么解释呢？

当光从介质界面发生反射时，按照麦克斯韦方程组的边界条件，从光疏介质一侧反射，反射光相位与入射光相位相反，从光密介质一侧反射，反射光与入射光相位相同。

运用到半透半反镜，就会实现一侧相位相同，一侧相位相差180°，能量是守恒的，有干涉相消的部分就会有干涉相长的地方。

半透半反镜是将光的能量分为一半，相干叠加是振幅相加，光场能量依然保持不变。两束光的总能量为2I。

因此根据能量守恒，光的能量是不会凭空消失的，他是能量在空间中的重新分配，两束光叠加后加强的能量是来自于其他部分叠加后相消的能量。

by 蓝多多

Q.E.D.

Q5

地表由于地球自转和地球同步转动，那么其上的空气是如何与其静止不动的？

by whey

答：

是什么力量推动大气层随着地球一起自转呢？答案是不需要推动。大气随地球自转时必然要有一个力作为向心力，地球的万有引力足够提供大气随地球自转所需的向心力，另外大气与地表保持相对静止，因此地表与大气之间没有摩擦力(此处为简化模型，忽略了局部存在的空气与地表的相对运动，例如风)，大气的转动不会受到阻力而减速，也就不需要推动力来维持。

地球形成初期的初始角动量保留下来形成地球的自转。前太阳星云假说认为太阳系是由前太阳星云(宇宙中的尘埃、分子、等离子体聚集的一片区域，存在大量气体分子和电离的氢，不能透过可见光)在万有引力作用下塌缩形成的，其中就包括地球和地球大气。另外的观点指出地球岩石层通过火山喷发等方式释放了大量气体到大气层。这两种机制都表明大气层形成时就已经随地球自转了。

参考资料：

1. physics stackexchange
2. Zahnle, Kevin, Laura Schaefer, and Bruce Fegley. "Earth’s earliest atmospheres." Cold Spring Harbor perspectives in biology 2.10 (2010): a004895.

by 利有攸往

Q.E.D.

Q6

为什么微波炉不能加热鸡蛋?

by 尹馨苹

答：

大家肯定被叮嘱过，最好使用陶瓷、玻璃和塑料碗放在微波炉中，而且如果有盖的话，一定要把盖打开再放进去。因为微波炉是用高频电磁波来促使食物中的水分子加热的，金属材质会反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量。

用微波炉加热鸡蛋的时候，鸡蛋内的水分子会产生高速运动，从而产生热量和蒸气，被鸡蛋的膜和壳阻碍，拿出来的时候容易因膨胀而发生爆炸，具有一定的危险性。同理微波炉也不可以用来加热板栗等一些带壳的食物，需要打破或剥掉外壳才能放入微波炉中。

笔者还听说过这样一个小故事，以前的一场官司，一个老太太用微波炉烘干自己的猫，结果猫死了，老太太就把微波炉公司告上了法庭，还控诉成功了！后来所有的微波炉厂家都会写明，禁止放活物。（所以鸡蛋也算活物的…吧，下次加热鸡蛋，把蛋在碗里打散就没事啦~）

by 蓝多多

Q.E.D.

Q7

光有加速度吗？

by 热爱物理的小魏同学

答：

光速在同一种介质当中是恒定不变的，因此光没有加速度。

光能量和动量的变化，来自于频率的红移或蓝移，而不是速度的改变。当然，光子在不同介质里有不同的速度，在穿越不同介质的时候，光运动的速度确实发生了改变，但是此时光的速度变化是不连续的，不可微的，因此我们没有办法定义在介质的间隔面上定义出一个合理的加速度。

在更复杂的情况下：比如在黑洞周围光的传播路径发生了弯曲，这个时候我们会说光有加速度吗？为了回答这个问题，我们必须区分光速和在固定坐标下的光速。简单地说，此时光沿测地线传播，也不会有真正意义上的“加速度”。

by 单身男青年

Q.E.D.

Q8

在地面上的直升机和在太空中的飞船运动的原理相同吗？

by 匿名

答：

相同，都近似遵循牛顿运动定律，但是具体方式不同。区别在于直升机在大气内而太空飞船在大气层外。

直升机可以借助空气中的氧气使燃料燃烧提供动力，并且依靠旋翼与空气相互作用为飞行提供升力和前进的动力。典型的直升机有两个旋翼，包括顶部一个大的主旋翼和尾部一个小的尾桨。主旋翼通过高速旋转给空气一个向下的推力，推动空气向下流动，反过来空气给旋翼一个向上的升力，使直升机可以垂直起降和悬停。直升机水平移动时，主旋翼朝前进方向倾斜，提供一个水平方向的推力。尾桨的作用是提供反向力矩，直升机在空气中悬停时，为了维持主旋翼的转动，位于直升机主体部分的发动机必须提供给旋翼一个力矩，那么反过来旋翼也会给直升机主体提供一个力矩，使之反向转动，尾桨就是用来抵消这个力矩的。

外太空没有氧气，因此太空飞船除燃料外必须携带氧化剂。飞船如果想要加速或者减速，只能向后或向前高速喷出气体，根据动量守恒定律我们知道，如果飞船向后喷出高速运动的气体，这部分气体会带走一定的向后的动量，飞船会因此获得一个向前的动量来抵消它，于是就实现了飞船的加速。在远离任何天体的空间，由于没有空气包围，飞船几乎不受任何阻力，在不开发动机的情况下可以保持匀速直线运动。更多的情况是，飞船在某个天体的引力场中运动，根据能量不同，轨迹可能是椭圆、抛物线或双曲线，飞船可以通过加速减速实现变轨。

参考资料：

1. CONLISK A T. Modern helicopter aerodynamics[J/OL]. Annual Review of Fluid Mechanics, 1997, 29(1): 515-567. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.29.1.515.

by 利有攸往

Q.E.D.

Q9

为什么海水和清澈的湖水是蓝色的，是水的散射还是反射天空的颜色？以及为什么江水和和水即使很清澈有时在远处看也是黑色的？

by 匿名

答：

我们都知道干净的水是无色透明的。那么，为什么海洋或者呈现蓝色呢？

多年来，很多人相信海洋和其他水体是蓝色的，因为它们反射着蓝天。但是这不完全是对的！尽管水的表面确实会反射天空：从海岸上看，晴天时它可能会呈现蓝色，暴风雨时呈现灰色，甚至在日落时呈现粉红色。但是，如果我们在海面以下观察，海水依然呈现蓝色，甚至当我们从太空观察海洋时也是如此。在这些情况下，水不会反射天空。

这是因为海水和清澈湖水呈现蓝色主要是由于水分子对不同频率的光的选择性吸收和散射。我们都知道阳光是由不同颜色的光组成的，当光线穿过水时，波长较长的红色波段的光被水吸收得较多，并在光谱上留下较短的蓝色波段，这些颜色反射到我们的眼睛中让我们感觉海水是蓝色的。

至于江水为什么即使非常清澈，有时在远处看起来也是黑色的，这主要是由于以下因素：

1.水深和底部物质：当水体非常深时，阳光不能深入到水底，导致水面上方的水显得较暗或黑色。此外，如果水底覆盖着深色的沙土、泥土或岩石，这些暗色会反射到水面上，使水看起来更暗。

2.光的折射和反射：水体对光线的折射和反射影响其外观颜色。从远处看，水面反射了天空和周围环境的颜色。如果天空阴暗或周围环境较暗，水面反射的颜色就会偏暗，从而使得远处的水体看起来是黑色的。

3.水中的有机物质（丹宁酸）：某些河流和湖泊可能因为腐烂植物释放的丹宁酸而呈现深色，并变得酸性例如某些流经森林、沼泽或湿地的缓慢流动的水道。这种类型的水体被称为黑水河流，通常具有较低的pH值。

参考资料：

1. 海洋为何呈现蓝色？
2. 海洋为什么是“蓝色”的？

by 青春小花🌸

Q.E.D.

Q10

太空有温度吗？热源在太空中会散热更快还是更慢？

by 罗兰

答：

我们使用“温度”这一物理量来表征一个物体的冷热程度，在微观上来看，温度反应的是物体内部粒子热运动的剧烈程度。

因此，我们当然能够用和地面上一样的温度的定义来衡量诸如太阳一样，在太空中相对“致密”区域里热运动的剧烈程度。但是对于如果远离各星体，几乎是一个完美的真空的太空空间而言，我们不能给出一个通常意义的“温度”。太空中没有这种意义下的温度，不意味着热源在太空中不能散热。

物体可以通过三种不同的方式与环境进行热交换：传导、对流和辐射。前两种都依赖物质来进行导热或对流，而第三种热辐射却不需要。热源最初处于相对高的温度下进入太空时，它就会开始将热量辐射于四周，开始以比在地面上更缓慢的速度降温，（或者如果它在太阳附近，就能够接受太阳发出的巨大热辐射而升温），但是这种降温是有终点的，在2.7K（大约-270°C）时，物体的对外热辐射和接受的宇宙微波背景辐射平衡。

现在认为，微波背景辐射是宇宙诞生“大爆炸”的遗留，时间漫漫，背景辐射不同波长的辐射强度也在发生变化，时至今日，背景辐射看起来就像是一个2.7K温度的黑体所发出的，因此我们称呼即宇宙微波背景辐射的温度是2.7K，这也是我们通常称呼的深空的“温度”。

by 单身男青年

Q.E.D.

Q11

温度究竟是什么？一块热的铁烫手，仅仅是因为它的表面分子运动速度很快，以至于经过传导让人们手上的分子运动速度也变快，然后我们大脑告诉我们这是烫的？

by Bob

答：

题主的描述没有问题。当外界温度改变特别是机体受到冷热刺激时，表面皮肤分布的冷热温度感受器会探测到信号，并传入到神经中枢，抵达大脑，产生烫的感觉。人体对温度的感知，不是基于温度的具体数值，而是基于温度的变化。就像相同温度的铁块和木块，但是你会觉得铁块更冷，这是由于铁块的导热能力更强，你的皮肤散热更快，因此我们会感受到更冷。

在从微观上来看，温度的本质是衡量物体分子热运动的剧烈程度，一个宏观物体的温度，正比于组成它所有粒子动能的平均值，温度是一个统计概念，描述对象必须由大量的微粒组成。所以说从微观上来分析，温度感受器接受冷热刺激是一种热传递过程，当皮肤接触到温度不同的物体，也就是说皮肤分子接触到与之运动状态不同的分子，由于分子之间的碰撞，导致皮肤分子运动状态改变，从而使手的温度改变，形成冷热刺激。

by 小线

Q.E.D.

Q12

我在西安大唐不夜城拍了一句话构成的灯的照片，在月色下，回顾照片的时候发现有字的完全倒过来的显示，这是什么原理呢？

by 懒Yang闲Yu

答：

这是光在镜头组之间来回反射产生的鬼影（ghosting flare）。

手机和相机镜头是由多个透镜组成的，物体发出的光要穿过透镜组才能落到传感器上。其中，大部分光线会在空气-玻璃界面处透过并发生折射，但少部分光会在界面发生反射。下图中红色的光就是这样一种二次反射光，它会传感器上汇聚成一个新的像，称为“鬼影”。同样的道理，还会有四次反射甚至六次反射的光，不过这些光非常弱，往往不会对成像产生影响。

二次反射可以在不同的空气-玻璃界面上发生，所以在单张照片中，同一个物可能会有多个鬼影。但只要光学系统具有径向对称性，鬼影就都会落在主像和传感器中心的连线(l炫光)上。传感器的中心点(o)将这条连线分成两侧，在原像另一侧的鬼影是倒立的，也就是这位读者看到的倒立的像的来源。

要想解决鬼影，硬件方面可以在镜头上镀增透膜，减少光线在界面的反射率，降低鬼影的亮度。

还可以合理设计透镜组，减少二次反射光进入CCD的量[2]。

也可以在软件方面设计后期处理算法，检测鬼影并将其消除。有研究者提出假设，认为较强的鬼影基本上位于与原像中心对称的位置，所以可以利用这个位置关系方便地识别鬼影并消除[3]。

参考资料：

1. Koreban F, Schechner Y Y. Geometry by deflaring[C]//2009 IEEE International Conference on Computational Photography (ICCP). IEEE, 2009: 1-8.
2. Hullin M, Eisemann E, Seidel H P, et al. Physically-based real-time lens flare rendering[M]//ACM SIGGRAPH 2011 papers. 2011: 1-10.
3. Dai Y, Luo Y, Zhou S, et al. Nighttime smartphone reflective flare removal using optical center symmetry prior[C]//Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2023: 20783-20791.

by 牧羊

Q.E.D.

Q13

单身男青年是谁？能否介绍认识一下?

by 单身女青年

答：

你好单身女青年，很高兴认识你。应广大读者的需求，请允许我在此简要介绍一下我自己。

本人单身男青年，一只物理学科研民工，性别男，24岁，目前单身。身高180cm，体重75kg。兴趣爱好广泛。游戏爱好者，喜欢的游戏种类包括但不限于RTS/MOBA/RPG/rouge/ACT/soul-like/桌游等。骑行爱好者，地理爱好者，科幻爱好者，推理爱好者，电影爱好者，旅游爱好者，健身爱好者，美食爱好者，时常处在肥宅和现充的叠加态。

鉴于单身女青年的热情，下面附上一张自拍照，希望可以打消你的热情，早日回头上岸：

若想进一步与我联系，请下拉至本推送最后并给本回答投票，我将择机复出。

by 单身男青年

Q.E.D.

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编辑：Gyoku

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