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[自然科学]有哪些让人觉得不可思议的科学现象？ |
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相关问题 你见过或是听说过哪些真实存在的不可思议的科学技术？ |
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正好看到个特神奇的流体力学现象：2个涡环相撞的美妙瞬间！ |
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0 涡环是一种出现在液体或气体中的环形涡流，流体围绕虚拟轴线旋转形成的闭环区域。 涡环在流体的乱流中很常见，但却很少为人所知，除非有烟雾之类的悬浮颗粒才能显示其形态。 可见涡环也可以通过火炮、蘑菇云而形成，吐烟圈也算...吧 视频来源：Youtube 原作者：Smarter Every Day 翻译：Wayne字幕组 _______________ 想看其他有趣的科普实验，可以点我头像啦！！！ |
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帆船能跑的比风还快吗？超过风速的数倍？ 自然风是为帆船提供动力的唯一来源，那么它们的航行速度怎么能比风吹的还要快上很多倍呢?这看似违背直觉，但并不违反物理规律，不过其作用机理着实有些匪夷所思。风帆火箭2号（Vestas Sailrocket Ⅱ）于2012年，在风速约46公里每小时，也就是6级风的海况下，航行出了创纪录的125.95公里峰值时速，达到风速的2.7倍，超过了很多摩托艇，但这仍不是终点。 |
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0 事实上，我们多数人所熟知的古代传统方形船帆是做不到这一点的，因为这种帆只有一种作用力，就是风直接吹在帆面上形成的推力。而随着船速的增加，帆与风之间的速度差逐渐减少，推力也就越来越小，直至与航行中水的阻力相平衡，加速度变为零进入匀速行驶状态。在这种情况下，船速只能无限接近风速，但永远也超越不了；也做不到直接逆风行驶，只能采用斜顺风方式，在大范围内用之字形路线缓慢迂回来实现逆风前进。 |
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所以，若想要进一步提高航行速度和前进效率，就必须要寻找直接推力以外的其它更加强大的动力来源。这种力还真的存在，就在大自然中隐藏着，只是一直在等待着人们或被动的在偶然间、或主动的试验研究去发现。 因为运动是物体之间的相对位置变化，所以飞机可以看作是被大风吹上天的，但若从飞机的正下方以起飞速度的风力垂直的直接向上吹，这种平均作用于整个机体上的推力很难将飞机吹上天，但若是平着吹却能够获得稳定而强大的升力。 |
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这得益于上下不对称的曲面机翼设计，机翼上方的气流速度快、压强小，下方速度慢、压强大，压力差形成了强大的上升力。这就像是用手拿着一张纸，它会自然的弯曲垂下，但若向上表面吹气，纸就会飘起来；往两个乒乓球中间吹气也是一样，球不但没有分开得更远，反而是贴得更近了。流体速度快的地方压强就小，这就是源自机械能守恒的著名伯努利原理。 |
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从下面这张水槽实验的动图中可以看到，上下表面的水流在水平位移上行进的时间差不多，但是曲面的路程距离更长，所以流速要比另一面更快。 |
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上下表面对称的翼型，若保持一个仰角，上表面的流速依然是更快的。 |
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自然界中，很早就已经发展出了利用这种物理规律的方式。 |
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那么，既然这种方式能够提供更大、更高效的作用力，没理由不扩大它的应用范围。例如，将弧形机翼竖起来插在帆船上，然后侧风航行。 |
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这样，就将能够使沉重庞大的飞机飞上天的巨大的垂直升力，转换成了在水平方向上使帆船前进的动力。 |
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此时，风作用在船帆上的力分为两部分，一是因曲面帆两侧气流速度不同而形成的升力使船只前进，二是由于帆的凹面对风形成的阻力而产生的侧向推力（在逆风帆位时，升力方向的改变会分解出更大的侧向分力，见后文）。为了克服侧向力，帆船的底部都有各式各样的板状龙骨，在水中快速航行时可以对横向运动产生很大的阻力，从而阻止帆船在前进过程中的横向移动。 |
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在风的侧向力与龙骨产生的反作用力双重作用下，帆船的稳定性大为提高。 |
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风对帆产生的侧向力也会使船严重侧倾，所以我们经常能看到轻型帆船在快速行驶的时候，很多船员们都坐在一侧充当人肉压舱石来进行平衡。 |
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但若风力过大而帆位或航向调整不及时可能就压不住了。。。 |
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并且人肉压舱石也不太好当啊，压着压着可能就睡着了～～ |
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现在我们清楚了，船帆设计成曲面而形成的侧风升力能够使船更高效而稳定的航行，但若物理规律仅止于此的话，帆船仍然是达不到数倍风速的。 因为航行得越快，水对于船的前进阻力也会随之快速增大，很快就又达到了平衡进入匀速行驶状态。想要继续加速，就需要更大的风来产生更大的升力。就好比飞机在时速100公里的时候是飞不起来的，风不够大没有足够的升力，波音737得需要近300公里的时速才能起飞，但这么大的风是由发动机创造出来的。 可是，对于帆船来说，更大的风究竟要从哪里来呢？ 自然就是如此的超乎想象，这种更大的风源居然是由帆船自己创造出来的，然后供自己使用。。。 假若在一个西向微风的天气中，你走在路上能够清晰的感觉到风向和风力，但你骑上自行车以时速20公里向北行驶，这时你感觉到的风向和风力就都发生了变化，风力会略大于20公里，风向是北偏西一点。 |
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运动是相对的，你的运动速度发生了变化，感觉到的风也就随之产生了变化。自然的风，也就是相对于陆地或海面的风称为“真风”，你在运动状态中感觉到的风叫做“体感风”或“视风”，视风的大小与方向是真风和你运动速度产生的行进风叠加的结果，三者是矢量关系。行进风是假设周围空气静止时，运动对象感受到的风，与运动速度相同只是方向相反，在船上就叫做船风。 视风是由运动中的观察者所真实经历的唯一的风，如果随身携带风力仪器的话，记录到的风就是视风。在运动状态中，是不知道真风大小和方向的，因为你只能感受到视风，真风只能根据记录到的视风和自己的运动数据通过计算得出。 由此，我们可以知道真实作用于船帆上的风是视风，在侧真风至逆真风范围内航行时，视风总是大于船速和真风的（注意看矢量三角形中三条边长的比例和角度）。 |
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那么，这就带来了一个相当违背直觉的现象，只要船在真风的作用下开始动了、有了初速，视风风速就增加了（大于真风），作用于船帆上的升力也随之增大；增大的升力进一步将船加速，船速的增加又使得视风的风速进一步增大，继而升力继续增大、船继续加速。。。。。。 |
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循环加速，匪夷所思！自力更生的典型。。。 这个循环可以无限进行下去、最终速度无极限吗？感觉上好像是不可能，但在数学理论上来说的确是没有限制的，一旦进入数学中的无限概念就令人感到恐惧与绝望，因为好像真的可以无限接近、无限大、无限小。。。 |
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然而，真实世界中物理规律终归无法超越，多个物理量是在同时发挥作用、相对变换、也在彼此限制的。对于帆船来说，视风的速度虽然在不断增加，但它的方向也是随之在不断变化的，逐渐向正逆风方向接近。 |
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在这个过程中，如果保持帆位不变，船帆对视风的迎角将变小，空气流过船帆凸面和凹面时的压力差减小，升力也随之变小，直至与水的阻力相平衡而匀速行驶。风若是直接吹到了曲面船帆的凸面上，不但没有升力了，还会把船吹得倒退。 |
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所以，为了继续获得升力，就需要不断的调整帆位。而帆位的调整将使升力的方向发生改变（升力垂直于风向），但它可以分解出在航行方向上的分力，只是这个航向力将随着视风向正逆风方向的不断偏转而逐渐减小趋于零，同时升力的侧向分力逐渐增加，帆的凹面对风的阻力也成为前进的阻力之一。在随视风不断增大的加速过程中，航向力先是随之增大，然后又逐渐减小，直至与总的前进阻力平衡而终止了加速，此时达到最大航速。 |
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作用在帆船上的力详解图，可以简单的理解为航向力、前进阻力和侧向力就行（https://en.wikipedia.org/wiki/Forces_on_sails）。 实际上，在达到理想的最大航速之前，侧向力已增长到难以抗衡，航向与姿态都会失控，很容易侧倾翻船。下图中这艘三体运动帆船，虽然三名船员已经展平了身体来努力抗衡侧倾，但他们那一侧的船身还是升的比较高。通过前面的分析，我们已经知道了船体的侧倾，并不是因为真风从横向吹成这样的，而是来自斜前方视风形成的升力的侧向分力造成的。 |
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在现实的工程设计中，想要获得更高航速的关键之处主要在于三点，一是尽量减小行驶阻力，二是能够最大限度的以接近正逆风的角度航行，三是克服侧向力和侧倾。所以，很多运动帆船都采用了水翼设计，就是像飞机那样让船在水中“飞”起来，减少船身的行驶阻力；为了克服侧倾，多采用双体、三体船身来加宽；海上的风向在小角度内并没有那么稳定，迎角过小时软面的织物船帆很容易鼓不起来瘪掉了，此时像机翼一样的刚性帆体就成为首选。 |
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为美洲杯设计的双体轻型帆船能够达到2倍真风速，小小的两片水翼就能让它飞起来，巨大的主帆是硬质刚性的，采用可操控的活动襟翼来改变帆面的曲度。 |
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碧海蓝天，御风而行，美妙至极～～ |
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但对驾驶技术的要求非常高。。。 |
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单体帆船为了对抗侧向力更是绞尽脑汁，例如这样举着一只脚跑的。。。 |
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而纯粹为打破速度纪录而设计的风帆火箭2号，舍弃了操控性将船帆设计成倾斜的以更好的平衡各种力之间的作用来稳定航行姿态，空重也仅有275公斤。 |
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就连团队负责人兼驾驶员保罗的头盔都是这样的。。。 |
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不过这是在风帆火箭1号时戴的，当时船体的气动设计仍有不足，导致船飞了起来，好在保罗没有受伤。 |
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现代高性能帆船的设计理念，最初由美国物理学家伯纳德·史密斯在1963年出版的《40节（74公里）帆船》一书中提出，这个概念远远超出他的时代。伯纳德参与过火箭和导弹设计，业余时间对超级帆船的设计研究了很多年，详细阐述了刚性船帆和水翼以及龙骨的运用，激发了很多设计师的热情。但直到2007年，保罗的团队才突破了40节的航速，当他兴奋的联系伯纳德告诉他的想法成为现实时，伯纳德已经97岁高龄了。 在空气没有被压缩之前，速度仍然可以继续提高，并且保罗也认为他们可以继续创造纪录。但是，水中的航行限制仍然非常大，船重、行驶阻力、侧向力、侧倾之间的问题很难平衡，海面上的波浪也导致了巨大的颠簸，稳定性的降低使得进一步突破3倍风速异常困难。 那么，把帆船安上轮子、在平坦的陆地上行驶如何？ |
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前进的阻力小（滚动摩擦）、侧向阻力大（滑动摩擦），行驶过程中通过空气动力学下压车身进一步增大侧向阻力和抗侧倾能力。由此，童年时期就是超级航海爱好者的英国工程师詹金斯，花费十年设计、建造出的第五辆风力车“绿鸟（Greenbird）”创造了202.9公里时速的世界纪录，达到了约3倍风速。如果天气与场地合适，詹金斯认为绿鸟能够达到5倍风速（最终速度不一定太高，但加速时间和距离要够长）。 但是，车轮的前进阻力仍然不够理想，大家若是看过轮滑与滑冰比赛的话可能会感觉到它们之间的差异，所以还是给帆船穿上冰鞋吧！ |
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因为极低的摩擦系数，冰船可以在真风速非常小的气象条件下行驶，达到5倍风速是比较容易的，在良好的气象与场地条件下甚至能够达到10倍风速，国际冰帆船竞赛协会比赛中的冰船大多在3～5倍风速之间行驶。 达到风速倍数的差别如此之大的原因在于，冰船与视风之间最小能够以7度角行驶，水上的轻型多体运动帆船最小是20度，而普通的现代帆船在45度角之内就无法航行了，这是由足够小的前进阻力与抗衡侧向力的能力决定的，帆船可以因此获得最宽泛的持续加速范围，也就是尽量做到升力最大化、阻力最小化。 人类对世界的理解，取决于对大自然的提问方式，没有被偶然发现的、也没有被主动提出问题进行研究的那些范围，就是完全不知道、一直在隐藏着的。 虽然曲面风帆对视风这种神奇特性的利用令我们惊叹，但帆船终究有所限制，既不能绝对的正逆风前进、在直接顺风中跑得也慢，这个结果似乎有些意犹未尽、不够过瘾。 那么，将风帆换成螺旋桨如何？ 这可能会进一步挑战我们的直觉，事实上这个想法当初遭受了很多质疑、批驳，被人嘲笑为另一种永动机，详见下一篇文章《黑鸟：在顺风中跑出逆风，超过风速数倍的风动力车》。 |
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把人类宝宝和黑猩猩幼崽一起养大，会发生什么有趣的事情呢？结局可能是有些出乎意料的～～?mp.weixin.qq.com/s/He2wYApF3pNifA5ph6NmVQ |
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人类为什么难以长出强壮的肌肉，但动物园中的大猩猩很少运动却依然肌肉发达呢？?mp.weixin.qq.com/s/e-ZJ888UrWPZvOElIJKHAw |
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生物世界太多的不可思议了，其中白细胞“千里”追击细菌，保护我们自身免受细菌伤害的视频应该是最经典的现象之一了吧。 “我要追上你，我就把你嘿嘿嘿！” |
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0 另一个我觉的更有意思的是今年的发现：人类第一次拍摄到了细菌从外界环境获取DNA的过程。 我们知道细菌之间是可以“共享”DNA的，这也在一定程度上促进抗生素抗性的传播，所以现在很多抗生素效果越来越差了。当然这对于细菌来说是好事，同时“共享”DNA也可以促进细菌群体的进化。 但是问题是我们一直没有亲眼看到过这个过程。不过就在2018年的6月初，来自印第安纳大学的研究团队第一次拍摄到了细菌从外界获取DNA的过程。 细菌虽小 ，但是这个过程是如此的令人惊叹。 |
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0 参考资料： Death is an Outrage!?www.rfreitas.com/Nano/DIAO/Slide64_files/slide0043.htm |
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Vibrio cholerae" class="LinkCard new css-1vqsdx1" data-image="https://pic3.zhimg.com/v2-005a674770f0f5bba1087d88c74b0afe_120x160.jpg" data-image-width="462" data-image-height="685" data-za-detail-view-id="172">Retraction of DNA-bound type IV competence pili initiates DNA uptake during natural transformation in <i>Vibrio cholerae</i>?www.nature.com/articles/s41564-018-0174-y |
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用手枪射击结冰的河面后发生了不可思议的现象 |
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0 老视频了~结果是真的意想不到 |
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谢邀！ 大家都以为交配都是雄性动物插入雌性体内，比如人类。 其实不然，自然界中有一种昆虫，是雌性插入雄性身体体内，而且它们最常用的姿势是女上男下，而不是其他动物的男上女下。 通常来说，由于卵子比精子更难产生，所以进化方向由雌性来主导，雄性通过竞争来争取雌性。 但有一种生活在巴西洞穴里的啮虫目的昆虫 Prionoglarididae ，因为雄性分泌营养物质更不容易，产生精子比雌性产生卵子困难，雌性拥有更多的交配权。 |
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Prionoglarididae Credit：Semantic Scholar 所以不是雄性将生殖器插入雌性体内，而是雌性将性器插入雄性体内来收集精子。性选择在这里发生了逆转。 并且在交配过程中，雌性在上面，雄性在下面。 如下图所示： |
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Credit: Current Biology, Yoshizawa et al. 这些雌性昆虫有着类似阴茎的生殖器，这是一种由肌肉、导管、膜和尖刺组成的复杂器官。 下图是雌性的“阴茎”。 |
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Credit: Current Biology, Yoshizawa et al. 而雄性昆虫却拥有着类似阴道的生殖器。 |
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在交配过程中，雌性会用它们复杂的阴茎持续抽插雄性40~70个小时，从雄虫体内收集将精包收集出来，放到自己的体内。 昆虫体内的精子，学术上叫精包，是一种由雄虫黏液黏在一起的精子群，黏腺分泌形成。一般来说大部分昆虫，雄虫在交配时被移送入雌虫体内，精包在雌体内降解。 下图是这种虫子交配的体内情况。 |
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Credit: Current Biology, Yoshizawa et al. |
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一旦插入雄虫体内，雌虫的膜状部分就会膨胀，而器官上的许多刺就可以牢牢地捆住雄虫（以颜色显示），雄虫就只能等着被干了（ 男人们，没想到吧，会有被干翻的这天吧...至少我没想到，在知道这种虫子之前 ）。 |
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雌性生殖器的倒刺，颜色标识 Credit: Current Biology, Yoshizawa et al. 如果强行分开，那倒霉的只有雄虫。当科学家试图把一对正在鱼水交融的虫子分开时，雄性的腹部被部分撕裂开，而雌性的生殖器完好无损。 |
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Credit: Current Biology, Yoshizawa et al. 虽然雌虫的阴茎没有18cm，只有0.4~0.5mm，但是这个长度相对于这种虫子已经够呛了。一只成年的雄虫只有2.7~3.7mm，雌性生殖器长度相当于体长的1/5。 假如当作人类（1.7m），这只雌虫有近34cm长的阴茎了，真是壮观！ |
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雌性阴茎 Credit: Current Biology, Yoshizawa et al. 如果昆虫界也有自己的知乎，估计这种雄虫会上知乎提问： 被长达34cm的大X萌妹狂干40~70个小时是什么体验？ 有人问：有可能是科学家把雌雄的性别弄反了呢？ 不会，我再重复一遍整个交配繁殖过程，雌性插入雄性体内，然后把精包拉到自己体内，最后插的那一方怀孕产卵。另外，性别的定义取决于性染色体。 参考文献： Female Penis, Male Vagina, and Their Correlated Evolution in a Cave Insect |
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下图是一只鱼在逆流游泳。看起来平平无奇吧？ 游动的是一只死鱼喔！这就是被动推进现象了。 |
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动图来源：@chubicki 原理：Beal, D. N., et al. "Passive propulsion in vortex wakes."Journal of Fluid Mechanics， 549 (2006): 385-402. |
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超导磁悬浮了解一下 |
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又来骗我的珍藏多年的小视频： 马格努斯效应：当一个旋转物体的转轴方向与飞行方向不重合时，物体旋转可以带动周围流体，使得物体一侧的流速增加，另一侧减小。根据伯努利定律，流体速度增加将导致压强减小，流体速度减小将导致压强增加，这样就导致旋转物体在横向的压力差，并形成横向力。同时由于横向力与物体运动方向相垂直，因此这个力主要改变飞行速度方向，即形成物体运动中的向心力，因而导致物体飞行方向的改变。 由于液体表面能量较高，液体有自发降低表面积的趋势，这个趋势就是表面张力。在表面张力的作用下，液体倾向于与硬币分离以降低接触面面积，因此硬币能够漂浮在水面上。 蚊子、水黾等昆虫也是通过表面张力在水上行走的。 莱顿弗斯特效应：当手接触视频中的熔融金属时，手上的汗水会迅速沸腾，在手上会产生出一层有隔热作用的蒸气，从而保护了这位作死小能手的手掌。 注：第一和第三项存在危险，切勿模仿。 欢迎关注： |
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在这个话题下没看到天文相关的答案有些失望啊。 毕竟“不可思议”这个佛教词汇本来就是一个数字单位。按吉田光由《塵劫記》，1不可思议 == 10^{47} 。这个量级的造化神通，也就是在天体物理现象里面敢做笑谈了吧？旷劫年光之外，万亿太阳质量的巨大椭圆星系中心盘踞着十亿太阳质量的硕大黑洞。在距离黑洞事件视界外不远的地方，难以想象的复杂磁流体力学过程催生出宇宙中数一数二的粒子加速器：尺度可轻松达到数十万光年的相对论性喷流中，无数被加速到接近光速的粒子通过各种辐射机制，咆哮出 10^{47} \mathrm{erg/s} 的射电光度，让地球上的天文学家“震耳欲聋”。还有比这更接近“不可思议”本意的解释吗？即便按照目前Google认为的更离谱的兑换：1不可思议= 10^{64} , 宇宙学家依然可以作弊般地搬出超大质量星系团的质量能量 ( E=mc^2 )来接招。 不过，作为接受过天体物理专业训练的人，只拿数量级来说话未免欺负人了。“不可思议”往往做“难以理解”用，公然向科学家挑衅。然而，“不可思议”也可以在惊讶得瞠目结舌的时候拿来救场。在天文现象里，有很多是物理学家已经非常轻松地理解了的，然而放置于天体物理的尺度和极端条件上，依然可以产生“不可意思”的观感来。鲲鹏扶摇直上，雨燕檐下低飞，空气动力学原理应该都是一样的。但谁看见“翼若垂天之云”的大鸟扑啦啦飞过不大喊“不可思议”！那不是吓晕了就是在装逼。 这里就简单举两个天体物理中类似的例子：物理原理简单到让你想笑，实际天体物理场景让你感动到想哭。权当抛砖引玉。 热盐混合 (Thermohaline Mixing) 这个有趣的实验在厨房里就可以做：准备一个放入冷淡水的杯子；另一个放入染色的温盐水的杯子用硬纸板挡好，把两个杯子口对口竖直放好，保证热盐水在上，撤走纸板，很快你就会在冷淡水和温盐水的交接处看到无数纤细的“盐手指” (Salty Finger) 生成 (见下图) |
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染色的温盐水在重力和双扩散对流的作用下，形成若干纤细的“Salty Fingers”。图片来自Amanda Karakas和John Lattanzio关于恒星核合成的PASA综述；实验由E. Glebbeek和R. Izzard完成。 这个物理现象叫做双扩散对流 (Double Diffusion Convection)，或者叫做热盐混合过程，是一种流体中常见且重要的非线性现象，当两种溶质不同的液体同时存在温度和密度差异的时候就会出现。这个现象有很多有意思的生活观察，比如热咖啡导入冷牛奶制作拿铁咖啡时自然产生的分层现象，也是可以用双扩散对流来解释的。拿铁的分层 (stratification) 和上面看到的盐指都是双扩散对流的一种表现形式，其区别在于不同液体由于温度和盐度引起的扩散速率的不同。在图上的例子中，热盐水中由于温度引起的耗散比盐度引起的要快得多的多，换句话说，热盐水在能变“淡”之前先变冷了，导致密度变高，产生了不稳定性引起的局部对流，导致了盐指的出现。这个过程对于海洋中的垂直对流非常重要，甚至对全球尺度的海洋环流都有作用，在地球上研究得不少。然而我说这个现象在恒星内部也存在，甚至可能还很重要，你可以想象吗？ 实际上，只要把上面的液体置换成温度要高几个量级的等离子体“浓汤”，把盐度想象成包含了不同重元素组分的恒星内部成分 (恒星内部不同深度上的等离子体的平均分子数不一样) 就可以了。中小质量恒星 (0.8-2.0太阳质量) 在演化到红巨星的阶段，中心会出现一个氦核，一开始的时候由于温度压力不够，是无法进行核聚变的；当恒星核心外面的核聚变不断进行，让中心氦核的质量高到一定程度的时候，可以发生短暂且剧烈的核聚变，叫氦闪 (Helium flash)，在很短的时间内把大量的氦聚变成为碳。这个过程发生在恒星中央简并氦核的外侧，最终的结果是：在温度稍低一些 (由于中微子能量损失)，平均分子数较低的几乎全部是氦组成的核心外侧有一层温度更高，平均分子数更“重”的碳元素。到这里有没有觉得稍微熟悉一点呢？ 其实，早在1972年，著名天文学家Roger Ulrich就在一篇短文中认真讨论了恒星内部的热盐混合过程。不过很长一段时间里，天文学家都认为这个现象不会很重要，会被其他物理过程迅速抹除。然而，天文学家理解恒星一直是从一个很简化的角度出发的：没有自转，没有磁场的一维模型。而我们对于对流这样无比重要的物理过程的理解也是很粗浅的，在恒星建模中往往会使用一些简单的梯度判据。按照这些判据，热盐混合过程其实都未必会发生的。不过，随着研究深入，模型日益逼真，天文学家终于重新认识到了热盐混合过程很可能在中小质量恒星的红巨星阶段自然出现，并对我们理解包括我们太阳在内的恒星的归宿有重要作用。一系列关于红巨星大气中不同元素丰度的模型预测和观测的不匹配都可以通过内部更有效的混合机制来解释，而海盐混合扮演的角色可能比我们想象的重要的多。 甚至宇宙学现象都可能求助于热盐混合过程：3He疑难。作为He的同位素，3He在宇宙中观测到的比例非常低，然而我们都知道中小质量恒星在演化中会在包层中大量产生3He。为什么这些3He不能随着恒星的死亡和包层的逃逸释放到星际介质里被我们观测到呢？天文学家们通过昂贵的三维数值模拟发现，这很可能也是红巨星演化内部核心附近的热盐混合效应导致的：这种之前被忽视的物理过程可以异常有效的方式提供混合机制，导致3He被“摧毁”。 从你在厨房里做的小实验，到红巨星简并氦核外猛烈的氦闪，双扩散对流产生的物理现象可以让你把手中的一杯拿铁，视线尽头的大海，以及海上孤悬的落日都联系起来，也算是“不可思议”了吧。 |
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Peter Eggleton, David Dearborn, 和John Lattanzio用美国Lawrence Livermore国家实验室的超级计算机模拟的红巨星内部氦核周围的热盐不稳定迅速引起的平均分子数的局部变化，是“盐指”的一种极端表现。冲压剥离 (Ram Pressure Stripping) 这个现象你一样可以轻松体验：找一个无风的室内环境，骑上自行车，在车头放几张A4纸，你会发现纸会很快飞走。为什么呢？我猜很多中学生都可以回答出来：自行车和室内空气的相对运动产生了对纸片的压力，由于纸张很轻，这个压力就如风般将纸从车上“剥离”掉了。这个过程，就叫做冲压剥离。并不难证明，冲压的压力可以用简单公式 P_{\rm ram} = \rho v^2 来表示：冲压等于介质密度乘以相对速度的平方，很好理解。然而，在星系演化的尺度上，冲压展现出来的可怕是你想象不到的。 我们的银河系，温柔而平静，恒星在银盘上规则运动，盘上的气体缓缓地转换成恒星，又不断地从银河系富有重子物质的银晕内吸积气体，维持着一种生机盎然的平衡，所谓可持续发展，不过如此。然而绝非所有星系都如此幸运。天文学家很早就发现，星系的“颜色”和他们所处的“环境”有关。同样都是银河系质量的规则盘星系，像我们银河这样的，处于基本与世无争的小星系群内，就能维持着气体和恒星之间的生生不息，不断产生的年轻恒星骄傲的热连续辐射赋予了星系祥和的蓝色，宛若从太阳系边缘欣赏地球上海洋的感觉；然而，若是这样的星系不幸位于一个超大质量的星系团内，环绕在大质量的椭圆星系周围，绝大多数情况，我们看到的只会是一抹沙漠般的暗红：失去了气体的星系无力继续产生新的恒星，只有低温的红巨星还在努力证明着这里曾有过的生机和辉煌。这是为什么呢？ 同样还是在1972年，James Gunn和Richard Gott III就提出了预测，认为冲压剥离是杀死星系的幕后黑手。简单来说，大质量星系团的内部，星系之间不是真空一片，而是充满了各种高温的星系际和星系团际的高温热气体。而当这些质量恐怖的结构的引力对周围的小星系是一种无法抗拒的致命吸引。在强大引力的加速下，当无辜地小星系落入星系团的陷阱的时候会达到非常高的速度。这个时候，星系团内高温热气体对星系产生非常可怕的冲压剥离现象。小星系内的恒星结构 (自行车) 还算能幸存下来，但是星系内部稀薄的冷气体 (车头的A4纸) 可就没这么幸运了。 尽管提出了这么久，但也是到了最近，天文学家才通过对大量星系团内星系的恒星和气体成分的观测证实了冲压剥离的重要和高效。在星系团内天文学家们观测到了一种叫做“水母星系”的特殊天体，然而和这个充满生机的名字暗示得截然不同，通过气体运动学的观测，天文学家们现在知道这是星系团冲压剥离刚刚落入的盘星系上气体的“犯罪现场” (如下图) |
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By NASA Goddard Space Flight Center from Greenbelt, MD, USA - NASA&amp;amp;amp;#39;s Hubble Finds Life is Too Fast, Too Furious for This Runaway Galaxy, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5148318 上图展示的这个典型的水母星系叫ESO 137-001，是大质量星系团Abell 3627中最为知名的一个冲压剥离的实例。从这个还在努力形成恒星的盘星系上被拉扯出的气体绵延出上万光年，气体在仅存的少量年轻恒星的电离下发出幽幽的蓝光：我们仿佛看到了一个星系的“魂魄”正在脱壳而出。这样的死亡过程是快速而残酷的，仅仅几亿年后，这个星系就会变成再也无法形成恒星的“僵尸”，除了听话地绕着星系团中心的星系绕转，并在适当的时候被吞噬掉，成为中心椭圆星系的一部分外，再也没有别的命运可选择。 随着观测的深入，天文学家愈加的确信，这样的一个看似简单的物理过程正在以可怕的效率，在可畏的尺度上把大质量暗物质晕内的星系推向死亡的边缘。不知道你怎么想，我觉得这是有一点“不可思议”的。 《维摩诘经》云：“诸佛菩萨有解脱名不可思议”。似乎佛教原意中，不思，不议，方可得解脱。然而天文学家活得真的没有这么洒脱。天地元黄，宇宙洪荒，每一寸光阴，每一方星空都有天文学家的惦记，对于小小人类来说，这本身就算是够“不可思议”了吧。 |
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鲁伯特之泪（Prince Rupert's Drop） 是熔化的玻璃在重力下自然滴入冰水中，形成的如同蝌蚪状的“玻璃泪滴” 它有着奇妙的物理特性：头部能在8吨压力下不碎，甚至手枪子弹在击中它时自己会碎裂，而鲁伯特之泪毫发无损。 |
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但是尾部只需要轻轻一敲，甚至只是受到震动，那么就会从尾部到头部以极快的速度碎裂成粉末。据高速摄影技术观测，其裂纹的传递速度可达秒速1450米-1900米。 |
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鲁珀特之泪碎裂的原理叫做“裂纹扩展”，源于其内部不均衡的压力：当熔化的玻璃滴入冰水中时，玻璃表面迅速冷却形成外壳，而壳下的玻璃还仍然是液态。等到核部的玻璃也冷却凝结体积变小时，液态的玻璃自然而然地拉着已经是固态的外壳收缩，导致靠近表面的玻璃受到很大的压应力，同时核心位置也被拉扯向四周，受到拉应力。当外部遭到破坏时，这些残余应力迅速释放出来，使得裂纹瞬间传遍全体、支离破碎。 相关视频http://www.bilibili.com/video/av10415994?share_medium=android&share_source=copy_link&bbid=DAF9B69D-278A-471A-874D-BC960B55247B30560infoc&ts=1529987479802 顺便说一下，我曾经开过脑洞，在衣服上镶满头部冲外的鲁伯特之泪做成刀枪不入的防弹衣，不过我之后又想了想，一旦磕了碰了使鲁伯特之泪的尾部受到冲击会爆一身玻璃渣，结果就是我的脑洞破灭了。 |
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