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第11页



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14.围棋棋局的变化数真的比已知宇宙的原子数还多?

不是多,是多得多得多得多。

标准围棋是19×19的棋盘,总共361个落子点,每个点有放白子、放黑子和不放子三种状态。那么棋盘总共就有3361  种状态,约为1017  2。宇宙中已知的原子数大约是1080。所以这不是多的问题,假如把很多宇宙加起来让这一堆宇宙的原子总数等于围棋的变化,那么光是这堆宇宙的数量都要比一个宇宙中的原子数量还多。

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15.把核废料投到活火山口里会怎么样?

那么核废料会充分地熔解在岩浆中并流得到处都是……

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16.据说一头200千克的猪四脚站在地面上时,对地面的压强约为一个大气压。水下10米处的压强相当于增加了一个大气压。那么潜水员要如何承受住来自各个方向的猪的踩踏呢?

用一个手指头轻轻戳一下鸡蛋,你很容易把鸡蛋戳碎;把鸡蛋握在手中使劲捏却不那么容易捏碎。这是因为鸡蛋被握在手里时是均匀受压的。



换句话说,虽然过大的压强的确对物体有破坏作用,但压强分布不均匀带来的剪应力对物体的破坏作用更大。而分布均匀的高压在一定程度上是比较容易承受的。

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17.人类思想意识不同于电脑芯片和程序,它是如何产生和运行的呢?

针对大脑的物理建模我们是有一些的,不过还都处于比较初始的状态。比如,我记得有些(严肃的)论文指出,如果把神经元看作格点,把神经元之间的连接看作格点近邻相互作用,那么大脑的神经元在工作时的状态正好处于统计模型中的相变临界点附近。

解释意识的完美的物理理论目前还没有建立起来。但可以肯定的是,意识也好,大脑也好,都不会违背物理定律。所以(解释大脑和意识)这样的物理理论是可能出现的。凝聚态物理学家信奉一句话————“More  is  different.”大脑是一个如此庞大复杂的系统。解释它的理论一定是全新且极端复杂的,也许我们很难得到它,也许我们永远也得不到它。但它可以存在。

(本答案包含个人观点,读者请自行判断。)

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18.为什么原子弹、氢弹爆炸会有蘑菇云?在月球表面爆炸的核武器是不是就不会有蘑菇云了?

其实原子弹和氢弹在刚爆炸的一瞬间都是一个无差别的球形大火球。但很快,爆炸释放的大量热量把周围空气加热到了很高的温度,热胀冷缩使得周围空气体积膨胀密度变小,在冷空气浮力的作用下开始快速地往上运动,形成“蘑菇柱”。由于热空气在快速上升的过程中一直与周围的冷空气接触,当上升到一定高度后,原来的热空气已经冷却到与周围空气差不多的温度。此时空气不再继续上升,转而向四周扩散或被灰尘拖着下降。但上升气流会不断把周围的冷空气“拽”上来,所以下降气流一定会撞上后面的上升气流,于是被加热再次上升,在一定高度上循环。这就形成了蘑菇顶。

因此,蘑菇云的形成和核弹并没有直接联系,理论上只要炸弹威力足够大,能够在大气层中把大量气体瞬间加热到很高温度,就能形成蘑菇云。

但在月球上却不行,月球上没有空气,当然就看不到蘑菇云这种实质上是气体热对流的东西咯。

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19.有真正意义的“单色光”吗?三棱镜分光到无穷远时,能把“单色光”像分颗粒一样分开吗?

实际系统中没有严格意义上的单色光,这是由量子力学中的不确定原理造成的。在量子力学中,光的颜色越“单色”,光子的动量不确定性越小,根据不确定性关系,光子的位置不确定性越大。而位置的不确定性不可能无限大,所以光子不能严格单色。

太阳光分光最后会出现一些分立的谱线。不过原因并不是上面说的这个,这些谱线来自太阳上的原子的原子光谱。

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20.如果地球上的植物都消失了,剩余的氧气可以让人类存活多久?

地球大气总质量大约是5×1018  千克,氧气占比大约20%,那就是1018  千克。(还挺整!)普通成人每分钟耗氧量大约为250毫升,每天大约就是0.35立方米。70亿人每分钟耗氧大约25亿立方米。标准大气压下大约折合32亿千克的氧。另外,空气含氧量低于10%人就窒息死亡了。于是氧气储量人类只能利用一半。

结论:大概能活1.5×109  天,400多万年。加油喘吧!

(PS:地球岩石圈的氧气储量其实比大气圈要多得多,但是这里不予考虑,因为它们释放得太慢了。)

(PPS:这有啥难的?小学数学题嘛。你们呀,就是不如物理君勤快。)

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21.失重状态的人能否点燃蜡烛?能的话,烛火会是球形的吗?

蜡烛的燃烧需要氧气。在失重的条件下,由于没有了热对流,冷空气不会下降,热空气不会上升,充足的氧气也就不能到达蜡烛周围,从这一角度来看,蜡烛是不会燃烧的。但是气体的扩散效应也是必须考虑的。由于蜡烛周围的燃烧产物浓度高,环境的氧气浓度高,氧气就会向蜡烛周围扩散,燃烧产物向空气中扩散,只要扩散效应提供的氧气可以满足蜡烛燃烧的需求,那么蜡烛就可以燃烧。实验表明,在微重力情况下,蜡烛是可以燃烧的,只是燃烧的速率没有重力环境下大。蜡烛燃烧的火焰准确地来说是半球形,因为没有了对流,火焰会分布在烛芯的周围,从对称性来看就会成为近似的半球。

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22.如果将昆虫原比例放大,它们的外骨骼要有多硬才能支撑它们的重量?

通常生物的尺寸越大,身体所承受的压强越大。简单的数学告诉我们,在身体构型不变的情况下,身体所承受的压强与尺寸成正比。所以,电影里面的哥斯拉小怪兽在陆地上行走真可谓是“压力山大”。我们可以估计一下,有资料显示:哥斯拉同学的身高约110米,体重达9万吨。如果用人类中最胖的体形做一个比对,那么它的骨骼承受的压强大约是一个正常地球人的200~300倍。这已经超越了人类长骨的压缩强度(约200兆帕)。况且,这还是以人类能承受的最大压强来算的,实际上,比较脆弱的环节像关节、内脏等能承受的阈值比这小得多。这就是为什么陆地上没有特别大的动物。曾经称霸一时的恐龙的最大体形不过几十米长,而且都是标准的短粗腿。

昆虫的外骨骼成分主要是几丁质(一种多糖)和蛋白质。这种材质的强度物理君没有查到,不过显然和人类的骨骼没法相比,而且刚性程度不能满足要求。所以,就算把蚂蚁放大到人类大小也能勉强站起来,但是我们也不愿意看到蚂蚁互相打个招呼整个身体都跟着摇晃的场面。至于题主所问的把昆虫放大,外骨骼要达到什么强度才能撑起它们的重量,物理君只能说原来的外骨骼肯定不行。至于什么材料是合理的和完美的,看看我们的周围吧,神奇的大自然早就把答案说出来了。



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23.能简单描述一下闪电产生的原因吗?为什么闪电不走直线,而是分叉的?不是两点之间直线电阻最小吗?

雨天经常伴随出现闪电,闪电的产生包含了许多物理过程:云层和地面由于摩擦等带上了相反的电荷,电荷的集聚使云层和地面之间形成了强电场。空气由各种气体分子构成,其自身并不导电,所以一般情况下我们是看不到闪电的。但这些分子中的电子在强电场的作用下脱离原子核的束缚,空气变成由电子和离子形成的组合体,所以变得可以导电。电子在电场的作用下发生能级之间的跃迁,这种跃迁伴随着发光,这就是闪电。

但是大气中电离物质的分布并不是均匀的,因此空间中两点之间并不是直线通道的电阻最小。且闪电路线沿着电阻小的通道延展开来,而空间中电阻小的通道显然不止一条,所以就会有这样的现象————闪电走的路线是曲折并且分叉的。