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正Q:火箭在离开大气层后,朝后面喷射的火焰已经没有可以反弹的支撑物了,在真空里为什么还能前进(不含惯性)或变向?A:这个道理叫动量守恒。比方说你坐在一个小船上使劲往后面丢一颗沉重的铁锚。在丢出去的瞬间,你站的小船会开始向前运动。而小船向前运动的原因并     

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<正>Q:为什么电磁波既可以用于加热物体,又可以拿来冷却原子呢?A:用过空调的朋友知道这个常识:空调既能够出热风也能生凉风,原因是电能的工作方式不一样,在两种工作模式下电能分别用于热损耗与热转移。同样,电磁波用于加热还是冷却,取决于电磁波与物质的作用方式。在作用方式主要是吸收时,电磁波会加热物体;而在特殊情况下,通常是激光作用于跃迁能级与激光波长匹配的原子系统,此时原子吸收光子的同时     

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<正>Q:为什么七色光合到一起是白色,但七种颜色合到一起是黑色?A:色觉是人类基本的感觉之一,对颜色的感知源于电磁辐射对眼中视锥细胞的刺激,人们常用红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫来描述不同的颜色,对应于可见光光谱中不同的电磁波波长。根据"三原色"理论(RGB),人眼中有三种视锥细胞,能分别感知可见光的短波(S)、中波(M)和长波(L),分别对应蓝、绿、红     

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正Q:哪种材料可以取代硅,成为下一代支持微电子产业发展的材料?A:随着加工技术的进步,硅材料在微电子产业领域还能走很长一段时间,硅材料的加工工艺已经相当成熟,不是说取代就能取代的。研究新型材料,并不是抱着取代硅的目的去的,而是希望能找到性能更好的材料来满足不同领域的需求。任何一种材料都有自己独特的性能,目前还没有某一种材料能面面俱到,新型材料能做的就是"因材施用,取长补短"。举个例     

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Q:为什么影子周围有一圈亮亮的线? A:这是由于马赫带效应.马赫带效应是人眼的一种视错觉效应,它是指当亮度从一个亮度平台过渡到另一个亮度平台时,在较高亮度平台和过渡带的边缘会出现一条比亮平台更亮的亮条,而在较低亮度平台和过渡带的边缘会出现一条比暗平台更暗的暗条(图1).物理上检测不出这两个条带的存在,它们的存在实际上是...     

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<正>Q:从缺陷的角度考虑,为什么一般的金属材料都会因为淬火而变硬?A:淬火实际上是一个快速冷却的过程,在淬火的过程中,合金的高温相来不及转变成低温相,而被冻结在一个热力学上的亚稳态。以钢(主要成分为Fe和C)为例,高温下Fe的稳定相是γ-Fe(面心立方),低温下则是α-Fe(体心立方)。碳在后者中的溶解度低,因此缓慢降温时均相(奥氏体)的高碳钢会析出Fe3C(渗碳体)和α-Fe(铁素体)两相。而快速冷却时,     

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Q:为什么铁是灰色而铁粉却呈现黑色? A:首先,金属中自由电子形成了一片"海洋"——等离子体,使得金属对低于其等离子体频率的光子具有较高的反射率(大于等离子体频率的光子会被吸收).而大部分金属的等离子体频率都在紫外光区,因此表现出光泽.当然,这一过程和具体的固体能带也是相关的.同时,光滑平整的界面又保障了其镜面反射的特...     

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正Q:为什么晶体有固定的熔点而非晶体没有,我看到一般书上只写到,因为晶体是长程有序的,而非晶体是长程无序而短程有序,求更深理解,为什么长程有序就有固定熔点?A:这个可以说得很形象。融化的本质就是热力学涨落,也就是分子的随机运动剧烈到可以克服分子间的吸引相互作用,使分子从束缚的状态挣脱开来,从而使得原有的固体结构被破坏。     

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Q:为什么百度卫星地图上的正北方向和故宫中轴线不一致?正午时分影子指向的北方向,和磁北方向,还有卫星地图上的的北方向有什么不同?A:卫星地图的南北方向和正午时分影子的指向都是沿经线(子午线)的,所有经线交汇于地理北极和地理南极。故宫的中轴线与子午线是不重合的,逆时针方向偏离子午线2度左右。地理南极和地理北极的连线就是地轴,地球绕地轴自转。     

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正Q:太空中不存在物质,就没有热传导,为什么宇航服还要保温?A:宇航员目前到过的有月球表面和飞船出仓。这两个地方其实不完全是真空。月球表面有极其稀薄的气体,而载人飞船所在的轨道是近地轨道,属于高层大气。即使宇宙中也不是一无所有,其中充满了星际气体和尘埃。当然这些稀薄的物质我们完全可以当作真     

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正Q:路面有水,水会减少汽车轮胎与路面的摩擦力,出现打滑现象。但是,人工清点纸币时,干燥的手指在纸币上却打滑,将手指沾水后反而不打滑了。是什么原因?A:主要差别在水层的厚度,是不是足够厚到让水可以自由地做层间流动。如果是,那自然水就会打滑。如果不是,比如只在手指上,玻璃上涂了很薄的一层水膜,那这时水会因为表面浸润和张力的缘故增大摩擦。Q:时间在量子力学中似乎不是可观测物理量,因为根本没有一个厄米算符与之对应,狄拉克的原著中也     

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正Q:黑洞是如何形成的?A:我们都知道恒星的质量非常大,大到可以在恒星中心引燃核聚变,而这核聚变又释放出巨大的能量和辐射来抵抗引力对恒星的收缩作用。但核聚变总有耗尽的一天,当恒星内部的聚变燃料全部耗尽时,恒星内部向外辐射的能量就不足以抵抗向内的引力了。这时候引力就会向内压缩。如果这颗恒星比太阳小一些,那么这颗恒星压缩到最后会由于电子的量子排斥效应(就是费米子的泡利     

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<正>Q:在宇宙失重的条件下,人的血液循环有什么变化?A:在地球上,重力是人体处在不同高度的身体部位的血压有梯度变化的原因之一,通常脚部的血压有近200 mmHg,头部的血压则只有60—80 mmHg。在失重环境下,头部血压将升高,脚部血压将降低,此时人体会因为大脑血压升高产生负反馈调节,人体的血液总量将减少,长时间的失重还可能导致心脏功能衰弱。     

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<正>Q:非常遥远的星球,是如何确定元素组成的?A:通过分析元素特征光谱来实现的。量子力学告诉我们,原子的核外电子分布且只能分布在一些分立的轨道上,不同轨道能量不同,电子在不同轨道之间跃迁时,能量的差值表现为放出或吸收相应能量(频率)的光子。当原子放出光子时,其对应的光谱是一组离散的亮线(发射谱),反过来,当原子从连续的光谱背景中吸收光子时,将在背底上留下一组离散的暗线(吸收谱),频率位置和发射谱亮线一一对应,这样的吸收谱或发射谱就是元素的特征光谱。不同元素原子的特征光谱是唯一的,对于已知元素的光谱我们也已悉知。     

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正Q:倘若我把一张纸巾揉成细长的形状,把其一端放入水杯中,结果水就自己沿着纸巾上来了,是谁对它做的功?又是怎么做的?A:纸巾的主要成分是纤维素和各种增强剂。纤维素呈网状结构,由于浸润现象,会对水产生一定的引力,使水被吸入纸内,这个过程中分子间引力做功,系统的总势能减小,尽管水的重力势能增大,系统整体势能依然减小,处于更稳定的状态。可以用空水瓶和纸巾自己做一些实验,比较纸的种类和水上升的高度和快慢的关系。     

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Q：路面有水,水会减少汽车轮胎与路面的摩擦力,出现打滑现象。但是,人工清点纸币时,干燥的手指在纸币上却打滑,将手指沾水后反而不打滑了。是什么原因?
A：主要差别在水层的厚度,是不是足够厚到让水可以自由地做层间流动。如果是,那自然水就会打滑。如果不是,比如只在手指上,玻璃上涂了很薄的一层水膜,那这时水会因为表面浸润和张力的缘故增大摩擦。     

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Q：我们是怎么知道这个世界有反物质的？ 
A：理论上预言是从1928 年狄拉克提出他的狄拉克方程开始的(比较受公认的)。第一次在实验室观测到的反物质——正电子是由加州理工大学的Carl David Anderson在1932 年完成的。他因为这个获得了1936 年的诺贝尔物理学奖。现在,反物质已经随处可见了。比如医院的PET(正电子发射计算机断层扫描),就是利用了正电子来检测疾病呢。     

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Q：镜面反射时光走的路程是最短的,光怎么知道它走这条路的路程是最短的？
A：光没有自由意识,自然不知道它走的这条路是最短的。实际上,在镜面反射过程中,量子理论认为光其实走了所有可能的路径,每条路径都是平等的。而在几何光学中,光走的路径最短是它在经典极限下的描述。
如图,一个光子经过镜面反射从S 到P 的过程中,实际上走了各种可能的路径,每种路径贡献一个概率幅(相当于一个复数),从S 到P的概率是所有这些不同路径给出的概率幅叠加的结果。但不同的路径因为路程不同,所以光子走的时间并不相同,于是相邻的路径贡献的概率幅实际上会有不同的相位。如果路程不是最小的,较小的路径移动就会带来比较大的路程的差别,那么相邻的路径之间的时间相差就会比较明显(如图中的SAP,SBP两条路径),这样,它们之间就会发生比较明显的相消干涉从而其贡献相互抵消。而对于SGP 这种路程最短的线,关于它的微小移动不会带来比较明显的相位差别,因此这部分的概率幅就会被保留并成为主要的贡献者。所以从实际的效果来看,就等于光走了最短路程的线。
这个问题其实问的很好,著名的物理学家理查德费恩曼就是通过对这个问题的深入思考,提出了著名的路径积分理论。路径积分理论现在已成为理论物理的一块基石。     

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Q：哪种材料可以取代硅,成为下一代支持微电子产业发展的材料？ 
A：随着加工技术的进步,硅材料在微电子产业领域还能走很长一段时间,硅材料的加工工艺已经相当成熟,不是说取代就能取代的。研究新型材料,并不是抱着取代硅的目的去的,而是希望能找到性能更好的材料来满足不同领域的需求。任何一种材料都有自己独特的性能,目前还没有某一种材料能面面俱到,新型材料能做的就是“因材施用,取长补短”。举个例子,像现在比较火的石墨烯,它与硅相比,迁移率高,电导率高,柔性透明,因此在透明柔性导电膜领域有着潜在的应用价值,但石墨烯也有它的问题,开关比很低,无法用于逻辑器件。再有,现在兴起的类石墨烯二维半导体材料,与石墨烯相比,虽然迁移率不够高,但光电性能非常独特,对于研究单光子激光器等光电器件非常重要。所以说,信息社会是一个多样化的社会,材料也是多样化的,各种材料互帮互助,满足社会进步的需求才是最重要的。——杨蓉