不是說光速不變嗎？在水裡不就“變慢”了嗎？| No.409

宇宙中的電磁波大氣中的極光照射在水中的手電筒光他們的速度是一樣還是不一樣呢？      

問答導航1.為什麼溫度低儲存食物時間長？高溫不是可以殺死細菌嗎？2.地震前指南針為什麼會亂轉?3.為什麼羊肉卷切出來是卷卷的?4.為什麼手機螢幕上有油的部分會出現彩色條紋?是因為波的幹涉嗎？5.都說摔打火機會爆炸，這是真的嗎？6.光在從一種媒體進入到另一種媒體的過程中傳播速度會發生改變，那麼請問這個過程中光速是否是突變？光傳播速度改變的原理又是什麼?7.為什麼電磁爐不能用鋁鍋，鋁鍋不是也可以産生渦流嗎？8.從基因學上來講，如果我父親出生時是個女孩，我母親出生時是個男孩，還能生出我嗎？      

Q1

by 丘山

答：

食物腐敗的主要原因是微生物的繁殖，低溫可以抑制微生物的生長，并且最大限度的保留食物原有的風味，是以冰箱是目前最常見的家用食品儲存方式。

高溫的确可以殺死絕大多數的細菌，如果設想的是持續性高溫來儲存食品，會面臨其他一些問題：

首先是對食品風味的破壞，持續性高溫會破壞食品的結構，失去原有的口感。而且加熱産生的一系列副産物會改變食物的風味，這與烹饪中所追求的火候相悖。

其次是高溫會使食物中部分物質降解，變性，甚至産生有害物質。這方面最為人所熟知的是梅納德反應産生的丙烯酰胺和油脂在高溫下的變質。

雖然持續性高溫并不适合儲存食物，但是短時高溫滅菌疊加無菌密封包裝，就可以在利用高溫殺菌的同時減少對食物風味品質的破壞，這也是在食品工業中有着悠久曆史和廣泛應用的巴氏滅菌法的原理（其實UHT、高溫高壓罐頭滅菌都是這個基本原理，隻是溫度和條件有改變）。

by 某大型裸猿

Q.E.D.

Q2

by 柒拾一

答：

2008年汶川8級大地震前，地磁在極震區的變化引起了指南針不規則的擾動、偏轉甚至轉圈的異常現象。這表明：強震即将發生前，震中局部地區存在磁場紊亂和磁噴異常。臨震前地磁場異常的發生機理，可通過壓磁壓電的實驗和理論解釋，Freunf的文獻顯示岩石受壓會産生電荷極化，電荷運動産生電流，這種電流在岩石破裂前達到極大，為加壓時的 34 倍；岩石受壓區電荷會擴散至非受壓區，同時地應力使得岩石壓縮或者拉伸，影響其電導率。電導率的陡增，使得局部磁場突變。

大地震前地下流體的湧動使得孕震區斷層、裂隙産生擴張和閉合運動，并産生出一定頻率的 磁波動。地下岩層的固有頻率屬性對磁振動頻率發生共振響應，其強度随距離增加而迅速衰減，在大地震前表現為一種“磁間歇噴發”，類似實體學家特斯拉以小輸入達到強輸出的超級傳輸實驗所反映的“特斯拉效應”；進而産生異常劇烈的地磁紊亂效果。

補充：其實地磁場是有四個組成部分，即主磁場、岩石圈磁場、變化磁場和感應磁場。傳統的震磁效應分析多是以地磁基本場（主磁場與岩石圈磁場）為研究對象，同時主磁場占絕大部分，多數地震發生位于地殼和上地幔頂部，即岩石圈内。而根據筆者調查，以往的地震分析也主要利用主磁場占絕大部分的地磁基本場來分析震磁效應。

不過之後也有科研人員分析地震前後，岩石圈磁場的總強度、磁偏角、磁傾角與地震的對應關系。研究表明岩石圈的影響主要集中在震中附近，而在距震中較遠區域反映不明顯．同時，因地質構造及孕震機理不同，不同地區的震磁變化有着不同的表現形式和變化幅度。

參考資料：

1. Freunf Friedemann.Toward a unified solid state theory for pre - earthquake signals [ J] .Acta Geophysica,2010 , 58 ( 5 ) :719 - 766.
2. 顧春雷,張毅,徐如剛,等.地震前後岩石圈磁場變化特征分析[J].地球實體學進展, 2010(2):6.
3. 曾小蘋,鄭吉盎,王曌燚,等.震前特大地磁異常及其短臨預警意義[J].中國工程科學,2011,13(04):48-53.

by 藍多多

Q.E.D.

Q3

by 小玉

答：

羊肉卷作為涮火鍋的必備單品，它憑借鮮美的口感和獨特的風味赢得了許多食客的喜愛。下面我們從力學角度簡單地分析為什麼羊肉切出來大都是卷卷的。

平時廚房裡用的刀一般為楔形，它的橫截面呈倒三角形形狀。可以想象，如果對刀施加一個向下的力，它的側面同時會産生向兩邊擠壓的力，凍的羊肉片受到擠壓力後會産生彎曲形變，進而将羊肉切成了卷狀。

掌握了切羊肉卷的原理就能夠切出完整的羊肉卷了嗎？其實并不是，切羊肉卷還需要把握好切羊肉的溫度和肉卷的厚度。一般來說冷凍好的羊肉不要立刻去切，此時的羊肉太硬。在切的時候很容易會因為受力不均而碎掉，同時長時間切較硬的東西也會對刀片造成更多的磨損。

通常會把羊肉放在室溫解凍一會再切，放久了也不行，完全解凍的羊肉非常軟，切的時候自然無法成卷。另外，切出的肉卷不能太厚，否則刀口向兩側施加的擠壓力太小，不足以讓羊肉卷起，切出來的肉會呈片狀。

by Sid

Q.E.D.

Q4

by zsh

答：

在有油的部分上出現彩色條紋是因為波的薄膜幹涉，因為當光入射到油膜時，他會分别從上表面和下表面反射出來，使得來自同一光源的兩束光發生疊加，發生了幹涉。他們的光程差為

n是指油膜的折射率，d是指油膜的厚度，對于不同波長的光來說，如果光程差等于波長的整數倍，就會發射幹涉增強。如果是半波長的奇數倍，則是幹涉相消，是以會出現不同顔色的幹涉條紋。

大家如果細心觀察，還會發現肥皂泡也是可以看到彩色條紋的，他也是薄膜幹涉的一種哦，不知道有沒有發現過捏。

by 藍多多

Q.E.D.

Q5

by 匿名

答：

大多數便攜式打火機使用液化丁烷作為燃料。丁烷是一種易瓦斯體，常溫下以液态存儲在打火機内部的密封容器中。當打火機被摔在地上時，如果其外殼發生破裂（常見于塑膠打火機），其内部的液态丁烷将迅速氣化膨脹，進而産生高速的氣流和外殼碎片，對周圍的人造成傷害。

此外，一旦燃料洩漏，丁烷會迅速蒸發成氣體，與空氣混合形成可燃混合氣。如果這種混合氣體遇到點火源，如環境中的高溫熱源或金屬打火機受撞擊産生的火星，也可能發生燃燒或爆炸。

總的來說，雖然日常使用中摔打火機導緻嚴重爆炸的情況較為罕見，但确實存在一定的風險。正确的使用和儲存打火機，避免将其暴露在極端條件或潛在危險的環境中，是預防意外的關鍵。

by 魚非我

Q.E.D.

Q6

by 野生高中牲

答：

光進入媒體速度會改變，可以用折射率來描述。但本質上光這種電磁波的速度依然是真空中的光速，而媒體中變化的光速隻是一種波疊加的等效效果。當光在媒體中傳播時，媒體中的電荷會受到光的電場（磁場）的驅動，将以相同的頻率來回擺動，進而輻射出新的電磁波。該電磁波和原光波頻率相同，但是通常具有相位延遲，由于受迫振蕩的電子不能及時跟上光場的驅動力。

以下基于偶極子的諧振子模型來讨論媒體對光的作用，假設媒體中電子被束縛在固定原子周圍，在光場下發生位移，同時電子受到回複力試圖回到平衡位置，則電子位移x滿足微分方程：

為電子在其平衡位置附近振蕩的本征頻率；為光的頻率。計算可得到方程的解，進而可得含有N個原子的媒體的極化強度為：

由電磁學相關公式，極化強度滿足公式：

其中為介電常數，為相對介電常數。是以可以得到折射率的表達式：

媒體中光振動滿足：

z為光傳播方向位移，c為光速，是以光速變慢為c/n。

媒體中的光波是原始波加上媒體内所有電荷輻射的新電磁波的疊加效果。當原始光波和電荷輻射波疊加後，得到相位延遲的疊加波，當光波的頻率不變時，光波的波長由于相位延遲而被壓縮了，光經過一個周期的時間經過的距離變短了，是以得到光在媒體中的表觀波速變慢了。

參考資料：

1. 【【官方雙語】光為什麼會“變慢”，又為什麼跟彩虹的顔色有關呢？| 光學謎題 Part 3】
2. Refractive index

by 小線

Q.E.D.

Q7

by @曹芃靜

答：

電磁爐的主要構件是一個纏繞成圓盤形的線圈。

我們知道通電導線周圍能産生環形磁場，是以通上交流電的線圈能産生交替變化的磁場。是以通過電磁爐上放置的食物容器的磁通量發生了變化，産生了感應電動勢，由于容器是導體，導體内部電子被感應電場驅動，産生渦流，進而産生熱量加熱食物。

電流為交流電時，導線中的電子分布存在趨膚效應，如下圖所示，變化的交流電周圍會出現方向變化的環形磁場，變化的磁場又會産生變化的電場，由于變化的電場在導線中心處和原電流的方向相反，導緻中心的電子受到的阻力大，進而電子會分布在導體的邊緣。同理，容器感應出的渦流也存在趨膚效應，是出現在容器表面的。

對于電磁爐烹饪，合适容器的底部通常由鋼或鐵制成。這些鐵磁材料具有高磁導率，大大降低了趨膚深度，将電流集中在鍋金屬底部表面的一層非常薄的層中，減小了導體的有效橫截面積，進而增加了其有效電阻，有效地加熱了鍋。而鋁的磁導率較小，趨膚深度深（是鐵的幾十倍），能量轉換效率低，加熱非常緩慢，不适用于電磁爐烹饪。

參考資料：

1. Skin effect
2. Induction cooking

by 小線

Q.E.D.

Q8

by 狐汁

答：

結論是不能。多方面原因都決定了這一點，這裡隻挑一些淺顯易懂的來解釋。

1. 首先是受精過程，成年男性會在一次交配過程中釋放上億的精子，通常隻會有一個幸運的精子會和卵子結合形成受精卵，是以特定精子形成受精卵的機率隻有數億分之一，買注雙色球中頭獎的機率都比這個高千百倍。是以從機率的角度，即使性别不變再來一次，生出你的機率也是極小的。
2. 然後是母系遺傳，受限于精子的結構，受精卵中線粒體基因組全是來源于母親，是以當你父母颠倒後，你繼承的線粒體基因組也會變化，來源從外婆變成了奶奶，自然也不會再是現在的你。
3. 還有環境，“性狀=基因+環境”，當你父母性别颠倒之後，他們的成長環境會發生截然不同的改變，這會導緻性狀變化，而且變化還會遺傳給子代（表觀遺傳學），是以還能産生你的機率也是基本為零。
4. 如果提問者是個男性，這個問題就更簡單了，本來你繼承的是爺爺的Y染色體，變化後你繼承的是外公的Y染色體，染色體不一樣不可能生出原來的你。
5. 那如果提問者是個女性呢，回答也是不可能。因為無論男女，減數分裂過程中還有重排和交換，DNA複制過程中還有突變，這麼多變量疊加，還能産生你的機率也是無限接近零。

by 某大型裸猿

Q.E.D.

編輯：Gyoku