為什麼妖怪吃唐僧都用蒸的?|No.230

Q1

發光二極體為什麼有單向導電性？

by 小馬同學

答：

形象地說：二極體有「天生的電勢」。如果我們把電路中的電子想像成在滾動的小球，絕對導體就相當於完全光滑的道路：小球在上面滾完全不會損失能量，電阻類似於粗糙的道路，小球在上面兩個方向都可以滾，但是都得損失能量。

而二極體，對於小球來說是一個坡，電壓不高的時候，小球能量不夠，往上爬坡對小球來說太難了，所以小球只有下坡方向才能導通，這就是單向導電的形象的解釋。當然如果小球從電源那裡獲得了足夠多的能量，它就能爬坡了！這個時候半導體就被反向擊穿了。

當然也許這個答案完全無法讓勤學好問的你滿意，你可能會問：那為什么半導體對於電子來說就是個坡呢？這就涉及PN結的微觀結構了，在製作二極體的時候，二極體兩端的電子濃度被人為的弄得不一樣（摻雜工藝），這樣電子多的就會朝電子少的那邊擴散，這會產生一個電場，這個電場相對於電子來說，就是一個具有特定方向的坡啦～

by Luna

Q.E.R.

Q2

物理學中有辦法測量出無理數嗎？

by 光錐外的旅行者

答：

辦法倒是有的，但結果的精確度依賴於測量工具的精密程度。

我們知道位移

的二階導數是加速度

，那麼當

的大小是一個常數時，

就是時間

的二次函數，即

（

、

、

均為常數），若寫成

的形式，在表達式中就會出現

的形式。故通過實驗可以對

型無理數進行測量。

如上圖所示，在一個傾斜的軌道（總長為

）上釋放一個小球，根據運動學定律，球下滑的位移

經歷的時間

滿足關係

，即

。如果我們想知道某個無理數比如

（設

），那麼就可以讓小球分別置於軌道頂端和距離軌道底端

處下滑，兩次下滑所用的時間分別記為

、

，那麼

即為

的值。若

，可將小球分別置於軌道頂端和距離軌道底端

處下滑，記兩次下滑所用的時間分別為

、

，那麼可以

通過

得到。

不過，由於生活中我們記錄時間的工具一般只能精確到毫秒級別，所以我們也只能得到某個無理數的近似結果，想要結果更加精確，就要使用更加精密的測量工具。

這裡我們只討論了

型無理數的物理測量方法，更多無理數的物理測量方法見參考資料1。

參考資料：

姚立.無理數和超越數的物理測量方法[J].教學儀器與實驗,1995(03):10-11.

by Eric

Q.E.R.

Q3

中學時老師講「固體傳聲效果比氣體好」，為何在實際生活中，坐在房間內，聽外面聲音很吵，關上窗戶聲音會小很多？這難道違背了「固體傳聲效果比氣體好」的這句話嗎？

by 沒有一絲絲改變的少年

答：

這兩者是不矛盾的。小編的老師在中學時講過同樣的概念，即聲波在固體中傳播最快，在氣體中傳播最慢。聲音是由物體振動產生的，聲源的振動先在其附近介質產生擾動，後者又推動它臨近的介質，過程不斷重複形成聲波，那麼介質越是緻密，聲音傳播的越快。如果你想讓聲音傳播到很遠的地方，固體是很好的傳播介質。而生活中關上窗戶可以讓聲音變小，則是考慮了聲音在傳播過程中遇到不同介質的界面會發生能量的耗散，部分聲波會在界面反射帶走能量，只有一部分聲波可以穿過不同介質的界面繼續傳播。換言之，介質的變化會導致聲波所攜帶的能量減少。這也可以解釋為什麼聲音再從氣體傳到傳聲效果更好的固體後，音量反而變小了。

by 觀山不易

Q.E.R.

Q4

緻密天體可能是超導的嗎？最近報導高壓強環境帶來超導，聯想到這個。

by 匿名

答：

緻密星體一般指的是白矮星中子星和黑洞：黑洞先不談。白矮星由電子簡併壓維持，物理圖像上大約是一大堆電子死命地擠一起。這個狀態的物質很可能是超導的，很多年前的蘇聯科學家就已經依據BCS理論進行了估計。（具體可參考ARE WHITE DWARFS SUPERCONDUCTORS?）

對於更緻密的中子星，電子超導這個概念失去了意義……因為此時電子簡併壓已經無法對抗引力了，電子被壓進了質子形成了中子。也就是說，在中子星這樣的物質裡，已經沒有傳統意義上的電子了……那麼當然沒有電子超導這樣的概念了～

by Luna

Q.E.R.

Q5

為什麼妖怪吃唐僧都用蒸的？

by 匿名

答：

唐僧作為中國古典名著《西遊記》中的人物，吃他的方法可謂是花樣繁多，如蒸、煮、炒、炸、煎、滷、烤、刺身等等。真要說面對這個獨一無二的極致補品，相信有見識有格局的妖怪們若想吃到最佳的吃法，沒有深思熟慮之後恐怕也不敢輕易動嘴。其實原著當中涉及到唐僧的吃法之處，大部分是蒸了吃，如紅孩兒的烹飪方法是「上蒸籠」，小鼉龍打算「囫圇蒸熟」等等不勝枚舉。甚至在七隻蜘蛛精打算蒸唐僧之後，悟空還吐槽煮著豈不是省柴，這些妖精真敗家。連唐僧自己也曾在第28回中談到「我命在天，該那個妖精蒸了吃，就是煮了，也不為過。」可見，唐僧也認為蒸吃乃是最妙的。

一、蒸吃營養難流失，吃到原汁原味

唐僧作為大補，其藥效一定是作為食材的第一要義。蒸利用水沸後的水蒸氣作為傳熱介質，屬於「汽熟法」。利用高溫水蒸氣，傳熱方式相較其他烹飪方式緩慢而溫和，最大限度上保證食材內部營養物質不因達到化學反應活化能而變質，是最好的動力學穩定烹飪過程。

蒸最大程度保證食物的味、形和營養，避免過度煎、炸帶來的營養成分破壞（如維生素B2在蒸的過程中損失率僅為5%，遠低於高溫後的50%），避免有害自由基的產生。不需要翻動，避免對於形的破壞。而且中醫中也有蒸藥的說法，稱其可以避免上火，去除毒性，增強補益效果，可謂是補上加補，實為延年益壽之極品。

二、吳承恩喜歡蒸，保證生活的儀式感

大多數妖怪選擇蒸，還可以被歸因於《西遊記》的作者吳承恩乃是江蘇淮安人，而此地淮安菜則是以其菜品精美雅致聞名，其中的蒸菜更是出眾。所以說不止是妖怪們喜歡蒸，吳老爺子也喜歡蒸。

面對這個「器宇清淨，容顏齊整」（鮮嫩多汁）的「白面胖和尚」，相較煮湯來說蒸也可以保持本味不至寡淡，相較煎炸燒烤的辛辣刺激，唯有原汁原味地蒸他一蒸，才能保證成品的精美雅致、鮮素多汁。這是群妖們快意瀟灑之餘的少有的清淡飲食，是對生活和生命（為了長生）的尊重與儀式感。

參考資料：

《西遊記》中提到了幾種烹飪唐僧的方法？

中藥蒸法的歷史沿革分析

從食品安全角度論蒸菜重要性

by 放開那個蘋果

Q.E.R.

Q6

為什麼天空在地平線邊緣處顏色會更淺一些？

by 匿名

答：

這主要是由於地平線處光的散射路徑更長造成的，眾（ke）所（pu）周（yi）知（xia），天空呈現藍色主要是由於大氣成分的散射，這其中有瑞利散射與米氏散射，當散射粒子直徑顯著小於光的波長時，主要發生瑞利散射，例如氮氣與氧氣，直徑與波長相仿時，發生米氏散射，例如小水滴和PM2.5……瑞利散射強度正比於頻率的四次方，因此藍紫光散射強度相對較大，而紫光紫外線又被臭氧層大量吸收，故晴朗天空呈現藍色：

而當我們觀察地平線處時，散射光路徑將明顯變長，此時，散射光中紅橙色光成分增多，混合後的色光就相對更接近白色，看起來顏色就會淺一些。

另一方面，當你看向地平線時，近地面處相對高空會有較多的小水滴與塵埃（或PM2.5），這些相對較大的分子會發生米氏散射，而米氏散射對所有頻率的色光散射強度大致相同，因此米氏散射的散射光呈白色（雲主要是小水滴，發生米氏散射，看起來就是白的）。這也是地平線處天空顏色較淺的原因之一。

所以，當你發現地平線處天空顏色較淺時，可能就要關心一下當地天氣質量了。

by 霜白

Q.E.R.

Q7

噴泉噴出的水柱每一段質量相同嗎（假設將水柱分為上、中、下三段）？

by 星光戰士

答：

噴泉是公園常見布景，水花四濺看起來十分愜意，欣賞噴泉時發現了這麼一個問題可以說是非常有心了，點名表揚一下。

（圖源網絡）

水柱越高的部分速度越小。其中水柱噴口處水速最大，並且噴口在每一秒噴出的水的質量（體積）是一樣的，這由動力裝置所決定。由於高處水速小，那麼相等的上中下三段，上段跑完就需要更多時間，中段次之，下段所用時間最少。所以相應地，上段水質量（體積）最大。進一步，可以根據上面的討論構造水柱的簡單模型：把水柱的運動規律用豎直上拋運動來近似，噴口為圓口，設定某個噴口處水速，那麼一定時間內的水柱就是下面這樣一個截面越來越大的形狀了。可以直觀感受到，把這個形狀按高度截為三段，上中下的體積（質量）是逐漸降低的。

（圖片由Mathematica繪製）

by yrLewis

Q.E.R.

Q8

馬路上的減速帶一般弧度是多少？假設汽車速度非常快，達到多快會因減速帶而卡住飛起來？

by emawk

答：

想要知道減速帶的弧度，首先要知道減速帶的規格與截面形狀。規格上，寬度一般為 300 或 350mm，厚度一般為 30、40 或 50mm；截面形狀有等腰梯形、圓弧、正弦線、拋物線等。下面以等腰梯形和圓弧兩種減速帶截面為例計算弧度

：

顯然，當寬度為 350mm、高度為 30mm 時

最小，寬度為300mm、高度為50mm時

最大。通過計算，截面為等腰梯形時，13.50° ≤

≤ 26.57°；截面為圓弧時，19.46° ≤

≤ 36.87°。可見，減速帶的弧度會因為規格和截面形狀而在不同的範圍變化，平均大約在二十幾度的樣子。

下面討論關於汽車「起飛」的問題。我們先來腦補一下「起飛」的過程：高速行駛的汽車前輪先通過減速帶的頂端並飛離地面，車頭先向上揚起再回落至地面，若前輪落地前，後輪已經通過減速帶的頂端，汽車就能完全騰空。

假設汽車質量 m=1500kg、軸距（前後輪間距）

=2.5m，通過一個寬度

=0.3m、厚度

=0.05m、截面為等腰梯形的減速帶。視汽車為剛體（與減速帶碰撞時不產生形變），到達減速帶前以較高的速度

勻速行駛。

在汽車前輪進入減速帶至到達頂端的過程中，豎直方向可視為勻加速運動，可算出豎直方向加速度

，前車輪到達減速帶頂端時豎直方向的速度

。而後汽車處於單輪著地的「槓桿」狀態，根據角動量定理和轉動定理，可解出

≈10km/h。

啥？這麼慢的速度就能「起飛」？我讀書少你別騙我！且慢，再回頭看看，假設裡我們視汽車不產生形變，但實際上車胎以及與車胎連接的懸掛系統皆有彈性（會產生形變），能起到很好的減震效果，這才使得現實生活中速度較快的車在駛過減速帶時沒有「起飛」（論懸掛系統的重要性）。

懸掛系統示意圖 | 圖源：網絡

那這個「起飛」速度該如何得到呢？親身試驗？更不可能。汽車駛過減速帶時的速度越大，受到的衝擊力就越大，這會使汽車直接失控，嚴重時車毀人亡（所以在座的旁友們千萬別去嘗試）。那就一點辦法也沒有了嗎？別擔心，在計算機如此發達的今天，模擬軟體幫了大忙，下面的動圖就模擬了一輛高速行駛的汽車經過減速帶後的情形。（像是騰空了一小會兒，但也成功地失控了，直接白給）

動圖截取自視頻汽車高速通過減速帶會有什麼後果？看看！

綜上所述：道路千萬條，安全第一條，減速帶處偏加速，車毀人亡兩行淚……咱還是規規矩矩把車速降到20km/h以下再通過減速帶吧。

參考資料：減速帶設置標準及規格尺寸

by Eric

Q.E.R.

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本期答題團隊Luna、Eric、觀山不易、放開那個蘋果、霜白、yrLewis

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編輯：他和貓