最近又到了吃菠蘿的季節了
看著水果攤上浸在鹽水裡的菠蘿
淚從嘴角流下
（淚腺不要長在奇怪的位置啊）
不過為什麼要把菠蘿浸在鹽水裡？
一次吃太多菠蘿為什麼會嘴疼？
正確科學的吃菠蘿姿勢到底是什麼？
Q1
為什麼在被浸溼又晾乾的紙上用鋼筆寫字會把字跡暈開？
by 愛物理的張同學
答：
首先我們先來看看紙在被浸溼又晾乾這個過程中發生了什麼：當水浸溼紙張時，由於組成紙張的纖維分子具有親水羥基，使得水分子能夠進入纖維分子之間的間隙，破壞了纖維分子之間原本的氫鍵，且紙在晾乾的過程中，纖維分子不同部位水的蒸發速度不同，在晾乾後紙張纖維間結合力降低，孔隙變大，紙張變得疏鬆多孔，使得紙張吸水性增強。
接下來我們再看一下為什麼是鋼筆的字跡會被暈開。日常我們書寫用到的墨水有三種：油性、中性和水性墨水。圓珠筆一般採用油性墨水（不過也有一部分圓珠筆採用水性墨水），簽字筆一般採用的是中性墨水，而鋼筆則普遍採用水性墨水，這三種墨水種類和性質差別很大，我們可以很明顯地感受到，鋼筆所用的水性墨水流動性最強，其他兩種墨水質地更加粘稠，因此在同樣的紙張情況下，鋼筆寫出來的字跡暈染更加明顯，更容易進入紙張纖維的縫隙之間。
以上兩個因素的共同作用導致我們覺得在被浸溼又晾乾的紙上用鋼筆寫字會把字跡暈開。
參考資料：
紙溼潤過後再曬乾，為什麼會變皺變硬？
by 懶懶的下午三點半
Q。E。R。
Q2
為什麼吃菠蘿要先在鹽水裡泡？鹽水濃度多大最合適？
by 菠蘿真好吃啊啊啊啊
答：
這是因為菠蘿中含有一類統稱為“
菠蘿蛋白酶
”的物質，它會切斷蛋白質一級結構中的肽鍵，使其水解為多肽。當我們咀嚼菠蘿時，菠蘿蛋白酶就會
破壞口腔粘膜的結構
，如果一次食用的菠蘿較多，口腔甚至食道都會產生強烈的刺痛感、灼燒感。所以在食用菠蘿前，需要首先設法去除菠蘿蛋白酶，而去除的最佳方案就是讓其
失活
。菠蘿蛋白酶的有效溫度大約為
40~60℃
，有效pH值大約為
4.0~8.0
，所以想使其失活，可以創造一個
高溫
或者
過酸過鹼
的環境。使用鹽水浸泡菠蘿，就是為了調整環境的pH，起到使酶失活的作用。看到這裡聰明的你肯定會問，家裡食用鹽的主要成分是NaCl，怎麼著也只能創造中性的環境呀。沒錯，若是使用NaCl溶液浸泡菠蘿，效果確實不明顯，如果將NaCl換成
小蘇打
（碳酸氫鈉，NaHCO₃）或是
蘇打
（碳酸鈉，Na₂CO₃）加入水中，量不用太多，1~2小勺就能使溶液呈現
弱鹼性
，或者使用
高於60℃的熱水
浸泡菠蘿，也可以破壞酶的結構，達到失活的目的。不過以上方法多少會對菠蘿的口感產生影響，如果你的時間充足，可以將高溫處理後的菠蘿放入冰箱冷藏後再食用，或者乾脆做一道菠蘿咕咾肉，豈不美哉。
參考資料：
［1］
菠蘿蛋白酶
［2］
「吃菠蘿前用鹽水泡一下」是為什麼？
［3］
當你吃菠蘿的時候，其實菠蘿也正在“吃”你！
by Eric
Q。E。R。
Q3
水泥是由於什麼原理結成塊的？
by 不是我
答：
常見的矽酸鹽水泥熟料是以石灰石、粘土、鐵質原料等（如氧化鈣、二氧化矽、氧化鋁、氧化鐵等化學原料）按適當比例配製成生料，燒至部分或全部熔融，並經冷卻而獲得的半成品。其主要成分是矽酸三鈣（3CaO·SiO
₂
）約50%、矽酸二鈣（CaO·SiO
₂
）約25%、鋁酸三鈣（3CaO·Al
₂
O
₃
）約10%等。
下面以混凝土的形成過程說明水泥結塊的原理，混凝土成分為水泥、水和砂石，水泥在混凝土中作用是將砂石“粘”在一起。由水泥變成混凝土的過程根據熱量變化可以分為五個階段：
波特蘭水泥水化過程中的熱演化率
第一階段：在新增水後，熟料的溶解會放出熱量，時間為數分鐘量級；
第二階段：會出現休眠期，溫度沒有明顯上升，這一階段持續1到3小時，這一階段的存在便於混凝土的運輸；
第三階段：水泥會和水發生反應，最先起主導的是矽酸三鈣，發生如下反應：
隨著反應進行，氫氧化鈣飽和後析出結晶。同時由勒夏特列原理，不斷生成矽酸鈣水合物，矽酸鈣水合物晶體不斷變厚，會漸漸將水與矽酸三鈣隔開，隨著時間的推移水合物層變厚，導致矽酸鈣水合物的生成變得越來越慢。矽酸二鈣也會生成同樣產物，但是由於活性較矽酸三鈣更低，反應速度更慢。
第四階段：這一階段和上一階段末混凝土逐漸變硬。氧化鋁和氧化鐵的反應的貢獻略小；
第五階段：約30小時後，反應逐漸變慢，但是隻要有水和未水合的矽酸鹽，反應會繼續發生。
可以看出水的配比是至關重要的，水過多會影響其硬度，水過少則會提前乾燥導致不能充分反應。並且混凝土的強度變化是個緩慢的過程，一般需要較長時間（28天）監測硬度。
參考資料：
水泥熟料
scientific priciples
by yrlewis
Q。E。R。
Q4
請問人冬天時為什麼要穿很多衣服來保暖？人也是動物進化來的，可動物一年四季都只靠皮毛而已，這算退化嗎？這種變化有什麼好處？
by 匿名
答：
這當然是一種進化，我們也因此被稱為裸猿（the Naked Ape）。
人類是非洲發源的，智人的祖先是毛茸茸的，參考我們的表親大猩猩們，在進化的過程中我們才逐漸失去了大部分又粗又長的體毛，取而代之的是遍佈身體細小毛髮（看你手背上細小的毛髮），並且毛髮的密度也發生了顯著的下降：頭頂大概每平方釐米有350個毛囊（不考慮禿頂人士），背部每平方釐米65個毛囊，胸口每平方釐米75個毛囊。
之前有很多假說來猜測智人為何失去了體毛：性選擇壓力、進化過程中的水生經歷、寄生蟲、衣服的使用……在這麼多假說中，被廣泛接受的便是毛髮的減少，會提高體溫調劑能力。伴隨著身體毛髮的減少，和外泌汗腺分佈的擴大，人類擁有了無與倫比的體溫調控能力，可以非常好的適應長時間的高溫和長時間的運動（人類的耐力是極為優秀的，在高溫環境中吊打大部分哺乳動物）。百萬年前，人類祖先從樹林前往炎熱的稀樹草原的過程中，這一無毛少毛的性狀，是非常優秀和必要的。而隨後在人類向非洲以外的地區擴散過程中，由於人類已經學會了利用動物皮毛裹體取暖，並且缺乏體毛可以很好的避免外寄生蟲，無毛表型被選擇了下來，人類一直“裸”到了現在。
當然在部分部位有例外，智人茂密的頭髮（沉默……）和雄性智人的鬍鬚，依然是又長又硬又粗還很濃密。至於雄性人類為何保留了鬍鬚，流行的觀點認為這是性選擇的結果。毛髮的生長受雄性激素調控，面部鬍鬚的旺盛意味著雄激素水平更高，所以保留的鬍鬚可以作為吸引雌性的裝飾品以及雄性自身身份地位的象徵，這和雄鳥擁有鮮豔的羽毛是同一個道理。
參考資料：
［1］Sandel。 Brief communication： Hair density and body mass in mammals and the evolution of human hairlessness。 American journal of physical anthropology。 2013。
［2］Dixson et al。 Cross-cultural variation in women‘s preferences for men’s body hair。 Adaptive Human Behavior and Physiology。 2019。
［3］Dixson et al。 The Role of Facial and Body Hair Distribution in Women‘s Judgments of Men’s Sexual Attractiveness。 2016。
by 某大型裸猿
Q。E。R。
Q5
超導體中的電流上限是多少？（電流大小和電子大小、超導體的形狀和半徑、電壓大小，電子運動軌跡是否有關？）
by 匿名
答：
先說結論，超導體的形狀和半徑是會影響到其超導電流上限的。一般而言，材料的電阻來自電子運動過程中與晶格發生的散射（即與材料中的聲子發生了散射）。對於傳統超導體（BCS超導體），在臨界溫度
以下，材料中的電子會在聲子的誘導下形成庫伯對，在超導態下組成庫伯對的電子不斷互相散射，但在這些散射中庫伯對的總動量是守恆的，所以超導電流可以持續而不因散射而衰減。
因此對於傳統超導體，其超導電流密度上限正好對應著破壞庫伯對的臨界電流密度。經過簡單的計算
，可以粗略的估計出：
其中
是超導體的臨界磁場，
則是超導體的倫敦磁穿透深度。另一方面，超導體中流過的電流幾乎全部分佈在導體表面的薄層內（
），所以對於半徑為
的圓柱形超導體，其超導電流上限大約為：
可以發現其超導電流上限竟然只正比於
，而不是
，這意味著在做超導導線時僅僅增加單根導線的半徑是一件相當低效的事情，這也是為什麼超導導線一般做成下圖的樣子：
Nb-Ti超導導線 | 圖片來源：
Low-Temperature Superconducting Wire Research 1970-1986
當然對於材料本身厚度就小於倫敦穿透深度的超導薄膜以及第二類超導體或是高溫超導體，情況會複雜許多
，這裡就不再介紹了。
參考資料：
［1］章立源，張金龍，崔廣霽。 超導物理學［M］。 北京： 電子工業出版社，1995：79-80。
［2］張裕恆。 超導物理（第三版）［M］。 合肥：中國科學技術大學出版社，2009：289-301。
by John Watson
Q。E。R。
Q6
光是具有波粒二象性的，那根據惠更斯原理，為什麼光透過小孔的時候還是一束，而不是像花灑一樣？
by 匿名
答：
惠更斯原理似乎告訴我們，透過小孔的光在小孔處會表現出子波源的性質，小孔處的光應當類似於一個新的光源，光透過小孔應該完全擴散開來。但是現實中大部分情況下光束好像直接穿過了小孔而且依然保持著原本的方向和粗細。這是為什麼呢？
因為孔不夠小，且波長太短了，也有可能是實驗條件不夠好。波動光學（菲涅爾衍射）告訴我們，光透過小孔的時候，要想顯著地看到光的波動性質，需要讓菲涅爾數不遠大於1。
菲涅爾數的定義是：
。其中
是小孔半徑，
是小孔到觀察屏的距離，
是波長。
我們日常生活中遇到的可見光的波長是390nm-780nm，考慮一般的光學實驗孔到觀察屏的距離不會比1m遠太多。代入數值就可以發現，小孔半徑在零點幾毫米的時候就可以在觀察屏上看到次級光斑。這個時候，觀察屏上就會出現類似這樣的圖樣。
這個時候，光束的行為就由波動光學支配了。也就是說，這個時候的光，可以顯著地看出惠更斯原理的效應。如果小孔的半徑變得很小，中心最亮的衍射光斑會變大（當然亮度會變暗），此時透過小孔的光就是“花灑”狀的了。
by Luna
Q。E。R。
Q7
有不有可能在月球建立氦3聚變發電站，透過高能鐳射傳輸到地球來解決能源問題？
by 匿名
答：
這個專案我王多魚投了
不過理想很豐滿，現實很骨感。我也不敢說它完全不可能實現，但確實要面臨很多問題，列舉幾個主要的吧。
第一：可控核聚變。國際熱核聚變試驗反應堆（ITER）2006年就開始實施了，原計劃建設10年，現在嘛，可能大概也許是快建好了（果然人類的本質是鴿子），ITER現預計2025年建成，開始等離子體實驗，去年已經開始最後約5年的組裝。不過中國聚變工程實驗堆2021年立項，預計2035年建成開始實驗，也值得期待。但上述核試驗都是氘-氘聚變，氘-氘聚變所需溫度比氦3聚變溫度更低。從容易程度來看，氘-氘反應更容易發生，其次是氘-氦3反應，氦3-氦3聚變反應最難發生。
第二：把聚變裝置以及開採氦3的裝置搞到月球上。在這個星球上出現過的（恐怕也包括即將出現的）火箭中運力最大的是蘇聯的能源號運載火箭，其地球靜止軌道運力為20噸。但這顯然不夠，況且聚變還需要供電系統、供水系統、低溫系統等的配合，以及氦3的提取工廠。而現在不要說能源號，即便是土星五號我們也無法制造。不過也有人提出可以去月球上3D列印。
第三：鐳射傳輸。鐳射器倒是有，而且功率很高。與ITER配套的美國國家點火裝置（NIF）可以實現
只有幾納秒的
超過500太瓦（~10¹²瓦）的鐳射脈衝。即便不考慮鐳射在大氣層的損耗，但怎麼在地球上把光能轉化成電能呢，光伏發電嗎，什麼神仙光伏發電板能承受這樣的鐳射？
恐怕不是最後的一個問題：地月上的裝置各建在哪？月球繞地球公轉，如何才能保證下一次從月球發出的鐳射還是射到這次的位置呢？難道要靠“鐳射鬥術”嗎？
王多魚：最後一個問題好解決，多建幾個就完了，給全球都建滿嘍，多好的專案啊。
參考資料：
國際熱核聚變試驗反應堆
、
國家點火裝置
、
氦-3聚變是可實現的嗎？
、
國際熱核聚變實驗堆重大工程安裝正式啟動
、
中國聚變工程實驗堆啟動工程設計
by 霜白
Q。E。R。
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懶懶的下午三點半
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、
yrlewis
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編輯：他和貓
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