地球的質量是否恆定？
天地渾沌如雞子，盤古生其中。萬八千歲，天地開闢，陽清為天，陰濁為地。盤古在其中，一日九變，神於天，聖於地。天日高一丈，地日厚一丈，盤古日長一丈，如此萬八千歲。天數極高，地數極深，盤古極長。後乃有三皇。數起於一，立於三，成於五，盛於七，處於九，故天去地九萬里。
— —《三五曆紀》
自盤古開天闢地以來，啊不，自地球誕生以來，地球的質量是個常數嗎？
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Fish in the Pool
園園口琴教室
園園
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1
Q
地球是否會和太空產生物質交換？假設不產生任何交換的情況下，地球的質量是否是個恆定數？
by 匿名君
A
地球和外界的物質交換太多了。首先，大氣層頂端就不斷有氣體分子不安分地逃逸，這是最直接的和太空之間的物質交換了。太空中還流浪著許多星際氣體、塵埃，也會被地球引力捕獲。其中較大的流浪者在墜入大氣層時與大氣摩擦生熱，發出光亮，就是流星。而足夠大的入侵者在大氣層中來不及燒完，就落到地面上，就是隕石。另外還有能量交換，地球不斷向太空散熱，而又接收到來自宇宙中的各種輻射，主要是來自太陽的輻射。生產者（主要是植物）又可以用太陽光進行光合作用儲存大量能量。除了輻射，宇宙中天體主要是太陽、月球，會對我們產生極大的引力，潮汐就是因此產生，這也是一種能量的傳輸。所以地球的質量還是時常在變動的，只不過相對於地球這麼大的質量來說都是毛毛雨啦！
By 起個筆名真難
2
Q
為什麼同樣是由C、H、O組成的有機物，汽車會積碳而人體不會積碳？有什麼借鑒意義？
by聚乳酸發泡材料
A
有機物有一個特點，雖然其組成元素以C、H、O為主，但是這三種元素的數量、比例可以千變萬化，並且其空間排布也不一樣，因此表現出不同的物理性質、化學性質。比如汽油很容易就燃燒了，但是食用油就不容易。也就是說，首先汽車的燃料和人體攝入的有機物就不一樣，如果給人吃碳渣，腸道里也會積碳。
其次是因為發生的化學反應不一樣，燃燒是在氧氣存在時發生的劇烈的氧化反應，由於空氣供給不足造成燃燒不充分，化學反應便會進行的「不完全」，便產生了積碳。比如碳在氧氣中充分燃燒時會產生二氧化碳，但在氧氣不充足時則會產生部分的一氧化碳。而葡萄糖在人體內的氧化反應要經歷一系列過程，會涉及到各種酶以及中間產物的精密調控，最終變成二氧化碳和水並釋放大量的能量（感興趣的同學可以查詢關鍵詞：糖酵解、三羧酸循環、氧化磷酸化，或參考王鏡岩《生物化學》下冊）
當然，葡萄糖在體內也可能「燃燒不充分」，這時候會產生乳酸，注意有氧或無氧並不是你呼吸的舒適與否，而是身體運動需要大量能量與氧氣不足導致有氧呼吸能量供給不足的矛盾。
因此為了避免運動後肢體酸痛，便需要溫和、逐漸加大量的運動，並時常動一動。至於汽車積碳怎麼預防、怎麼清理，我是不會暴露我老司機的身份的。
借鑒嘛.....如果你女朋友不是從事特定科研工作的，別送石墨烯，送鑽石吧！
By Patwf
3
Q
學物理能做什麼？
by匿名君
A
大多數不從事物理相關工作的人其實都會有這個疑問，尤其是在被迫學習物理並覺得吃力時。因此我不能站在一個從事物理相關研究人員的角度來解釋學物理的作用，我並非招生辦工作人員，讀者大多數也不是面臨填報志願的學生。應該回答的實際上是這麼一個問題:對於工作與物理不相關的人來說學物理有什麼用？
對於中學生來說，學習物理一方面會學到一些常識性的科學知識，另一方面，更多的是對思維方式的一個鍛煉。比如謝耳朵很懂物理，思維方式便與常人不一樣，而一般情況下，學習一些基礎物理會讓人變的理性、有智慧。中學階段學的物理是通識教育的一部分，就好比體育運動之於身體，它是生活的一部分，為了讓我們更健康的工作與生活。不打算當運動員，但為了減肥為了健康還是會跑跑步打打球，同樣的，不想當物理學家/數學家，但為了思想更理性更有調理更敏捷，學點物理與數學。
對於不從事物理相關工作的人來說，學習物理的價值在於一些間接的收益。也許你現在由於課程安排不得不學物理，覺得物理很難，但當你真的把它講的東西搞明白時，你對物理的態度就會發生變化。
最後舉一個簡單的例子，如果你物理學的好，就可以給各種女同學講題，至於這件事能帶來什麼好處，就看你的本事了。
By Patwf
4
Q
一個水分子能否表現出水的性質？
by L.S.C
A
應該是不能。就好像一個和尚挑水喝，兩個和尚抬水喝，三個和尚沒水喝一樣，多個水分子表現出來的性質和一個水分子表現出來的是不一樣的。我覺得最大的區別就在於多個水分子之間可能存在的氫鍵，而單個水分子是不存在氫鍵的。氫鍵雖然很弱，但是對水的性質的影響是非常大的，舉幾個例子：第一，氫鍵使水有一個相對較高的沸點，據說沒有氫鍵，水的沸點會降到零下，可以想像，常溫下沒有氫鍵，基本上就沒有液態的水了，人類也就沒法正常生活了；第二，氫鍵使水有較大的比熱容，所謂的比熱容就是單位質量物質升高1℃所吸收的熱量，因為水中有大量的氫鍵，所以拆散這些氫鍵需要吸收更多的能量，因此比熱容會比較大；第三，氫鍵可以增加溶劑的溶解度，如果極性分子能夠和水分子形成氫鍵，那一般來說這種溶劑的溶解度就比較大，比如氨水。大概舉這幾個例子，希望能解決您的疑惑。
By dj
5
Q
黑色算是一種顏色么？黑色和黑洞的區別是什麼？陽光射在黑色的衣服上後去哪裡了？
by 匿名君
A
黑色算是一種顏色，它是缺少可見光或者可見光完全吸收的結果，也是一種沒有色調（非彩色）的顏色。但是在光譜中是沒有黑色的，沒有一種波長的可見光是黑色，而各種顏色組合在一起可以使視網膜產生黑色的效果。
黑色和黑洞的區別:黑洞是一個天體，有質量（而且非常大），而黑色只是一種感官上的顏色。由於黑洞有著巨大的質量，所以它能夠產生的巨大的引力場，任何物質都不能逃脫該引力場包括光，也正是如此，黑洞在外觀上表現就是黑色，它不會反射任何光（但是黑洞還是有輻射的，著名的霍金輻射理論就是描述黑洞的輻射的）。而一般的黑色物體，吸收可見光的原因不是由於它產生了引力場，而是由於物體裡面的電子吸收了可見光光子的能量躍遷至更高的能級。因此，黑洞和黑色物體表現出黑色的原因也是不一樣的。
當陽光照射在黑色的衣服上後，可見光就被衣服吸收了，而不會反射進入我們的眼睛，因此看起來就是黑色的。另外有一個直觀的感受，就是夏天的時候穿黑色的衣服會比穿白色衣服熱，其中一部分原因就是黑色衣服更能夠吸收各種波長的光並將其轉換成了熱能。
By dj
6
Q
什麼是半衰期？
by wolf
A
半衰期這個詞語在物理學、化學、醫學等領域都有，本回答著重講解物理學上的半衰期。放射性元素會發生衰變，對於單個原子來說其在何時發生衰變是不確定的，即有一定幾率發生衰變。比如扔一枚硬幣，單次來說正面或者反面朝上的概率為1/2，但是扔上10次不一定會有5次朝上5次朝下，而當扔硬幣的次數增多，將越來越趨於一半向上一半向下，即便不是嚴格的1比1，偏差也會很小。半衰期的含義是放射性原子衰變至原來數量一半所需的時間，是一個具有統計意義的量，也可以理解為在時間T內，放射性元素衰變的概率為1/2，由於原子的數量非常多（1 mol = 6.02 x 1023），因此數量上便是一半衰變，一半沒有衰變。也就是說初始若有N個原子，那麼T時間後剩餘N/2個沒有衰變，再過T時間，則剩餘N/4個沒有衰變，以此類推。由於半衰期是以存在大量原子為前提的統計值，因此隨著原子數減小半衰期將發生變化，進而變得沒有意義，例如只剩下10個原子時，時間T後雖然剩餘5個原子的概率最大，但是衰變4個，6個也是有很大可能的，反過來說，衰變5個的時間便不一定是T了。就好比扔10次硬幣不一定是5次朝上5次朝下，同樣的，想出現5次朝上不一定要扔10次。
最後從數學上對半衰期進行一個推導。容易理解，衰變的多少與時間t有關係，並且與所剩餘的未衰變原子數N有關，用公式來描述就是
dN是單位時間衰變的原子數， 為衰變常數。對這個式子進行積分，當t =0時N = N即初始的原子數量，即
若半衰期為T，則當t = T時，N = N/2
即
By Patwf
7
Q
為什麼說高於絕對零度的物體會產生紅外線，紅外線究竟是怎麼產生的？
by 三點十分
A
首先，溫度高於絕對零度的物體會產生的紅外線的原文應該是「溫度高於絕對零度的物體會產生熱輻射」。要知道紅外線如何產生，先要了解熱輻射的產生原因。物體因自身的溫度而具有向外發射能量的本領，這種熱傳遞的方式叫做熱輻射。下面作簡單介紹，高於絕對零度時，在物質內部，電子、原子、分子都在不斷地運動，有很多可能的、穩定的運動狀態，各具有一定的能量。如果有外界的刺激或干擾，把適當的能量傳遞給電子、原子或分子，後者就可以改變運動狀態，進入能量較高的狀態。當電子、原子或分子在高能態躍遷到低能態時，可能以輻射的形式把多餘的能量釋放出來。紅外線的波長範圍很廣，包括1mm到760nm，涵蓋了室溫下物體的熱輻射波段。
By 勿用
本期答題團隊：
物理所Patwf 、dj 、勿用
國家天文台起個筆名真難
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編輯：X. B. Liu
TAG:中科院物理所 |