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超光速 自然界最快的速度

我們是中科院主管、科學出版社主辦,與日本知名科普雜誌Newton版權合作的一本綜合性科普月刊。

特別策劃:超光速

光在真空中的傳播速度為每秒鐘約30萬千米,是自然界中已知的最大速度。1905年,天才物理學家阿爾伯特·愛因斯坦發表了著名的狹義相對論,並指出光速是物質的極限速度,世界上任何物體的運動速度都不可能超過光速。

世界上的所有物體果真都「跑不過」光速嗎?雖然光的傳播速度非常快,但是,在浩瀚無垠的宇宙中行進,哪怕是用光速也需要花費相當長的時間。例如,太陽發出的光到達地球大約需要8分鐘。那麼,能否研發出超光速火箭,瞬間抵達遙遠的星球呢?甚至有觀點認為,如果實現了超光速通信的話,時光就會倒流,人類就能回到過去,遇到「昨天」的自己,並告訴自己「明天」將要發生的事情。當速度超過光速時,為什麼有可能發生如此不可思議的事情呢?

自然:海牛巨大敦厚的水生哺乳類動物

海牛是生活在大海與河流中的大型哺乳類動物,和儒艮同屬海牛目。雖然體長最大可達近4米,但其實它是性格溫順的食草動物。海牛們有時擠在一起相互取暖,有時讓小魚圍在身邊幫自己清理身體……本文介紹的是攝於美國佛羅里達州的可愛的北美海牛。

自然:生物天堂南喬治亞島

位於南緯54°、漂浮在南大洋的南喬治亞島,是一個曾在20世紀初期繁盛一時的捕鯨基地。如今,這裡的海灘上又擠滿了數十萬隻王企鵝、南極海狗和南象海豹,變成了生物的天堂。

探索:把熱能儲存起來

當配備儲熱系統後,太陽能和工業餘熱等資源能夠得到更充分的利用。儲熱系統也是為城市提供清潔熱能的好幫手。

我們每天用的生活熱水、暖氣、電力的生產以及工業鍊鋼和許多化學工程都與熱能息息相關。熱能和機械能、光能、電能之間能夠互相轉化。例如,鑽木取火是將機械能轉化成熱能。而發動機在工作時,首先將化學能轉化為熱能,使燃氣溫度升高、體積膨脹,進而推動轉動部件做功,從而轉化為機械能。

元素:什麼是離子?

離子是指帶正電或負電的原子或原子團。原子失去電子變為帶正電的陽離子,獲得電子則變為帶負電的陰離子。我們可以根據元素周期表來預測哪種元素會變成帶正電的離子,哪種元素又會變成帶負電的離子。

在日常生活中,我們經常與各種各樣的離子打交道。例如,烹飪中最常用的食鹽的主要成分就是由離子構成的。什麼是離子呢?下面,就讓我們一起來揭開離子的真面目吧。

消化:吃的第一步

咽喉里有氣管與食道,其中氣管與肺相連,食道與胃相連。那麼,為什麼吃東西時食物不會進入肺,而總是被準確地送到胃裡呢?實際上,這是因為咽喉在進行巧妙的「交通管理」。從口腔到肛門存在著由消化道、肝臟、胰臟等器官組成的消化系統。下面,讓我們一起踏上「消化系統之旅」吧。作為旅途的第一步,我們首先進入口腔,通過食道來到胃的入口。

技術:實力派節能建築-被動房

被動房建築摒棄了地熱、暖氣片等傳統供暖設備,即使在寒冷的冬季,僅靠建築物內部產生的餘熱就足以維持室內怡人的溫度環境。

冬季來臨,我國北方地區又迎來了一年一度的集中供暖時節。然而,在享受室內怡人溫度環境的同時,我們也不得不忍受冬季供暖效應所帶來的空氣霧霾加劇。為了保持較大的室內外溫差,需要消耗大量的煤炭等燃料,這無疑加劇了空氣質量的惡化。人們很自然地就會想到,如果建築可以節能,對能源的需求便可大幅降低。

宇宙奇觀:國際空間站的美景

國際空間站自開始建設算起,到2016年5月16日,已環繞地球10萬周。空間站最初的組件於1998年被送入太空,最終於2011年建成。到2016年11月為止,共有226人到過這裡。本文照片由駐留於國際空間站的航天員拍攝,讓我們從他們的視角來欣賞地球的影像吧。

生活:抽筋是怎麼發生的?

激烈運動後或夜晚睡覺時,小腿肚或足底會突然抽筋,感覺到強烈的疼痛。抽筋是由什麼引起、又是如何發生的呢?什麼情況下容易抽筋?

相隔很久突然開始運動的話,有時候會突然感覺到小腿肚猛然產生劇痛,這就是所謂的「抽筋」(轉筋)。這個癥狀的正式名稱是「肌肉痙攣」。

科學概念:潮汐

海水水位達到最高的狀態叫高潮,達到最低的狀態叫低潮。高潮與低潮每隔約6小時重複一次,通常1天各發生2次。潮汐現象主要是由月球的萬有引力(簡稱引力)造成的。

科史鉤沉:「水變油」風波

水是生命之源,在地球上廣泛存在,構成水圈。石油是一種化石燃料,是以碳氫化合物(烴類)構成的液態礦產,被稱為工業的血液。雖說地球上很多地方缺乏潔凈的淡水,但水的總量幾乎是一定的,它通過三態變換和大氣輸送在地球上周而復始地循環。總體而言,地球上永遠不缺水,但石油卻是有限的不可再生能源。惟其如此,把便宜的水變成珍貴的石油,才成為了「點石成金」一般的奇思妙想。

望星空:船底η星雲

船底座中的船底η星雲是一個大質量恆星形成區,與2017年第1期中本專欄介紹的孕育小質量恆星的金牛座分子雲相對照。

船底η星雲距離地球約8000光年,是銀河系中具有代表性的大星雲。其中既包括暗星雲(星雲中聚集著緻密的星際氣體和塵埃,背景星和背景星系的光無法穿透)和瀰漫星雲,也混雜有包含巨大明亮恆星的疏散星團等。此星雲的大小是獵戶座方向的瀰漫星雲—獵戶星雲的4倍以上,一般認為其實際直徑有200光年。船底η星雲中存在冷分子雲(緻密的星際氣體和塵埃聚集的區域),這些分子雲作為暗星雲分散在星雲各處。

視點:嗅出災難的蜜蜂

有一句名言,經常被認為是出自達爾文或愛因斯坦:如果蜜蜂滅絕了,4年之內人類也會滅絕。理由是蜜蜂對植物傳粉至關重要,它的消失會導致大約10萬個植物物種滅亡。這其中包括了很多農作物,有些是可被人類直接食用的(例如我們吃的大多數水果),有些是可被家畜食用的,而家畜是人類的食物。因此,按照邏輯關係,上述名言可以這麼解釋:沒有蜜蜂,就沒有傳粉,就沒有植物,就沒有動物,也就沒有人類。

視點:自殺基因

大多數人都認為,衰老是發生在身體上的一種現象,而不是身體自己的選擇。不管在什麼系統中,東西都會逐漸損壞、最終失靈。當超過一定的年齡時,身體總會慢慢出問題,這很正常,沒什麼好驚訝的。但是,從20世紀90年代開始,遺傳學的證據卻將衰老指向了一個截然不同的方向—身體竟然會按照一個時間表,一步一步蓄意毀滅自己。飢餓和鍛煉等因素能夠延緩衰老這一事實也進一步支持了上述觀點。另一方面,衰老程序的存在意味著它是有「目的」的,而這隻能來自於進化。但我們很難在衰老中找到一個與達爾文進化論相容的「目的」。或許,我們對進化論的觀點需要變革了?

世界絕景(超長精美拉頁)

艾爾斯巨岩位於澳大利亞中部的一塊巨大岩石

飛噴泉位於美國內華達州北部的黑沙漠


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