
一、火焰的真相
这张Gif图能帮助你更好地理解什么是“火”。 燃烧是发光发热的剧烈氧化还原反应,通常都伴随着大量的气体或者烟雾产生,这些高温的气体和烟雾会因为空气对流迅速向上升腾,同时发出光和热,就是火焰了——这时,如果燃烧释放出的能量足够多,就能让火焰的原子中外层电子摆脱束缚游离出来,变成等离子体——物质的第四态,导电性很好。
图上两个铜板带有的电压并不足以击穿二者间的空气,但由于火焰中有大量的正离子和自由电子,于是火焰成为了导体,形成了一列电流,而火焰也因此向两侧展开,变成了蝴蝶形。
二、立体的星云
这是一张演示昴宿星团,也就是著名的七姐妹星团(看下张)在40万年里在星空中运动情况的动态3D立体画:
放松双眼,然后交叉双眼视线,把焦点移到画面后面,你会看到图像变得重影了,下面的两个红色小方块变成了四个。然后调整交叉角度,让中间两个红色小方块重叠,保持住,再看运动的星图,你就能看到昴宿星团在星空中运动的立体情况了——虽然会同时看到3个。
三、高斯的数学作业
有个流传甚广的故事,讲到1769年,19岁的高斯拿到了导师的作业,其中一道题(本来是导师留错了作业)是用尺规作图(直尺不能出现刻度)画正十七边形。高斯熬了一个通宵竟然解决了这个悬而未决两千年的大难题。百度百科“正十七边形”词条把它讲成了心灵鸡汤,可以一娱。
但这是个讹传,高斯当年只是证明了正十七边形可以尺规作图,并未真的画出来,给出这个做法的另有其人。
四、一条斑点狗?
你看到了什么?
——这张动图演示了格式塔心理学派最基本的5条规则之一,闭合律,亦即人的知觉总会将感官收集到的碎片自动填充补全,闭合成完整的对象。
这里提到的格式塔心理学派(Gestalttheorie)是上世纪初从德国发源的心理学重要流派,意思是指“动态的整体”(dynamic wholes),主张人的知觉是整体实现的,而不是拼接碎片。比如这个图,你的第一定是条大麦町在溜达,而不需要从一堆颤抖的斑点中抽象出一条狗。
五、黄瓜籽的振动
一根黄瓜捅进一个平面,会被平面截得怎样的影像呢?——工程师Andy Ellison突发奇想用核磁共振扫描了许多或蔬菜和花卉,得到了很多有趣的动画,这个是黄瓜的。你可以看到黄瓜籽疯狂地“振动”,那其实是种子在黄瓜里的交错分布。
具有奇数质子或中子数的原子核,在外加磁场的作用下可以跃迁至高能级,而返回基态时又会释放出特定频率的电磁波,这种现象即为核磁共振现象,可以利用它得到影像。
由于生物组织含有很多氢,所以常用于医疗检查。
六、菲涅尔透镜
有一种厚度均匀,做成卡片或者书签的塑料放大镜,不知道你们用过没有,叫做“螺纹透镜”,又叫“菲尼耳透镜”,这个图就是其中的光学原理了。 这种透镜是光波动理论的主要缔造者,18世纪末到19世纪初法国物理学家奥古斯丁·菲尼耳Augustin Fresnel发明的,最初用来建造灯塔透镜——就是伊藤润二恐怖漫画《螺旋》里出现过的灯塔。如果采用普通的凸透镜,那么由于厚度增加,透镜的透明度会明显降低;而且由于灯塔光源要放在焦点上,这样也会增加灯塔直径。 现在的背投电视也用这种透镜处理光源。
七、蹦跶的水滴
这滴水反引力似的向高处蹦跶,既是“莱顿弗罗斯特现象”(Leidenfrost effect)。当液体接触到温度远超其沸点的物体时,会在接触面上形成一层蒸汽,这层蒸汽将起到隔热作用,使得液体沸腾的速度大大降低。而当液体是一个液滴的时候,就会被整层蒸汽托着到处乱跳——对于水来说,这个温度大概是193度,所以有经验的厨子会在煎锅上滴水以确定温度是否够高。
但如果接触面呈棘齿状,水滴与斜面的接触面积将大于与垂直面接触的面积,蒸汽膜就会产生定向的推力,把水滴送上一个固定的方向了。
八、弹性超好的烧饼?
这个烧饼弹性超好!?其实它并没有被扔到地上,我们从小开始学习,逐渐适应了重力加速度。向下运动会加速,向上运动会减速,被大脑当做默认的事。所以大脑会模拟出烧饼落体反弹的的过程。到处乱跳——对于水来说,这个温度大概是193度,所以有经验的厨子会在煎锅上滴水以确定温度是否够高。
但如果接触面呈棘齿状,水滴与斜面的接触面积将大于与垂直面接触的面积,蒸汽膜就会产生定向的推力,把水滴送上一个固定的方向了。
九、傅里叶变换
这就是无数工科学子的噩梦,傅里叶变换。
傅里叶变换是一种将任意周期函数(红色)变换成一些列不同频率的三角弦函数线性叠加(蓝色)的数学变换,绝大多数周期函数都能实现这种变换,但通常需要无穷个三角函数叠加。变换完成后,一个周期函数也就可以用一列弦函数的系数表示了——这就是频谱。
这种看似蛋疼的变换实际上极其有用,它解决了力学、声学、光学、量子力学、统计学、概率论、信号学、密码学乃至海洋学和金融学等无数应用数学领域的计算和分析问题,可以说没有它就没有现代科技的蓬勃发展。
十、恒星的爆发
提到恒星演化,人们总想到数以亿年记的亘久时间,于是自怜人生短暂——但这段哈勃望 远镜记录下的麒麟座V838从2002年5月到2004年8月的变化,却迅速得让人惊叹。
2002年1月,麒麟座内一颗不知名恒星突然爆发,被记录为V838,它迅速变亮,一个月后已欲问鼎银河系最亮的星辰,亮度达太阳的百万倍,可惜这次爆发至今原因不明。
镜头里的现象称为“回光扩张”,是因为天体发出的光会被背景上的星际物质反射回来,并由于光程较长而更晚抵达地球,于是形成了先扩张再退缩的光环,原理类似回音。
十一、日食的地区
2017年8月21日的西北半球会发生一次日全食,这个黑色阴影就是月球届时在地球上的投影,也就是能观测到日食的区域,但只有阴影中心附近(本影内)的人才能看到全食,而较外围(半影内)的人只能看到偏食——注意阴影中心在地球上的轨迹基本上是个正弦曲线。
这个图也解释了这样一种现象:月食每年发生2次左右,日食每年发生2到5次,但是人们感觉上月食要频繁得多。这就是因为地球的影子要比月球的影子大得多,以至日食只在一个窄小的环带内可见;而月食发生时,处在夜晚的半个地球都能看到。
十二、神奇的Cubli
这是一个叫做Cubli的机械装置,能够不依赖支撑而在顶点或者棱上保持稳定站立——秘诀就是它在三个面上各有一个高速旋转的飞轮,它事实上是一个高端的陀螺仪。
任何物体在旋转时,都会产生一种稳定旋转轴的效果,例如陀螺静置不能站立,但一旦转起来就能立得稳当,而且越快越稳——这就是角动量守恒定律的体现。这个装置中,三个垂直表面的法线方向都被飞轮稳定起来,于是在三维空间里获得了相当的稳定性。
角动量守恒定律和动量守恒、质能守恒、电荷守恒定律一样,都是宇宙“宪法”,迄今为止从未发现例外。
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(同宗同源的文化根基))
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