北京
我們都在學校的操場上跑過步，
那你發現沒有，
絕大部分人總是默認逆時針方向跑，
這是為什么呢？
問答導航
Q1 拉普拉斯決定論錯在哪？
Q2 電蚊拍為何不電人？
Q3 陶瓷盤為何會被烤炸？
Q4 可樂加曼妥思為何噴發？
Q5 高鐵的玻璃有減速效果嗎？
Q6 高鐵里的無人機會因相對速度倒飛嗎？
Q7 熱水為何讓瓶子收縮？
Q8 下雨為何總不可避免濕鞋？
Q9 在操場為何總習慣逆時針跑？
Q10 套黑袋曬被子有用嗎？
Q1 拉普拉斯決定論對不對，如果不對，錯在哪里？
by 安昊洋
答：
真理是有局限性的，在當下人類的認知下，拉普拉斯決定論是錯的。
不可否認，在經典力學的語境中，牛頓力學，理論力學，分析力學的發展讓我們自然的提出了拉普拉斯決定論這樣的機械唯物主義。事實上，當我們發展出量子力學時，這種認識的不完整性被填充了，我們發現量子力學中的不確定性和概率是物質的根本屬性，我們沒辦法再機械地使用因果來預測未來。此外，涌現（簡單規則或個體在大量重復或者積累后發生了單元素層次無法預測出的新規律，表現出整體大于部分之和的特點）讓我們無法通過還原論來解決所有問題，如“康威生命游戲”[1]，圖靈停機問題[2]，哥德爾不完備定理[3]，這都直接或間接的宣告了拉普拉斯決定論的破產。事實上，就算是經典力學中，我們也可以構建一個理論的諾頓穹頂[4]，讓我們看到即使是在經典的世界里，也存在著解的不確定性，不唯一性。
但是，世界是矛盾運動的，認識是螺旋上升的，未來的理論認知是否會再次回到決定論也是猶未可知，期待未來人類的發展。
參考文獻：
https://zh.wikipedia.org/wiki/康威生命游戲
https://baike.baidu.com/item/停機問題/4131067
https://zh.wikipedia.org/wiki/哥德爾不完備定理
https://hiraethecho.github.io/hexo/essays/dome/
by 小被子
Q.E.D.
Q2 新聞看到有人電捕魚觸電身亡。為什么人使用電蚊拍不會觸電？人、蚊子和魚的安全電壓不一樣嗎？
by 星云
答：
電蚊拍標稱電壓常有兩三千伏，遠超電魚機的幾百伏。但決定是否致命的，從來不是電壓數值，而是能有多少電流持續穿過你的心臟。
電蚊拍的高壓，來自內部升壓電路充電的一顆小電容。電容容量極小，通常只有零點幾微法。你聽到的“噼啪”一聲，就是這小電容在瞬間把全部能量傾瀉出去——總能量不過十分之幾焦耳。這點能量擊穿一只蚊子綽綽有余，能讓它體內水分瞬間汽化爆裂；但對人體而言，電流只在皮膚表層走一個短促的脈沖，便已耗盡，遠未觸及深層組織或心臟。更重要的是，你通常只是單手觸碰，電流局限在手指之間，根本構不成穿過軀干的閉合回路。
電捕魚則完全是另一回事。它背靠大容量蓄電池，能持續輸出數百瓦功率。河水中溶解的鹽分離子使其成為通暢導體，電流在水中大范圍擴散。一旦操作者跌入水中或濕手觸碰電極，電流便從接觸點進入，經由手臂、軀干、腿部回到水體——這條路恰好穿過心臟。更致命的是，干燥皮膚電阻可達數萬歐姆，而濕潤后驟降到幾百歐姆以下，同樣的電壓能推動數十倍甚至上百倍的電流穿過身體。數十毫安的持續電流便足以擾亂心肌電節律，導致心室顫動而致命。
真正對生物體造成傷害甚至致死的不是電壓本身，而是流經生物體的電流。電蚊拍安全，是它每次只釋放一丁點兒能量便已力竭；而電魚機致命，是它能持續推著足以攪亂心臟的電流走完全程。
by 檸七
Q.E.D.
Q3 為什么陶瓷盤在烤箱中會烤炸它不是高溫燒出來的嗎？
by 匿名
答：
陶瓷之所以需要在高溫中燒出來，是因為隨著溫度的升高，陶土會先脫去結晶水和有機物，使坯體逐漸變硬，再在高溫下燒結，粘土顆粒部分熔融并且結合形成致密結構。這個升溫以及最后降溫取出成品的過程需要溫度變化緩慢。
而陶瓷盤在烤箱中烤炸是因為熱沖擊。陶瓷盤放在烤箱中加熱并不是均勻加熱，某一部分會被施加熱量，而陶瓷是熱的不良導體，這就導致陶瓷盤在加熱過程中溫度分布不均勻，由于熱脹冷縮，高溫部分會發生膨脹，而較低溫部分仍未膨脹，最終就會發生內應力不平衡從而導致烤炸。
參考文獻：
https://www.britannica.com/technology/traditional-ceramics/Vitrification
https://zh.kindle-tech.com/faqs/does-ceramic-break-with-heat
by Java
Q.E.D.
Q4 為什么可樂加曼妥思會噴出來？
by 路人甲
答：
相信大家在視頻平臺上都看過不少將曼妥思放到可樂里之后，可樂發生“噴射”的視頻。這其實是因為可樂和曼妥思二者發生的物理反應。
可樂中溶解了高濃度的二氧化碳，達到了飽和狀態。當外界發生干擾，如打開瓶蓋導致壓力降低，外力搖晃，溫度升高等都會發生可樂的噴射（不會沒有人沒被噴射的可樂攻擊過吧）。曼妥思多孔粗糙的表面提供了大量二氧化碳成核的點位，導致二氧化碳瞬間大量釋放，然后噴射。
參考文獻：
https://www.acs.org/education/whatischemistry/adventures-in-chemistry/experiments/mentos-diet-coke.html
by Java
Q.E.D.
Q5 很多人說高鐵的玻璃有減速效果，但是也有人分析并沒有。如果有減速效果的話，他運用了什么樣的光學原理？如果沒有，那為什么坐高鐵時會有類似“減速”的感覺？
by GeallHarte
答：
事實上并沒有減速玻璃。所謂的減速效果，是因為人眼睛判斷物體的速度是通過角速度，而不是線速度。和我們平時在轎車上的駕駛環境有所不同，高鐵往往行駛在高架橋或者寬闊的環境中，外界的參考物距離我們比較遠，角速度較小，產生了類似“月亮跟著我們走”的錯覺，即有速度似乎沒有那么快的效果。最直觀的感受是當高鐵不減速飛速過站時，我們能感受到遠處的高鐵似乎很緩慢，但是到眼前時則發現其速度飛快[1]。
利用這樣的原理，還讓美國一名物理教授逃離了交通罰單，成為數理建模的樂文[2]。
參考文獻：
https://v.qq.com/x/page/f31485vtore.html
https://mp.weixin.qq.com/s/cWwbqOzKCUfhJRwz30u_8Q
by 小被子
Q.E.D.
Q6 如果在350km/h的高鐵上放飛無人機，無人機會像子彈一樣向高鐵運行的相反方向飛出去嗎？
by 匿名
答：
這取決于你是在車廂內還是車廂外放飛無人機。
在車廂內，無人機周圍的空氣因為慣性保持和高鐵一樣的前進速度，無人機在釋放的瞬間與周圍的空氣保持相對靜止，所以可以保持懸浮。
在車廂外，放飛的無人機瞬間會被時速高達350km/h的氣流吹走，會像“子彈”一樣向反方向飛出去。這是因為車廂周圍的氣流流速遠小于車速，氣流相對于車廂的速度接近350km/h，而放飛前無人機相對于車廂靜止，那么氣流相對于無人機的速度也是350km/h，空氣阻力與速度平方成正比，這時無人機受到的空氣阻力極其巨大，會摧毀它的懸停能力，使無人機獲得一個很大的加速度，向相對于高鐵后方推去。值得一提的是，如果我們站在地面上觀測這個過程，我們會看到高鐵依舊向前運動，而無人機則迅速減速，與高鐵分離，但它的運動方向依舊是向前的。
所以，為了避免“秒秒鐘機毀機亡”的結局，請讀者遵紀守法，不要在高鐵上放飛無人機。
by 跑馬仔
Q.E.D.
Q7 為什么礦泉水瓶倒入熱水是收縮體積，而不是正常的熱漲冷縮？
by 哈哈怪
答：
熱脹冷縮只是對于最簡單最理想材料的規律，真實的材料體系中有更復雜多樣的相互作用力，讓這個規律發生了變化。例如水的氫鍵與原子熱運動之間的競爭會導致0-4攝氏度發生熱縮冷脹的現象。因為氫鍵對于水的排列會讓體積膨脹，而溫度升高在破壞氫鍵的同時也有膨脹效應，這個溫度區間氫鍵與熱膨脹之間的競爭會導致反常。對于有機材料來說，結構更多樣復雜，不僅本身有大分子結構，分子之間的相互作用也很復雜。塑料瓶的材料(PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）、PS（聚苯乙烯）、PE（聚乙烯）等)本身其實是一個正溫度系數的材料（受熱膨脹），但是塑料瓶在加工成塑料瓶的過程中，塑料在模具內加熱拉伸后被冷卻，分子鏈被“固定在拉伸狀態”，當加熱后，高度拉伸的分子熱運動被激活，使之回到總體能量更低的情況，從而發生收縮[1]。
上述情況是當熱水倒在瓶子上并很快出現了不可逆的變形的情況的解釋。如果是倒入熱水后蓋上蓋子瓶身隨著水的降溫緩慢收縮，那就有比較簡單的理解，即倒入熱水使瓶內空氣受熱膨脹逸出，當熱水溫度下降后空氣體積驟減，內部壓強變低，大氣壓把柔軟的瓶身擠壓凹進去。這種因氣體溫度變化帶來的“凹陷收縮”，也可能讓瓶子明顯變小。
參考文獻：
Wu, G., Yoshida, T., & Cuculo, J. A. (1998). Heat induced shrinkage and microstructural changes in PET: As-spun fibres prepared via ‘Controlled Threadline Dynamics’. Polymer, 39(25), 6473-6482.
by 小被子
Q.E.D.
Q8 為什么下雨時無論怎么注意，運動鞋都會濕掉呢？
by zou
答：
小編也曾有相同的疑問：明明打了傘，也沒有去踩水坑，為什么在雨中走了一會，運動鞋還是濕了？
仔細觀察后，小編發現讓運動鞋濕掉的“元兇”不止一個。首先是雨傘的保護不力。下雨時通常伴隨著風，哪怕是微風，也會讓雨滴傾斜，再加上我們走動時腳不停前后擺動，運動鞋和褲腳很容易就會脫離雨傘的“防御范圍”，被雨滴打濕。其次是雨滴的濺射。雨滴砸在地面上會炸開成無數小水滴，以放射狀向四周飛濺，讓鞋面的“生存環境”更加惡劣了。
最后是鞋子自己“甩水”。當我們踩在濕潤路面或極淺的積水上時，不需要踩進水坑，水就會因為表面張力和毛細現象，迅速填滿鞋底的凹槽和紋路。當我們在行走過程中抬腳時，鞋底前部附著的水會脫離鞋尖，向前上方拋出，當腳進一步往前落地時，被拋出的水會恰好落在的鞋尖上。（這個過程的具體受力分析，可以點擊參考資料閱讀哦）
這么看來，雨天想要完全避免鞋子被打濕，簡直是個不可能的挑戰！如果雨下得比較大，大家還是盡量穿著防水的鞋子或雨靴比較好~
參考文獻：
如何解決雨天鞋尖甩水的問題?——中科院物理所
by 冰糕
Q.E.D.
Q9 我突然發現無論是學校里的操場還是別的操場，觀察到人們都是統一的逆時針跑？這是為什么呢？
by 7.9
答：
你或許聽過兩種解釋：地球自轉的科里奧利力，或心臟偏左導致重心偏左。但在直徑不過百米的操場上，這些效應微弱到幾乎可以忽略，甚至不如一陣側風影響大。
真正的原因，一半在身體，一半在規則。多數人右腿習慣性更強。彎道跑時，外側腿要跨更長的弧、承擔更多蹬地發力的功能。逆時針轉彎，恰好讓多數人的右腿落在更吃力的外側，左腿在內側負責支撐轉向——這個分工碰巧和肢體習慣合拍。但這個優勢其實很小，日常慢跑時很多人甚至感覺不到。
真正把這事定下來的，是規則。20世紀初，國際田徑比賽為統一計時和裁判，在1913年將逆時針正式寫入競賽規程。此后全球的跑道設計、體育教材都圍著這個方向轉。一代代人在此規則下長大，就變成了不需思考的身體記憶。
其實不只是田徑場，自行車館、短道速滑等也大多沿用這一方向。不過長期單向繞圈會讓身體兩側受力不均，所以體育課上偶爾會要求反向跑，這是在讓關節負荷更均衡。下次大家不妨也順時針慢跑兩圈，你會體會到一種微妙的不習慣感。
參考文獻：
陸愛云.《運動生物力學》[M]. 北京: 人民體育出版社, 2010.
by 檸七
Q.E.D.
Q10 看到有帖子說可以把被子裝進黑色垃圾袋里放太陽下曬，這么干真的能曬被子嗎？
by 默墨
答：
把被子裝進黑色塑料袋暴曬，能升溫，但算不上真正的晾曬——它只解決了“熱”，卻困住了“濕”。
黑色表面對可見光的吸收率高，套上黑袋子后，袋內會形成微型溫室效應。晴朗夏日的午后，袋內氣溫通常比環境高10到15℃。這個溫度短時內能讓部分塵螨失活，但熱量向被褥深處傳導極慢，對藏匿在纖維孔隙深處的個體，殺傷力有限。
曬被子，首要的目的是“干”，其次才是“曬”。塵螨身體的絕大部分是水，存活高度依賴潮濕環境。把被子攤開晾曬，流動的空氣不斷帶走纖維縫隙里的濕氣，螨蟲會因快速脫水而失去活性。同時，陽光中的紫外線能直接損傷微生物的DNA，抑制其繁殖。用塑料袋一包，紫外線幾乎被盡數擋掉；濕氣雖受熱蒸發，卻困在袋內無處可散。隨著日頭偏斜、溫度回落，水汽又會冷凝成液態水滲回被芯。被子經歷的，實質上是一場又悶又潮的“局部桑拿”——非但沒排掉濕，反而可能給霉菌提供了適宜的條件。
如果居住環境灰塵大、花粉多，用黑袋套著曬確實能隔離室外污染。但操作時切忌把袋口完全扎死，務必留出通風縫隙。加熱完畢后，立刻將被子取出，在通風處攤開晾掛，讓積聚的水汽隨風散去。對被褥而言，流動的空氣與直射的陽光，永遠是最有效的天然清潔劑。
by 檸七
Q.E.D.
投票 本期答題團隊
小被子、檸七、Java、跑馬仔、冰糕
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編輯：涼漸
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