當我們將洗好的襪子懸掛曬干后，

常常會發(fā)現(xiàn)其變的很硬，

而用烘干機烘干的襪子卻不會這樣，

這是為什么呢？

問答導航
Q1 為什么襪子洗完曬干后會變硬
Q2 千頁豆腐為什么不管怎么翻面都會往上翹角？
Q3 航天器如何在太空中測量飛行速度？
Q4 人粗心的生理機制是什么？
Q5 為什么有紅色激光卻沒有白色激光？
Q6 為什么氫原子沒有能級雙線？
Q7 盤核桃為什么不會把它盤腐爛？
Q8 太陽下山的過程為什么很快？為什么會使天空變色？
Q9 為什么樹木過冬刷白漆？
Q10 鳥類順風起飛還是逆風起飛容易？

by Tars

答：

襪子曬干后會變硬，主要源自棉纖維內(nèi)部氫鍵的重新構(gòu)建以及水中雜質(zhì)的沉積兩方面作用。

棉的主要成分是纖維素，分子鏈上布滿羥基。洗滌時，水分子滲入纖維之間，打斷原有氫鍵，讓纖維松弛、柔軟。但在自然風干過程中，隨著水分蒸發(fā)，這些羥基重新靠近并大量形成新的氫鍵。由于晾曬時纖維保持靜止，沒有機械擾動，纖維素鏈會形成更致密、排列更穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡，使纖維之間的相對滑動變得困難，從而顯著提高摩擦力，造成我們熟悉的“板硬感”。日本花王公司的研究用原子力顯微鏡觀察到，自然晾干的棉纖維表面結(jié)合水極少，結(jié)構(gòu)更緊密，正是這種現(xiàn)象的直觀證據(jù)。

與此并行的，是硬水與洗滌殘留帶來的物理影響。自來水中的鈣、鎂離子會與肥皂或洗滌劑反應，生成不溶的皂垢或碳酸鹽微粒，它們會殘留在纖維表面與縫隙中。盡管這些沉積的量不大，卻像一層粗糙的“薄殼”，顯著提高纖維之間的摩擦，使硬化效果更加明顯。因此硬水地區(qū)的衣物、毛巾、襪子尤其容易在晾干后變得發(fā)硬。

相比之下，烘干機能讓衣物保持蓬松，是因為翻滾過程不斷擾動纖維，使其在干燥時難以建立這種緊密的氫鍵網(wǎng)絡，最終留下更松散的結(jié)構(gòu)?？偟膩碚f，襪子變硬不是曬壞了，而是在失水后被重新“鎖緊”，再加上一點礦物殘留的錦上添“硬”。

參考資料：

1. Igarashi T, Morita N, Okamoto Y, et al. Elucidation of softening mechanism in rinse cycle fabric softeners. Part 1: Effect of hydrogen bonding[J]. Journal of surfactants and detergents, 2016, 19(1): 183-192.

by 檸七

Q.E.D.

Q2 千頁豆腐為什么不管怎么翻面都會往上翹角，感覺挺有意思的

by 匿名

答： 千葉豆腐向上“翹角”是蛋白質(zhì)的熱脹冷縮和內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)受熱膨脹共同作用的結(jié)果。靠近熱湯的部分溫度較高，膨脹更大，而浮在上方的部分溫度更低，膨脹更小，于是形成了一個圓弧狀的豆腐片，而且是向上翹的。 可以建立一個較為粗糙的模型研究這個現(xiàn)象。假設下半部分豆腐的溫度約為100攝氏度，上半部分的豆腐溫度約為60攝氏度（即室溫和湯底溫度的平均值），而如此的溫差能使得同一塊豆腐的兩個部分產(chǎn)生巨大的形狀差異，從圖中可以觀察到，40度的溫差大約使得千葉豆腐膨脹了約10％，比一般的普通材料（鋼鐵，木材均低于1％每40攝氏度）的熱脹冷縮現(xiàn)象明顯得多。 by clouds Q.E.D.

by SHY

答：

在太空中討論“速度”前要先明確：沒有絕對速度，只有相對速度。生活里我們默認以地球作為參照物，所以覺得飛機“在空中移動”；而航天器通常以太陽或行星作為參照物來定義自己的飛行速度。航天器測速度主要靠三類方法：

1. 慣性測量（IMU）:加速度計測加速度、陀螺儀測旋轉(zhuǎn)的角度，再通過積分得到速度。但誤差會隨時間累積，需要校正。

2. 地面多普勒效應測速:地面發(fā)射信號，航天器轉(zhuǎn)發(fā)回來，由頻率的偏移量推算相對速度。深空探測器主要靠這個，精度可達毫米/秒。事實上，測量天體的速度主要也是采用這個方法。例如可以測量仙女座星系與我們的相對速度，又或者是某個雙星系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。具體原理放在文末。

3. 位置推算速度:連續(xù)確定位置（靠星敏感器、GPS 或地面測控），位置變化除以時間就是速度。 多普勒測速利用波在相對運動下會出現(xiàn)頻率變化的原理：航天器向著地面運動時，信號頻率升高；遠離時頻率降低，在遠低于光速的情況下沿視線方向運動時頻率偏移量與相對速度成正比。地面只需精確測量這一偏移，就能反算航天器的速度，精度可達毫米每秒級。

by 靈境

Q.E.D.
Q4 人粗心的生理機理是什么？

by 熊本熊

答：

先說結(jié)論：“粗心”在認知科學中被稱為“滑脫”或注意力失效，這并非單純的態(tài)度問題，而是大腦在注意網(wǎng)絡切換、工作記憶限制與錯誤監(jiān)測過程中出現(xiàn)的生理性偏差。

大腦的注意控制依賴兩套彼此制衡的網(wǎng)絡：負責專注與執(zhí)行的任務正激活網(wǎng)絡（TPN），以及與走神、回憶、自發(fā)思維相關的默認模式網(wǎng)絡（DMN）。當任務過于熟悉或人體處于疲勞狀態(tài)時，大腦為了省力會讓DMN活躍度上升。如果這種毫秒級的網(wǎng)絡切換恰好發(fā)生在閱讀關鍵信息的瞬間，就會形成短暫的“注意空缺”，導致符號或數(shù)字被視而不見。

承擔工作記憶的前額葉皮層（PFC）也限制了注意力的穩(wěn)定性。PFC負責的工作記憶容量極其有限（通常僅能容納3-5個組塊）。在緊迫、嘈雜或多任務環(huán)境下，認知負荷過載，大腦為了維持主要邏輯流程的運轉(zhuǎn)，會采取“有損壓縮”策略，優(yōu)先過濾掉小數(shù)點、負號等“次要細節(jié)”，導致信息未進入工作記憶就被丟棄。

另一環(huán)節(jié)是錯誤監(jiān)測系統(tǒng)——前扣帶回（ACC）的監(jiān)測失效。ACC負責監(jiān)控沖突與錯誤，正常情況下它能引發(fā)“警覺感”。但在疲勞或神經(jīng)遞質(zhì)波動時，ACC的敏感度顯著下降，導致大腦忽略錯誤信號，甚至依據(jù)經(jīng)驗進行“預測性腦補”，讓你明明盯著錯誤看卻無法察覺。

綜上，粗心是大腦為了高效運行而產(chǎn)生的副作用，相比于自責，降低認知負荷與保證睡眠才是更科學的對策。

參考資料：

1. Reason, J. (1990). Human error. Cambridge university press.

by 檸七

Q.E.D.
Q5 為什么有紅色激光，卻沒有白色激光？

by 匿名

答：

激光的經(jīng)典、通俗的特點是“三好一高”：方向性好、單色性好、相干性好和亮度高。通過電磁波譜圖可以注意，白光不是某一種單獨波長的光。根據(jù)上面的傳統(tǒng)定義，白光與單色性相沖突，因此不存在符合傳統(tǒng)定義的白色激光。

電磁波譜圖[1]

那白色激光有辦法產(chǎn)生嗎？有的兄弟有的。目前有兩種方法產(chǎn)生白色激光：1）超連續(xù)譜白色激光：利用高功率飛秒激光，借助非線性效應，產(chǎn)生覆蓋紫外到紅外的連續(xù)光譜[2]；2）RGB三基色合成的白色激光：將紅綠藍三基色的激光，耦合為一束激光[3]。

聰明的觀眾可能注意到，前者得到的光譜是很寬的連續(xù)譜，而后者得到的是三條（或多條）窄的譜線。這種光譜組成不同，但人眼的顏色感覺相同的現(xiàn)象，被稱為同色異譜現(xiàn)象。人類看這兩種光對應的光都是白色，是因為對三種視錐細胞的刺激得到的信號模式相同。

參考資料：

1. 孫寧.SiO2基結(jié)構(gòu)色薄膜的制備及改性研究[D].吉林大學,2020.DOI:10.27162/d.cnki.gjlin.2020.005490.

2. 楊蘭,劉峻銘,洪麗紅,等.高強度、超平坦白激光的空間相干性測量[J].物理學報,2025,74(12):100-108.

3. 江子琦.基于三原色激光光源合成及應用研究[D].海南大學,2021.DOI:10.27073/d.cnki.ghadu.2021.001045.

by ThymolBlue

Q.E.D.
Q6 在原子光譜中出現(xiàn)“雙線”是由于能級分裂導致的，那為什么氫原子沒有雙線？能級分裂又到底是怎么產(chǎn)生的？

by xxyy

答：

先問是不是再問為什么。事實上就是氫原子也有雙線，精細結(jié)構(gòu)、超精細結(jié)構(gòu)、QED效應等等都會產(chǎn)生雙線，只是這些線真的挨得太近了。

能級分裂通常是因為發(fā)生了某種能級簡并的微弱破壞，不一定要有成對電子。這一般是由于理論更加精細地加入了某些項，或者單純引入了外磁場或外電場。這時兩個能級不再簡并，而有一個非常小的能量差，其他能級向這兩個能級躍遷的時候就會放出兩種波長非常接近的光，也就是雙線。我們先來看最簡單的氫原子情況，這時我們只考慮非相對論情況的庫侖勢，哈密頓量為

得到的結(jié)果是電子狀態(tài)由四個量子數(shù) 表示，其中只有**主量子數(shù) **決定能量，相同的 的不同狀態(tài)全部都簡并（只對此情況的氫原子，如果是其他元素， 也會影響能量，這是由于屏蔽效應與鉆穿效應），能量為

如果我們加入相對論修正，包括相對論動能修正、自旋軌道耦合項和達爾文項，哈密頓量就變成了

那么我們發(fā)現(xiàn)哈密頓量與 對易，可以選取他們的共同本征態(tài)，電子狀態(tài)用 表示，能量為

看到能量不僅與 相關，還與 有關系，這就導致了剛才簡并的能級分裂了，于是 和 有著不同的能量，這是氫原子的精細結(jié)構(gòu)。進一步地，QED給出了蘭姆位移的修正，這是 和 的能量差，會帶來更精細的結(jié)構(gòu)。如果考慮核自旋，還有超精細結(jié)構(gòu)，這些都是氫原子的雙線結(jié)構(gòu)。

by fsrzbl

Q.E.D.
Q7 為什么一些被“盤”的核桃，表面會變得光滑并且沒有腐爛？

by 路人甲

答：

盤核桃發(fā)生了一個復雜的物理變化和化學變化，首先是去糙，新核桃表面布滿微觀的凹凸與孔隙。通過雙手每日持續(xù)的揉搓與摩擦，這些粗糙的“毛刺”被皮膚和汗液如細砂紙般逐漸打磨平滑，形成最初的溫潤觸感。這是純粹的物理拋光過程。

其次是上色，人手分泌的汗液與油脂在盤玩中滲入核桃木質(zhì)纖維的孔隙。汗液水分蒸發(fā)后，其中的無機鹽主要成分為氯化鈉，提供金屬離子催化劑，并且最后以微小顆粒的形式滲入核桃表面固化包漿層，而油脂與核桃表面發(fā)生氧化反應，日積月累不斷填充與浸潤，使核桃顏色由淺入深，呈現(xiàn)出溫暖的棕紅色澤，質(zhì)地也變得潤澤。

最后是核心的化學轉(zhuǎn)化階段“玉化”。滲入的有機物質(zhì)與氧氣發(fā)生緩慢氧化，并逐漸聚合、固化，在核桃表面凝結(jié)成一層堅硬、光亮、半透明的包漿。這層有機和無機復合物殼徹底覆蓋木質(zhì)，賦予其琥珀般的玉質(zhì)光澤與滑膩手感，同時致密的結(jié)構(gòu)也隔絕空氣與水分，有效防止了腐爛霉變。

by clouds

Q.E.D.
Q8 請問太陽下山到底是怎么一個過程？為什么它是肉眼可見的快那種，顏色還會隨之改變？比如中午的太陽和傍晚的太陽就不同色。

by Dr.Zmarked

答：

一個個問題來：

1. 太陽下山是一個什么樣的過程。太陽下山確實是由公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)共同引起的，但是公轉(zhuǎn)的影響遠低于自轉(zhuǎn)影響，生活場景里可以不考慮。自轉(zhuǎn)的影響可以用下面這個方法想象：現(xiàn)在讀者如果原地轉(zhuǎn)身，雖然是自己在轉(zhuǎn)，但是看起來就像周圍繞著你在轉(zhuǎn)一樣。同樣雖然是地球自轉(zhuǎn)，但是跟著地球一起轉(zhuǎn)的人類看天空就像是日月星辰繞著地球轉(zhuǎn)（所以古文明一般都先有地心說）。由于我們看不到地面之下，在太陽轉(zhuǎn)到地平線以下我們就看不到太陽了。

2. 太陽下山快是因為太陽離我們很遠。雖然太陽很大，但是距離導致我們看到的太陽的直徑在天空里只占據(jù)大概一度。地球一天24小時轉(zhuǎn)360度（等效來看就說太陽一天繞著我們轉(zhuǎn)360度），幾分鐘之內(nèi)太陽就會下山。

3. 太陽顏色會變是大氣層對不同顏色透射率不同的原因。大氣層擅長吸收、散射短波光（比如藍紫光，紫外線），長波光（紅黃色光）透過大氣層耗散更少。在中午，太陽在頭頂，在大氣層里經(jīng)過的距離少，不同光透射率差異不明顯；清晨傍晚幾乎貼著地平線，經(jīng)過距離多（見示意圖），透射差異明顯。因此清晨傍晚看到的太陽會以紅色為主。

by 靈境

Q.E.D.
Q9 為什么樹木過冬刷白漆？（明明黑漆才是吸熱能力最強的，白漆是反射陽光能力最強的）

by 書興

答：

這是一個非常好的問題，根本原因在于樹木越冬需要的是穩(wěn)定的而非更高的溫度。

樹木在冬季涂白的根本目的，是讓樹干保持低而穩(wěn)定的溫度，避免白天升溫過高、夜晚驟冷導致的日灼和凍裂。從物理學角度來看，顏色決定表面對光的吸收和輻射特性：黑色確實同時是良好的吸熱體與良好的輻射體，也就是說，它白天吸收太陽輻射非常快，但夜間也向外輻射散熱得非?？?。這種“吸得快、放得也快”的特性，會在冬季帶來極不利的結(jié)果——白天讓樹干溫度升得更高，夜間又讓樹干失熱更劇烈，造成更大的晝夜溫差，從而顯著提高凍裂風險。

而白色涂層對太陽光有極高的反射率，使樹干在白天很難被曬熱，從源頭上壓制了溫度升高，所以白色涂層相較于黑色涂層樹干溫度變化更加平穩(wěn)。冬季樹木真正需要的不是更高的溫度，而是更小的溫度波動。白漆在白天減少吸收，正好讓樹干的溫度曲線保持平緩而穩(wěn)定。

因此，雖然黑色的確是同時良好的吸收體和輻射體，但正因為它“吸熱與散熱都過強”，反而會放大冬季溫度的劇烈變化，不利于樹木越冬；而白色通過抑制白天升溫和減弱夜晚劇烈散熱，使樹干溫度始終處于一個低而穩(wěn)定的冬眠區(qū)間，這才是冬季防止日灼凍裂的最佳選擇。

參考資料：

1. .M. Litzow, “Materials for Potential Use in Sunscald Prevention” (ISA Arboriculture, 1983)

2. Karels, T.J. & Boonstra, R. (2003). Reducing Solar Heat Gain during Winter: The Role of White Bark in Northern Deciduous Trees. Arctic.

by 星空

Q.E.D.
Q10 鳥類起飛是順風更容易還是逆風更容易?

by 水林

答：

從空氣動力學和鳥類生理結(jié)構(gòu)來看，絕大多數(shù)鳥類在逆風條件下起飛更為容易。起飛的核心是獲得足夠的升力，而升力的大小主要取決于翅膀與空氣的相對速度。在有逆風的情況下，風的速度與鳥類拍翅時產(chǎn)生的空氣流速疊加，導致翅膀上方的氣流加速，升力增大。

此外，當翅膀以一定角度（攻角）接觸氣流時，翅膀會將大量空氣向下偏轉(zhuǎn)。根據(jù)牛頓第三定律（作用力與反作用力），翅膀給空氣施加向下的力，空氣就必然會給翅膀一個相等、方向相反的向上的力，這就是升力的來源。翅膀下方的空氣流速越快，單位時間內(nèi)被翅膀偏轉(zhuǎn)的空氣質(zhì)量就越大，向下推送的氣流動量變化也越劇烈，從而產(chǎn)生更強的升力。

在逆風時，即使鳥類在地面靜止，迎面氣流已經(jīng)提供了初始的空氣流速。鳥類展翅蹬地時，逆風能更快地達到起飛所需的升力閾值，類似于放風箏時需要迎風奔跑。逆風能夠顯著縮短鳥類的滑跑距離，特別是對于大型水禽（如天鵝）或攜帶獵物的大型鳥類，逆風使它們在幾米內(nèi)就能騰空，而順風時可能需要較長的助跑距離，甚至依賴懸崖幫助起飛。野外觀察還發(fā)現(xiàn)，許多鳥類在頂風時會調(diào)整站立方向，以便隨時迎風起飛，快速應對潛在的危險。

總而言之，逆風可以說是鳥類起飛效率與安全的“自然助推器”。

參考資料：

1. 1.吳康靈, 葉正寅, 葉坤, 等. 鳥類羽毛在氣流中變形的力學特性研究[J]. 力學學報, 2023, 55(4): 874-884. DOI:10.6052/0459-1879-22-520.

2. 2.Syposz, Martyna, Padget, Oliver, Wynn, Joe, et al. An assay to investigate factors influencing initial orientation in nocturnally fledging seabirds[J]. Journal of Avian Biology, 2021, 52(1): n/a-n/a. DOI:10.1111/jav.02613.

by 星空

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編輯：涼漸