为什么要把菠萝浸在盐水里？| No.251
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最近又到了吃菠萝的季节了
看着水果摊上浸在盐水里的菠萝
泪从嘴角流下
（泪腺不要长在奇怪的位置啊）
不过为什么要把菠萝浸在盐水里？
一次吃太多菠萝为什么会嘴疼？
正确科学的吃菠萝姿势到底是什么？
Q1
为什么在被浸湿又晾干的纸上用钢笔写字会把字迹晕开？
by 爱物理的张同学
答：首先我们先来看看纸在被浸湿又晾干这个过程中发生了什么：当水浸湿纸张时，由于组成纸张的纤维分子具有亲水羟基，使得水分子能够进入纤维分子之间的间隙，破坏了纤维分子之间原本的氢键，且纸在晾干的过程中，纤维分子不同部位水的蒸发速度不同，在晾干后纸张纤维间结合力降低，孔隙变大，纸张变得疏松多孔，使得纸张吸水性增强。
接下来我们再看一下为什么是钢笔的字迹会被晕开。日常我们书写用到的墨水有三种：油性、中性和水性墨水。圆珠笔一般采用油性墨水（不过也有一部分圆珠笔采用水性墨水），签字笔一般采用的是中性墨水，而钢笔则普遍采用水性墨水，这三种墨水种类和性质差别很大，我们可以很明显地感受到，钢笔所用的水性墨水流动性最强，其他两种墨水质地更加粘稠，因此在同样的纸张情况下，钢笔写出来的字迹晕染更加明显，更容易进入纸张纤维的缝隙之间。以上两个因素的共同作用导致我们觉得在被浸湿又晾干的纸上用钢笔写字会把字迹晕开。
参考资料：纸湿润过后再晒干，为什么会变皱变硬？
by 懒懒的下午三点半
Q.E.R.Q2
为什么吃菠萝要先在盐水里泡？盐水浓度多大最合适？
by 菠萝真好吃啊啊啊啊
答：这是因为菠萝中含有一类统称为“菠萝蛋白酶”的物质，它会切断蛋白质一级结构中的肽键，使其水解为多肽。当我们咀嚼菠萝时，菠萝蛋白酶就会破坏口腔粘膜的结构，如果一次食用的菠萝较多，口腔甚至食道都会产生强烈的刺痛感、灼烧感。所以在食用菠萝前，需要首先设法去除菠萝蛋白酶，而去除的最佳方案就是让其失活。菠萝蛋白酶的有效温度大约为40~60℃，有效pH值大约为4.0~8.0，所以想使其失活，可以创造一个高温或者过酸过碱的环境。使用盐水浸泡菠萝，就是为了调整环境的pH，起到使酶失活的作用。看到这里聪明的你肯定会问，家里食用盐的主要成分是NaCl，怎么着也只能创造中性的环境呀。没错，若是使用NaCl溶液浸泡菠萝，效果确实不明显，如果将NaCl换成小苏打（碳酸氢钠，NaHCO₃）或是苏打（碳酸钠，Na₂CO₃）加入水中，量不用太多，1~2小勺就能使溶液呈现弱碱性，或者使用高于60℃的热水浸泡菠萝，也可以破坏酶的结构，达到失活的目的。不过以上方法多少会对菠萝的口感产生影响，如果你的时间充足，可以将高温处理后的菠萝放入冰箱冷藏后再食用，或者干脆做一道菠萝咕咾肉，岂不美哉。
参考资料：
[1] 菠萝蛋白酶
[2] 「吃菠萝前用盐水泡一下」是为什么？
[3] 当你吃菠萝的时候，其实菠萝也正在“吃”你！
by Eric
Q.E.R.Q3
水泥是由于什么原理结成块的？
by 不是我
答：常见的硅酸盐水泥熟料是以石灰石、粘土、铁质原料等（如氧化钙、二氧化硅、氧化铝、氧化铁等化学原料）按适当比例配制成生料，烧至部分或全部熔融，并经冷却而获得的半成品。其主要成分是硅酸三钙（3CaO·SiO₂）约50%、硅酸二钙（CaO·SiO₂）约25%、铝酸三钙（3CaO·Al₂O₃）约10%等。
下面以混凝土的形成过程说明水泥结块的原理，混凝土成分为水泥、水和砂石，水泥在混凝土中作用是将砂石“粘”在一起。由水泥变成混凝土的过程根据热量变化可以分为五个阶段：
第一阶段：在添加水后，熟料的溶解会放出热量，时间为数分钟量级；
第二阶段：会出现休眠期，温度没有明显上升，这一阶段持续1到3小时，这一阶段的存在便于混凝土的运输；
第三阶段：水泥会和水发生反应，最先起主导的是硅酸三钙，发生如下反应：
随着反应进行，氢氧化钙饱和后析出结晶。同时由勒夏特列原理，不断生成硅酸钙水合物，硅酸钙水合物晶体不断变厚，会渐渐将水与硅酸三钙隔开，随着时间的推移水合物层变厚，导致硅酸钙水合物的生成变得越来越慢。硅酸二钙也会生成同样产物，但是由于活性较硅酸三钙更低，反应速度更慢。
第四阶段：这一阶段和上一阶段末混凝土逐渐变硬。氧化铝和氧化铁的反应的贡献略小；
第五阶段：约30小时后，反应逐渐变慢，但是只要有水和未水合的硅酸盐，反应会继续发生。
可以看出水的配比是至关重要的，水过多会影响其硬度，水过少则会提前干燥导致不能充分反应。并且混凝土的强度变化是个缓慢的过程，一般需要较长时间（28天）监测硬度。
参考资料：
水泥熟料
scientific priciples
by yrlewis
Q.E.R.Q4
请问人冬天时为什么要穿很多衣服来保暖？人也是动物进化来的，可动物一年四季都只靠皮毛而已，这算退化吗？这种变化有什么好处？by 匿名
答：这当然是一种进化，我们也因此被称为裸猿（the Naked Ape）。
人类是非洲发源的，智人的祖先是毛茸茸的，参考我们的表亲大猩猩们，在进化的过程中我们才逐渐失去了大部分又粗又长的体毛，取而代之的是遍布身体细小毛发（看你手背上细小的毛发），并且毛发的密度也发生了显著的下降：头顶大概每平方厘米有350个毛囊（不考虑秃顶人士），背部每平方厘米65个毛囊，胸口每平方厘米75个毛囊。
之前有很多假说来猜测智人为何失去了体毛：性选择压力、进化过程中的水生经历、寄生虫、衣服的使用……在这么多假说中，被广泛接受的便是毛发的减少，会提高体温调剂能力。伴随着身体毛发的减少，和外泌汗腺分布的扩大，人类拥有了无与伦比的体温调控能力，可以非常好的适应长时间的高温和长时间的运动（人类的耐力是极为优秀的，在高温环境中吊打大部分哺乳动物）。百万年前，人类祖先从树林前往炎热的稀树草原的过程中，这一无毛少毛的性状，是非常优秀和必要的。而随后在人类向非洲以外的地区扩散过程中，由于人类已经学会了利用动物皮毛裹体取暖，并且缺乏体毛可以很好的避免外寄生虫，无毛表型被选择了下来，人类一直“裸”到了现在。
当然在部分部位有例外，智人茂密的头发（沉默……）和雄性智人的胡须，依然是又长又硬又粗还很浓密。至于雄性人类为何保留了胡须，流行的观点认为这是性选择的结果。毛发的生长受雄性激素调控，面部胡须的旺盛意味着雄激素水平更高，所以保留的胡须可以作为吸引雌性的装饰品以及雄性自身身份地位的象征，这和雄鸟拥有鲜艳的羽毛是同一个道理。
参考资料：
[1]Sandel. Brief communication: Hair density and body mass in mammals and the evolution of human hairlessness. American journal of physical anthropology. 2013.
[2]Dixson et al. Cross-cultural variation in women's preferences for men's body hair. Adaptive Human Behavior and Physiology. 2019.
[3]Dixson et al. The Role of Facial and Body Hair Distribution in Women's Judgments of Men's Sexual Attractiveness. 2016.
by 某大型裸猿
Q.E.R.Q5
超导体中的电流上限是多少？（电流大小和电子大小、超导体的形状和半径、电压大小，电子运动轨迹是否有关？）by 匿名
答：先说结论，超导体的形状和半径是会影响到其超导电流上限的。一般而言，材料的电阻来自电子运动过程中与晶格发生的散射（即与材料中的声子发生了散射）。对于传统超导体(BCS超导体)，在临界温度以下，材料中的电子会在声子的诱导下形成库伯对，在超导态下组成库伯对的电子不断互相散射，但在这些散射中库伯对的总动量是守恒的，所以超导电流可以持续而不因散射而衰减。
因此对于传统超导体，其超导电流密度上限正好对应着破坏库伯对的临界电流密度。经过简单的计算，可以粗略的估计出：
其中是超导体的临界磁场，则是超导体的伦敦磁穿透深度。另一方面，超导体中流过的电流几乎全部分布在导体表面的薄层内，所以对于半径为的圆柱形超导体，其超导电流上限大约为：
可以发现其超导电流上限竟然只正比于，而不是，这意味着在做超导导线时仅仅增加单根导线的半径是一件相当低效的事情，这也是为什么超导导线一般做成下图的样子：
当然对于材料本身厚度就小于伦敦穿透深度的超导薄膜以及第二类超导体或是高温超导体，情况会复杂许多，这里就不再介绍了。
参考资料：
[1]章立源，张金龙，崔广霁. 超导物理学[M]. 北京: 电子工业出版社，1995:79-80.
[2]张裕恒. 超导物理(第三版)[M]. 合肥：中国科学技术大学出版社，2009:289-301.
by John Watson
Q.E.R.Q6
光是具有波粒二象性的，那根据惠更斯原理，为什么光通过小孔的时候还是一束，而不是像花洒一样？by 匿名
答：惠更斯原理似乎告诉我们，通过小孔的光在小孔处会表现出子波源的性质，小孔处的光应当类似于一个新的光源，光通过小孔应该完全扩散开来。但是现实中大部分情况下光束好像直接穿过了小孔而且依然保持着原本的方向和粗细。这是为什么呢？
因为孔不够小，且波长太短了，也有可能是实验条件不够好。波动光学（菲涅尔衍射）告诉我们，光通过小孔的时候，要想显著地看到光的波动性质，需要让菲涅尔数不远大于1。
菲涅尔数的定义是：.其中是小孔半径，是小孔到观察屏的距离，是波长。
我们日常生活中遇到的可见光的波长是390nm-780nm，考虑一般的光学实验孔到观察屏的距离不会比1m远太多。代入数值就可以发现，小孔半径在零点几毫米的时候就可以在观察屏上看到次级光斑。这个时候，观察屏上就会出现类似这样的图样。
这个时候，光束的行为就由波动光学支配了。也就是说，这个时候的光，可以显著地看出惠更斯原理的效应。如果小孔的半径变得很小，中心最亮的衍射光斑会变大（当然亮度会变暗），此时通过小孔的光就是“花洒”状的了。
by Luna
Q.E.R.Q7
有不有可能在月球建立氦3聚变发电站，通过高能激光传输到地球来解决能源问题？by 匿名
答：这个项目我王多鱼投了
不过理想很丰满，现实很骨感。我也不敢说它完全不可能实现，但确实要面临很多问题，列举几个主要的吧。
第一：可控核聚变。国际热核聚变试验反应堆（ITER）2006年就开始实施了，原计划建设10年，现在嘛，可能大概也许是快建好了（果然人类的本质是鸽子），ITER现预计2025年建成，开始等离子体实验，去年已经开始最后约5年的组装。不过中国聚变工程实验堆2021年立项，预计2035年建成开始实验，也值得期待。但上述核试验都是氘-氘聚变，氘-氘聚变所需温度比氦3聚变温度更低。从容易程度来看，氘-氘反应更容易发生，其次是氘-氦3反应，氦3-氦3聚变反应最难发生。
第二：把聚变装置以及开采氦3的装置搞到月球上。在这个星球上出现过的（恐怕也包括即将出现的）火箭中运力最大的是苏联的能源号运载火箭，其地球静止轨道运力为20吨。但这显然不够，况且聚变还需要供电系统、供水系统、低温系统等的配合，以及氦3的提取工厂。而现在不要说能源号，即便是土星五号我们也无法制造。不过也有人提出可以去月球上3D打印。
第三：激光传输。激光器倒是有，而且功率很高。与ITER配套的美国国家点火装置（NIF）可以实现只有几纳秒的超过500太瓦（~10¹²瓦）的激光脉冲。即便不考虑激光在大气层的损耗，但怎么在地球上把光能转化成电能呢，光伏发电吗，什么神仙光伏发电板能承受这样的激光？
恐怕不是最后的一个问题：地月上的装置各建在哪？月球绕地球公转，如何才能保证下一次从月球发出的激光还是射到这次的位置呢？难道要靠“激光斗术”吗？
王多鱼：最后一个问题好解决，多建几个就完了，给全球都建满喽，多好的项目啊。
参考资料：国际热核聚变试验反应堆、国家点火装置、氦-3聚变是可实现的吗？、国际热核聚变实验堆重大工程安装正式启动、中国聚变工程实验堆启动工程设计
by 霜白
Q.E.R.#投票
#本期答题团队
懒懒的下午三点半、Eric、yrlewis、某大型裸猿、John Watson、Luna、霜白
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编辑：他和猫
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