打破脑洞的奇妙“物理题”

姑苏

人类在这无穷无尽的想象中建立了现代文明，在不断提出设问“假如”中进步。然而这些“如果”“假如”也并不都是一些有用的东西，因为想象力本就是天马行空的。下面就是一些看似没用的问题，科学研究者们对此进行了认真解答，你的脑洞被打破了吗？

一

童话故事中的灰姑娘穿着水晶鞋逃跑，真的可以实现吗？

假定灰姑娘的水晶鞋材质是常用的钠钙玻璃。如果灰姑娘穿着水晶鞋保持不动，高跟鞋的跟不论多高都没问题。如果她穿着水晶鞋正常走路，要想让水晶鞋不会因为受力过大而折断的话，水晶鞋的跟高只能在3.44cm～13.8cm之间。如果她想穿着水晶鞋跑步，要想水晶鞋不碎，这双鞋的跟高最高只能是1.15cm～4.61cm之间，否则跑两步就会断开。

二

如果失控的电梯在做自由落体运动，里面的人在电梯即将落地时跳起，电梯在人落地前落地，那么此人会受伤吗？

答案是肯定的。男子背越式跳高世界最高紀录是2.45米，运动员在有助跑的情况下实际重心升高不到2米。当一个人在自由落体的电梯里面，下蹲都是无法完成的动作。假设电梯从10米高的地方失控，且天花板不存在的情况下，一个人还可以在电梯内原地向上蹦2米，而他蹦完之后速度抵消的效果，只是相当于从8米高的地方开始失控，结果是一样的。因为真正让人在电梯里受伤的不是速度，而是加速度。

三

为什么光可以用物体挡住，声音却不可以？

在物理中，光和声音都是一种波动现象。只是一个叫电磁波，一个叫机械波而已。而决定一个波会不会被一个物体挡住的因素很简单：波长的尺度与物体的尺度。如果波长远小于物体的尺度，那么这样的波就会被物体挡住，反之则不会。人能够听到的声音波长在17mm～17m，日常生活中的绝大多数物品也恰好都在这个尺度范围内，导致的结果就是声波很容易绕过这些物体被我们听到，这种现象就叫衍射。而声波波长很短时就不能绕开物体了，超声波就是准直线传播的声波。同样，波长长的光波、电磁波也可以绕开物体。这就是人在家到处都能收到无线网络信号的原因。

四

一只苍蝇在汽车里飞，没有附着任何东西，它为什么会相对地面跟汽车保持一样的速度？

它并不是没有附着任何东西，它附着空气，而空气附着车。其实常见的一类问题都可以用上面这句话回答。比如：为什么飘在空中的热气球还是会跟着地球自转？因为空气跟着地球自转。空气之所以跟着地球自转，是因为如果不这样，地表就会不停地摩擦空气，使它慢慢转起来，直到达到稳态。

五

地球的自转速度是否在减慢？

日子确实越过越漫长。地球的自转周期即一天的长度，每隔10万年增加1.6秒，原因可归为外界因素和内部因素两类，其中外界因素主要来自长期的潮汐摩擦效应，内部因素主要来自无规的地核运动和季节性的大气运动。所谓“潮汐摩擦”，即为月球和太阳通过占据地球表面71%的海洋引发潮汐，把地球“拖慢了”。地球表面的潮汐形成两边较鼓的椭球，其旋转的速度要慢于地壳的旋转速度，因此地壳与海洋之间的剧烈摩擦导致地球自转速度变慢。而且，由于能量守恒，在地球自转速度减慢的同时，月球公转周期会变长，并慢慢远离地球。最终，月球公转周期与地球自转周期相同，这也意味着一天将与一个月的时间相同。

同样的过程也发生在太阳和地球之间。到时候地球相将出现一天与一年的时间相等的情形。那就真的是“度日如年”了。当然，需要有足够长的演化时间，地球和月球、太阳和地球才能分别达到该状态。这也从侧面反映了地球作为太阳的行星，仍然处于相当年轻的阶段。

六

外星人的眼睛有没有可能接收红外线或者紫外线？他们会不会比地球人的视野更宽阔？

地球上有一种色彩艳丽的齿虾蛄科孔雀螳螂虾，它至少有16种视觉感受器，其中6种可分辨普通颜色，6种可分辨紫外线，还有4种可以分辨圆偏振光。其实，视觉方面的能力与生物拥有的视觉感受器种类直接相关，且往往与其生活环境及生存需求密切相关。人类拥有负责感应光强的视杆细胞和负责捕捉颜色的三种视锥细胞；狗和猫更关心黑夜里捕捉猎物的能力，因此对颜色需求不大，故视杆细胞更发达而视锥细胞种类比人类少；蜜蜂和蝴蝶需要在花间采蜜，因此它们可以在紫外线图景下分辨各种花瓣；响尾蛇需要精确感应温度变化、判断猎物位置，红外视觉对其非常重要。同在一个地球，尚且如此不同，“各怀绝技”，假如存在外星人，他们又会有怎样的生理结构呢？

编辑 陆思寒