謝頂是什么原因造成的?

動物也會謝頂嗎？

你知道哪些動物會謝頂?

問答導航 Q1 為啥吃小龍蝦戴一次性手套 還會滲透一手油？ Q2 有沒有一種“水粉”，把它泡開可以獲得大量水？ Q3 既然原子內部絕大部分空間都是空曠的，為什么人坐在椅子上不會直接穿過去？ Q4 為什么人會謝頂，動物不會呢？ Q5 天上星星的光真的來自于過去嗎？星星距離我們多少光年，這些光就來自于多少年前嗎？ Q6 航天器加速可以由低軌道變為高軌道，但是為什么在加速之后的高軌道，航天器的速率反而更小了呢？ Q7 請問有聲膠片的原理是什么？ Q8 能否通過向胚胎細胞中轉入葉綠體DNA獲得能進行光合作用的動物？ Q9 羽絨服自身不能發熱，為什么冬天能保暖？

by 貓

答：

吃小龍蝦時佩戴的一次性手套雖然不透水，但確實會滲透油脂，這與手套的物理破損無關。具體原因如下：

一次性手套的主要成分是聚乙烯（PE）。這類高分子材料的分子鏈結構有大量支鏈，實質上是有許多微小空隙的（肉眼不可見）。同時，聚乙烯屬于非極性材料，而油脂分子也是非極性的。根據“相似相溶”的原理，油脂分子更容易滲透到聚乙烯的分子間隙中。

此外，油脂分子的尺寸比水分子大，但遠小于PE分子鏈間的空隙。因此，油脂分子可以緩慢穿過這些空隙。油脂與PE材料接觸后，會導致PE分子鏈發生輕微體積膨脹（這被稱為溶脹效應），再加上佩戴者對手套的擠壓、拉伸、反復摩擦，分子鏈之間的空隙會進一步擴大，加速油脂的滲透。

這個滲透過程十分緩慢（幾分鐘到十幾分鐘），因此剛開始可能感覺不到，但長時間接觸后，手上的油脂才會被佩戴者察覺。

你可能會疑問：那我們為什么還要戴手套？

雖然PE手套無法完全阻隔油脂，但它的主要作用其實是阻隔細菌，PE手套可以有效防止食物沾上手上的病菌，防止“病從口入”。

總的來說，PE手套的“滲油”是材料本身的物理化學特性決定的，與是否破損無關。若想減少手上的油脂，可通過多換幾次手套、疊加使用多層手套（如PE手套+保鮮膜）、選用其他材質（聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）等）來優化體驗。

by 譚景仁

Q.E.D.Q2 眾所周知，把奶粉泡開可以獲得大量奶，那有沒有一種“水粉”，把它泡開可以獲得大量水？

by 脫碳甲醛

答：

有，但是不完全有——雖然科學家們做出來了一種叫做“干水”的物質，可以通過它儲存和獲取水，不過并不是以沖泡的方式，而且釋放完水之后，也會有一些雜質在里面。

干水是一種水分子被二氧化硅粉末包裹的一種氣水混合的乳化液（并不是說這個結構里有氣體，而是說它形成了一個類似于氣泡的結構，可以參考下方的示意圖）。干水的95%都是水，不過由于二氧化硅涂層防止水滴結合形成流動的液體，所以它的外觀看起來像是干燥的粉末。如果你想要從中獲得儲存的水的話也比較簡單：施加機械應力，比如攪拌、壓碎或者摩擦讓表面的二氧化硅層被破壞從而取出水，所以這個過程比起沖奶粉更像是——榨汁？

而且由于這個結構并不涉及到化學反應制造化合物，所以制作也比較簡單：將疏水性的二氧化硅粉末與水混合，并以每分鐘約19,000轉的速度高速攪拌約90秒。在這個過程中，二氧化硅粉末會包裹住水滴，形成“干水”。攪拌在“裝水”和“取水”之間存在閾值，攪拌過快就會把水放出來。有一些技術性參考文獻推薦的攪拌線速度（即攪拌器葉片的周邊速度）范圍為 10 至 50 米/秒，且不超過 100 米/秒。這個速度范圍有助于將水性成分分散成微小水滴，并使疏水性粉末均勻地包覆在水滴表面，從而形成穩定的干水結構；超過這個閾值就會破壞結構導致水被取出。

參考資料：

by ArtistET

Q.E.D.Q3 既然原子內部絕大部分空間都是空曠的，為什么人坐在椅子上不會直接穿過去？

by HArF

答：

這個過程涉及到了大自然為我們的經典機械動力學設計的兩個保險：電磁相互作用以及泡利不相容原理。

構成物質的原子由外部的電子殼層（電子云）和內部的原子核構成。由于電子云對殼層外部的電場產生了很強的屏蔽作用，以及原子核的致敬大約為1e-15米，但是原子的直徑為1e-10米，也就是說原子核之間的距離遠遠大于它們自身的尺寸，因而在人坐在椅子上這個過程中，原子核參與的電磁力作用可以被忽略不計，相比之下，電子云之間的庫侖斥力占據了主導作用。而當我們坐在椅子上時，人體和椅子表面的原子中的電子云相互靠近，其排斥力變得非常大，足以抵抗我們人體的重力（因為兩個物體之間的庫侖力與他們之間的距離的平方成反比，此時電子云之間的距離只有原子尺度，也就是1e-10米的量級）。而為了保持穩定的電子殼層結構，則需要泡利不相容原理為其作出保證。簡而言之，泡利不相容原理說明了兩個費米子（比如這里的電子）不能處于同一個相同的狀態，這在宏觀尺度上保持了物質的穩定性，否則所有電子都坍縮到最低能級，物質就沒辦法維持其體積和結構了。

by ArtistET

Q.E.D.Q4 為什么人會謝頂，動物不會呢?

by 匿名

答：

謝頂的學名是雄激素性脫發，顧名思義，雄激素在人類謝頂過程中扮演關鍵角色。導致人類謝頂的原因有很多，遺傳、激素、精神壓力、營養缺失、生病、吃藥等等。研究表明，男性體內的睪酮，在 5α- 還原酶的作用下，可轉化為二氫睪酮（DHT）。DHT 與毛囊中的雄激素受體結合后，會使毛囊微小化，生長期毛發逐漸變細變軟，最終毛囊萎縮，導致毛發脫落，難以再長出健康的毛發。另外，若家族中有謝頂的遺傳傾向，個體攜帶相關遺傳基因的概率會增加。不過現在禿頭在人群中頻繁出現的原因還有一個——壓力大，長期處于高壓力狀態下，人體會分泌如皮質醇等應激激素。這些激素會干擾毛囊的正常生理周期，使毛囊提前進入休止期，導致毛發脫落。

禿猴圖片（圖源網絡）

動物為什么也會出現類似謝頂情況呢？部分動物在進化過程中形成了特定的毛發變化模式，比如南美洲的禿猴，所有成年禿猴頭頂看上去都光溜溜的，但是仔細看又可以觀察到其光禿的頭皮上覆蓋著短而細的毛發，這與人類謝頂時毛囊微小化、毛發變細的過程類似。

參考資料：

1. SATTAR S A A, AL-KAZAZZ F F, AL-OGAIDI O S. Early baldness in males and hormonal changes[C/OL]. 2016.

2. MONTAGNA W, UNO H. Baldness in nonhuman primates[J]. J. Soc. Cosmet. Chem., 1968, 19.

by 4925

Q.E.D.Q5 天上星星的光真的來自于過去嗎？星星距離我們多少光年，這些光就來自于多少年前嗎？

by 匿名

答：

天上星星的光確實來自于過去。實際上不僅僅是天上的星星，我們所能從周圍環境中接收到的所有信息都與事件的實際發生時間有延遲，因為信息的傳播速度不能大于光速。這也引發了愛因斯坦關于“同時性”的思考，進而提出了相對論。而要回答第二個問題，就要涉及到根據廣義相對論發展起來的宇宙學了。

來自遠方天體的光到達我們這里花了多久呢？是否可以直接用距離除以光速呢？答案是否定的，一個顯而易見的原因就是：這樣簡單的計算沒有考慮空間的膨脹。在宇宙學中，為了計算光從遠方天體到達我們的時間（被稱為回溯時間），科學家們從哈勃定律中引入了紅移z這個概念。在哈勃定律中我們知道宇宙萬物遠離我們的退行速度正比于它們與我們之間的距離： ，而退行速度v可以通過觀測光譜的多普勒紅移測量得到，因此紅移z就能代表距離D。我們這里不必涉及太過復雜的理論推導，近似認為我們當前的宇宙是物質主導的平坦宇宙，直接使用公式計算回溯時間： 其中 是哈勃常數。我們舉個例子，比如以類星體3C273為例，它的紅移 ，對應距離是大約21億光年，而它的光到達我們所需回溯時間僅有約6.6億年。所以說并不是星星距離我們多少光年，這些光就來自于多少年前。

參考資料：

1. 吳大江. 現代宇宙學[M]. 第2版. 北京: 清華大學出版社, 2015.

by 姬子隰

Q.E.D.Q6 航天器加速可以由低軌道變為高軌道，但是為什么在加速之后的高軌道，航天器的速率反而更小了呢？

by 云權

答：

這是由于你只考慮了動能，而忽視了引力勢能（廣義的重力勢能）所導致的。這里加速的作用并不是像我們在平地上加速一樣，單純地跑得更快，而是用于拉升高度，用動能換取更“高”軌道上的勢能。我們引入能量的完整計算就更好說明本質問題了，由于這個問題不涉及更多復雜的效應，所以我們可以簡單地用牛頓引力的體系，在圓形軌道上分析：一個質量為m的航天器，繞一個質量為M的星球在半徑為r的軌道上運行，它的速度為v，那么依照牛頓的理論，萬有引力的引力勢能為 ，其動能為 ，航天器在圓周軌道運行時，它的向心力完全由星球對它的萬有引力提供，由圓周運動的向心力公式，我們可以得到 ,代入動能的表達式，我們就能得到 , 最后我們能計算出總能量 ,當然也可以根據向心力給出的關系將總能量轉化為速率的函數 ，在這里我們就可以清楚地看到，當軌道越高，速率就越小，但是總能量越高，也就是說，在這個完整的加速過程中，加速使得動能上升，而升高軌道使得動能轉化為勢能，動能轉化為勢能的程度更大，因此導致總能量上升，軌道變高，引力勢能上升，但是動能和速率反而降低了。

by ArtistET

Q.E.D.Q7 請問有聲膠片的原理是什么？

by l丿一冂l

答：

有聲膠片的聲音這塊主要涉及聲→電→光、光→電→聲這樣的信號轉換過程。

首先是錄音：

1. 通過麥克風等收音設備，利用聲波帶動線圈在磁場中運動，通過電磁感應轉換為頻率、振幅與聲音頻率、強度相對應的電信號【聲→電】；

2. 再將這樣的電信號輸入光電調制器（例如光閥、硅基調制器），通過電流控制光孔徑大小或光密度，將電信號轉化為光強變化【電→光】；

3. 最后再將調制后的光信號通過透鏡聚焦到膠片邊緣的聲軌區域，使鹵化銀發生光化學反應，形成潛影，曝光后的膠片經過顯影、定影、水洗、烘干，最終形成穩定的聲軌圖像，完成錄音步驟【光→膠片】。

如何實現放音呢？其實原理類似：

1. 用光電管/光電倍增管放映機光源照射膠片聲軌，透過的光強變化會被光電管檢測，形成與光強變化呈一定比例的電流。這一步的光變致電，其實是外光電效應的一個應用，光量子能量超過金屬逸出功時，電子從陰極表面逸出，經過電場加速被陽極收集，形成電信號【光→電】；

2. 然后就要用上我們的音頻放大器、揚聲器等放音設備了，光電管輸出的微弱電信號經多級放大后驅動揚聲器，電流通過線圈產生磁場，與永磁體相互作用使振膜振動，再現原始聲波【電→聲】，完成放音步驟。

參考資料：

1. 王睿琦, 程皓楠, 葉龍, 齊秋棠. 基于還音轉換規則的膠片音頻生成方法[J]. 計算機輔助設計與圖形學學報, 2022, 34(10): 1524-1532.

2. 陳必更,李科,趙奕儒,等.硅基電光調制器研究進展[J/OL].激光與光電子學進展,2025:1-19.

by 4925

Q.E.D.Q8 能否通過向胚胎細胞中轉入葉綠體DNA獲得能進行光合作用的動物？

by 渡鴉

答：

葉綠體是植物和一些藻類細胞中進行光合作用的細胞器，含有獨立的DNA，編碼著光合作用所需的關鍵蛋白質。然而，葉綠體的功能不僅僅依賴于其自身的基因組，還需要核基因組的協同作用。在植物細胞中，葉綠體與細胞核之間通過復雜的信號傳遞和蛋白質合成機制緊密合作。這種協同作用使得葉綠體能夠高效地進行光合作用。

葉羊能將所食海藻中的葉綠體整合到自己的皮膚中進行光合作用，但自身無法合成光合作用所需蛋白質

然而，動物細胞的基因組與植物細胞有著顯著的差異。動物細胞缺乏與葉綠體功能所需的核基因組協調機制。即使將葉綠體DNA導入動物細胞，葉綠體也難以獲得所需的支持，導致其無法正常工作。此外，葉綠體的結構和功能與動物細胞的生理需求不匹配，使得其在動物細胞中存活和發揮作用變得更加困難。

盡管如此，科學家們在嘗試將葉綠體引入動物細胞方面取得了一些進展。例如，日本東京大學的研究人員成功地將來自藻類的葉綠體引入了哺乳動物細胞，并在培養的動物細胞中檢測到光合作用反應的電子轉移現象。這些葉綠體在動物細胞中保持了至少兩天的光合作用活性。然而，這種光合作用的持續時間較短，且效率有限，距離實現動物進行持續光合作用的目標仍有很大差距。

雖然科學家們在將葉綠體引入動物細胞方面取得了一些初步進展，但要使動物具備像植物一樣進行持續光合作用的能力，仍面臨著生物學上的挑戰。目前的研究更多地集中在理解葉綠體與宿主細胞之間的相互作用機制，以及如何克服葉綠體在動物細胞中存活和發揮功能的障礙。因此，雖然這一設想充滿魅力，但在可預見的未來，動物進行光合作用仍然是一個遙遠的夢想。

參考資料：

by 4925

Q.E.D.Q9 羽絨服自身不能發熱，為什么冬天能保暖?

by 匿名

答：

發熱≠保暖，保暖≠發熱。而羽絨服之所以能夠保暖，是因為它阻礙了熱量流失，保的其實是我們自身散發的“暖”。

圖源網絡

羽絨服絨朵形態的蓬松網狀結構形成了大量靜態空氣層，這種結構最大程度削弱了熱傳導（冷空氣直接接觸）、熱對流（空氣流動）、熱輻射（人體散熱）三種散熱途徑。另外，其面料多采用高密度涂層織物，孔隙直徑小，防風又防水，這也是羽絨服保暖的一大重要原因。

參考資料：

1. 何雨,溫潤,徐廣標.溫度與單位填充量對羽絨服保暖性的影響探究[J].現代紡織技術,2021,29(04):51-56.

2. Hegde, Mamatha.Design and Development of Cold Winter Jacket Using Three Layered Fabrics. 2022.

by 4925

Q.E.D. 投票

本期答題團隊

姬子隰、ArtistET、4925、譚景仁

往期也精彩

編輯：Sid

1.2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.