摘要：问答导航Q1 为什么无法从粒子物理出发推出凝聚态物理(why more is more different)？Q2 湿热是如何让人感觉更热的？Q3 导航为什么能提醒我旁边有大车，用了啥高科技？Q4 手电筒中LED灯照射出来的光的物理性质与普通的白炽灯光的有什么

为什么明明外表对称

但脏器的排布却杂乱无章

人的心脏偏偏在左侧

这到底是何种原因

by Cascience

上周刚刚听了一个讲座，临结束时报告人问了我们一个问题：大家都知道“More Is Different”，那有人知道这篇文章还有一个副标题是什么吗？全场鸦雀无声。于是我回来查了查，是“Broken symmetry and the nature of the hierarchical structure of science ”，翻译过来就是“破缺的对称性与科学层级结构的本质”。看似非常简单的一句话，却有力地支撑了“More Is Different”这一观点。

1972 年，凝聚态物理学家 Philip W Anderson 在他著名的的论文《More Is Different》中提到了不同于还原论的另一种世界观——演生论。还原论认为复杂系统的性质可通过其底层组成单元的性质及相互作用完全解释，如果该理论成立的话，我们只需要研究基本粒子及其相互作用就能洞察整个世间万物的规律。文中批判了这种理论，指出还原论的假设从未隐含 “建构论” 的前提 —— 即便具备将万物还原为简单基本定律的能力，也并不意味着能从这些定律出发重建整个宇宙。事实上，基本粒子物理学家对基本定律的性质揭示得越多，这些定律就越难关联到科学其他领域的实际问题，更无法用于解决社会层面的课题。演生论则相反，认为复杂系统会涌现出无法仅通过底层单元解释的新性质，很多情况也的确如此，比如我们几乎不能从粒子物理的规律推导社会科学的结论，事实上，复杂性会带来新的定律、概念和原理。

那么复杂性是怎么来的呢？文中用“对称性破缺”理论来解释复杂性的来源。以氨分子（NH3）为例，它具有三角锥形构，由一个带负电的氮原子和三个带正电的氢原子组成，因此它有电偶极矩。然而物理定律告诉我们，没有任何系统的定态存在电偶极矩。这就意味着如果氨分子开始时是带有偶极矩的非对称态，那么它无法保持该态很长的时间，通过量子隧穿效应，氮原子可以通过氢原子组成的三角形泄露到另一侧，将棱锥颠倒，出现“反转”。真正的定态其实是三角锥和其反转的等权叠加，这样一来定态的偶极矩确实为零，也意味着氨分子存在宇称对称性，即左右手性是等价的。

如果延伸到更复杂的分子就不一样了。比如含有 40 个原子的糖分子，在这种尺度下，再讲分子反转就没有意义了，此时糖分子左手性与右手性不等价，也就不具备宇称对称性。所以用量子力学那一套方法去研究糖分子便失效了。这一过程并没有违背微观对称性原理，而是因为系统复杂性增加导致了“对称性破缺”。超导现象是宏观物体发生对称破缺的最突出的例子，反铁磁体、铁电体、液晶和许多其他态的物质也都服从这一规律。对称性破缺让我们看到，整体不仅大于部分之和，而且迥异于部分之和。

参考文献：

by Sid

by 匿名

当气温相同时，高湿度环境往往让人感到比干燥环境更闷热难耐。例如，气温32℃在高湿度条件下可能让人体感觉相当于干燥环境下的40℃。中国气象局指出，人们常说的“闷热”通常出现在气温30℃以上、相对湿度超过70%的天气。这种天气给人的主观感受就像置身于蒸汽弥漫的浴室或桑拿房——空气湿濡，使汗液难以蒸发，导致热气“挥之不去”。

人体主要通过汗液蒸发来散发多余热量。当我们出汗时，皮肤表面的汗液蒸发带走热量，从而给身体降温。然而，高湿度环境下空气中的水汽含量接近饱和，汗液难以及时蒸发，散热效率大大降低。正如上文的类比，高湿度使周围空气如同充满水汽的浴室，皮肤表面的汗水“挥发不掉”，身体就像被裹在湿热的环境中散不了热。

气象学上用体感温度或湿球黑球温度（WBGT指数）来量化湿度对热感的影响。这些指数综合了温度和湿度对人体热平衡的作用，得出的“感觉温度”往往高于实际气温。例如，根据美国NOAA的体感温度表，气温32℃、相对湿度70%时的人体感觉温度约高达41℃。一般地，相对湿度一旦超过60%，就属于潮湿闷热的环境，会显著提高人体的体感温度和热应激风险。

总的来说，湿热让人觉得更热的关键在于它影响了汗水的蒸发过程，降低了身体散热的效率。由于散热受限，体内的热量积聚，使得人们在潮湿炎热的环境下感觉更加难以忍受。想要应对这种状况，保持良好的通风、适当的休息和补充水分便成了保持舒适的有效措施。

参考文献：

by Chocobo

by 范文波

对于我们一般使用的导航系统（比如各种地图APP），其实现高精度导航、预警、路况判断一般都是基于高精度的数据以及对这些数据的处理与分析决定的。首先，就是我们的导航系统很多都使用了北斗卫星导航系统提供的高精度定位数据，这使得导航系统可以获得厘米级甚至毫米级的定位精度，这为导航的所有功能提供了基础，也就是“先知道自己和周围车辆的具体位置”；其次是我们的导航系统都使用了高精度的地图数据，一般包含了道路的详细几何信息，比如车道的数目、宽度、路口布局等，使得导航系统可以精确识别当前行驶的车道；然后导航系统还有海量的交通数据，因而通过大数据分析，就可以得出不同时段不同路段的大致路况，告诉你当前最优的行驶路线；再者，导航系统还会利用当前正在使用这个系统的所有用户的行驶数据来辅助判断，也叫做“众包”位置数据分析；当然，如果车上还搭载了摄像头、雷达等传感器，并且接入了导航系统的话那就更好了，可以直接利用这些数据进行更加个性化、迅速和具体的判断。总的来说，导航系统利用卫星数据、地图数据、历史交通数据、用户数据以及传感器获得的数据来进行综合分析与判断，在提醒旁边有大车这件事上，主要是卫星数据、地图数据、传感器数据起到了主要作用，而用户众包数据对判断起一定的辅助作用。

此外，有一种新的技术叫做车联网(V2X)，通过车辆和车辆、道路设施、行人等的通信来更加准确、快速地实现预警、判断路况等功能，不过这就对配套设施的要求比较高，首先就是需要先搭建起车辆、道路设施、行人的信息交换系统。所以这个技术现在还没有广泛普及。

参考文献：

by ArtistET

by Fast

首先，从物理过程来看，LED灯与白炽灯的工作原理是根本不同的。白炽灯通过电流加热灯丝，使其达到高温，从而产生光。这个过程属于热辐射，即物体因温度升高而发出光。白炽灯发出的光谱呈现为较宽的连续光谱，包含了可见光和大量的红外线（热量）。约90%的电能转化为热能，仅有10%成为可见光。相较之下，LED灯使用半导体材料构成的PN结，通过电流推动电子跃迁，电子从高能态跃迁到低能态时释放出光子，从而产生光。LED光源属于冷光源，其发出的光几乎不包含红外线，产生的热量也非常少。

在能效方面，LED灯明显优于白炽灯。白炽灯大约只有10%的电能转化为光，剩余的90%都转化成了热量，导致能源浪费严重。而LED灯的能效则更高，通常能将50%到80%的电能转化为光，大大降低了能量浪费。此外，LED灯的使用寿命也远远超过白炽灯，这不仅使得它们更为经济实用，也有助于减少环境中的废弃物。

再来谈谈光的质量。由于白炽灯发出的光谱较宽，它所产生的光在色温上有一定的偏差，通常给人一种较暖的感觉。而LED灯可以通过调节其光谱来精确控制光的颜色，从而实现不同的色温和亮度调节。例如，LED手电筒可以根据不同的需求调节光的强度，而白炽灯则没有这种灵活性。

总的来说，手电筒中的LED灯与白炽灯相比，在物理过程、能效和光的质量上都有明显的优势。LED灯的工作原理更高效，能量转化更加直接且更少产生热量，这使得它在使用过程中不仅更为环保，也更加经济和实用。

参考文献：

by Chocobo

by 匿名

除了电流生发梳还有红光激光生发梳，它们的效果目前是存在争议的，最好不要把生发的希望寄托于这些辅助设备上。

首先是红光激光生发梳，它的生发效果被认为是通过红光诱导和光照带来的局部头皮温度上升。在原理上，虽然有研究报道指出光线和温度上升与细胞增殖之间存在一定的相关性，但是仍然缺少详尽的机制研究和临床实验验证。学术界的主流观点依然认为红光激光生发梳并不会回复头发的生长。如果有观众想要亲自尝试，切记选择安全光强的正规产品。因为持续的强激光和高能量对组织是有损伤的，在细胞层面体现为大量蛋白的错误折叠和聚集，在组织水平上则体现为局部的低温烫伤。

然后对于电流生发梳，它的效果也同样存在争议。虽然也有研究报道局部电刺激会影响毛囊的活性。也有文献报道电流刺激也可以促进细胞生长，但是电流刺激细胞生长依然不是主流的治疗方法。也需要注意，持续的电流可能会影响细胞膜，导致选择透过性的减弱。目前被广泛证明有效的电流疗法，主要还是针对神经系统（比如植入电极刺激特定脑区治疗帕金森）和心脏节律细胞（最常见的就是AED）。

生发相关的治疗方法目前被切实的实验和临床证据证明有效的，只有米诺地尔和非那雄胺，但也需要注意这两种方法都是有一定的局限性和副作用，在选择时也需要谨慎考虑。

参考文献：

by 某大型裸猿

by Christina

会，而且情况或许更加严重。

我们先来解释一下这种因运动产生的眩晕的原理：简要而言就是当大脑接收到来自内耳前庭系统（平衡感）、视觉系统、本体感觉（肌肉与关节）之间信息不一致，就会发生认知混乱，引发头晕、恶心等症状（晕动）。前庭系统的信息主要分为两大部分：一个是半规管（Semicircular Canals），它感知角加速度（旋转运动），但在持续匀速旋转时其信号会衰减；另一个是耳石器（Otolith Organs），感知线性加速度，包括重力和运动加速度，但无法区分两者。它们获得的信息和视觉、本体感觉在大脑中整合处理，如下图所示。

我们晕车晕船，打游戏产生3D晕眩也是这个原理。如果在太空中，航天员处在航天器中，在旋转的时候也会产生同样的信息冲突从而导致晕眩。

不过在太空中，或许你并不需要像在地面上那样剧烈旋转就会感受到晕眩，这是由于微重力环境下，耳石器感受不到重力，因而“分不清上下”，但是半规管依然正常工作，这么一来大脑就很难判断自己是动还是静，就可能出现你的视觉认为自己没动，但是前庭系统判断你在翻滚，或者反过来——根据前面的原理，就会产生眩晕了。有调查表明，大多数的航天员在进入太空的头几天都会出现轻中度的晕动症状。而且在航天器转头、漂浮、身体翻滚时更容易触发。而适应这种变化、克服这种晕眩实际上也是航天员们在上太空之前必须要训练的科目，通过系统的训练，航天员们可以减轻这种症状。

而且或许你听说过一种叫做“空间迷向”的情况，原理也大致类似，由于在高空中，飞机驾驶员缺少地面参照物，而且飞机还会有在空中复杂的加速度，就导致驾驶员无法区分具体的方向，这也是飞机上有很多诸如高度表、姿态表等仪器的原因。驾驶员必须借助它们来稳定飞机的高度、姿态等，否则如果轻信自己的感觉，就会发生空难，历史上这种严重的情况也真的发生过。

参考文献：

by ArtistET

by 不爱喝无糖的可乐

味觉的感受器是味蕾，大多分布在舌头上。仔细观察会发现，我们的舌头上有很多小突起，它们有一个共同的名字，叫舌乳头。其中，味蕾主要分布在轮廓乳头附近，另外，菌状乳头、叶状乳头、软腭、会厌等上皮内也有味蕾的分布。

目前公认的基本味觉包括酸、甜、苦、咸、鲜这五种，不同味觉需要靠不同的味觉感受器识别。对酸味的感知主要是靠舌头和上颚上皮上的味觉受体细胞，它们可以对酸性pH值和弱有机酸作出电化学响应。酸味主要源于食物中的酸性物质，这些酸性物质在水溶液中解离出氢离子，刺激口腔中的味觉感受体，让人感受到酸味。氢离子被认为是酸性化合物的定味剂，而对应的酸根负离子则是助味剂。因此，酸味强度并不仅取决于氢离子的浓度（pH），还与酸根的种类、缓冲溶液和糖分等因素有关。

甜味受体由 T1R2 和 T1R3 蛋白构成异二聚体，其中 T1R3 也参与鲜味受体的组成。席伦伯格等人提出AH/B理论指出，甜味化合物具有AH/B结构（A 和 B 为电负性原子，H 为氢键质子），通过与味觉受体的 AH/B 单位形成氢键，触发受体结构变化并激活胞内信号，最终经神经纤维传递至大脑，由中枢判断甜味的强度、风味和持续时间。

不仅如此，味觉还是一种快适应感受器。若长时间受某种味觉刺激，对其敏感度会迅速下降。比如吃一块甜点，刚开始吃的时候会觉得奶油好甜，吃着吃着就觉得没那么甜了。不同味觉之间相互作用也会影响味觉强度。其中酸味与甜味之间就存在着所谓“相杀”关系，二者之间的调和会让味觉强度降低。当你吃完甜的食物时，甜味刺激会使味觉受体细胞进入 “疲劳状态”，自然对甜味的敏感度会下降。此时若再吃酸性食物，由于缺乏甜味信号的中和，中枢神经对酸味信号放大处理，因此显格外的酸。反之，吃完酸的再吃甜的也是一样的道理。

参考文献：

by Sid

by ca同学

我们从古代的建筑风格和艺术审美中得知，人总是在追去对称美，人的外表看起来也是左右对称的，但是人的内脏的排布却根本没有一个中轴线来让我们对称，心脏在左胸；肝脏却在身体的右侧。

从胚胎发育上来讲：上世纪的时候科学家就发现心脏等器官偏移中轴线生长与一团叫做“left-right organizer”(LOR,左右组织者)的细胞簇（一般也称为Node）有关。这个结构仅在胚胎早期短暂的出现，却能够决定器官的最终排布。

在鱼类、两栖动物和哺乳类动物体内，LRO中心区域的细胞表面长有一种旋转运动的纤毛，即胚胎节纤毛（Nodal cilia）。胚胎节纤毛统一顺时针转动，在细胞表面建立了一个向右运动的液流，籍此产生信号分子在体轴左右的浓度梯度变化，细胞在不同浓度信号分子的作用下产生不同的基因表达谱——这使得胚胎发育过程中出现了第一次左右不对称，进一步导致了后续器官发育的不对称性。

那么胚胎是如何感知这种定向流动的呢？一种理论认为是纤毛通过感知机械信号来调控胚胎发育。来自美国和日本的两支研究团队基于光镊(没错，这是我的研究方向，嘿嘿)——一种利用光捕获、操控微小物体的工具，构建了各自的实验策略，分别对斑马鱼和小鼠胚胎开展了研究。

他们利用光镊来操控纤毛弯曲，以模拟流体的定向流动。利用机器学习算法对光片显微镜所成图像进行分析，这个算法可以告诉研究者纤毛在弯曲时的响应情况。对LRO区域中的初级纤毛施加机械力后，钙离子的瞬时变化被激活：钙离子信号通过纤毛上的阳离子通道多囊蛋白-2（Pkd2）传递至细胞质中，进一步将信号传递给该细胞周围的中内胚层细胞，激活相关基因的表达，最终造成心脏发育偏向身体左侧。日本科学家同样在小鼠胚胎中发现，在细胞外流体定向流动的作用下，LRO中的初级纤毛可以感受机械力，从而通过钙信号，激活下游基因的表达。

另一种LRO区域信号感知的理论，则认为在脊椎动物LRO的区域，没有运动能力的初级纤毛充当了细胞的天线，通过纤毛表面的受体来感受流体中的形态发生素，一种决定细胞分化的物质，来决定胚胎的不对称发育。

从进化上来讲：蛙类和所有陆生脊椎动物的心脏都生长在左侧，伴随着呼吸系统和循环系统的逐步完善，心脏不对称程度也逐渐加剧。

鱼类心脏由血管演化而来，有一心耳一心室的结构，位于体轴的中央。在脊椎动物开始向陆地进军的过程中，肺为代表的呼吸系统的复杂化对循环系统提出了新的要求。因此血液流动的主要动力来源心脏需要进一步复杂化，来保证血液的循环速度。 以两栖动物中的蛙类举例，血液仍然由静脉流汇集到静脉窦，经右心房压入心室，心室收缩再将血液压出心脏。但为了提高肺、皮等呼吸器官的血液循环速度，流经呼吸器官的血液选择直接注入心脏，这便是双循环的首次出现。肺静脉把刚刚交换过富含氧气的血液运回心脏，它不通过静脉窦注入心脏，而是有自己独立的路线，出现了一个独立的心房——左心房，左心房比右心房小，蛙类的心脏开始偏向左边。

爬行动物对肺呼吸进一步依赖，在心室中开始出现不完全的分隔，来隔开肺静脉血和体静脉血，这使得心脏进一步向左偏移。更进一步演化的哺乳动物，心脏中心室完全分隔了肺静脉血和体静脉血，产生了两个独立的心室，心脏位置也更偏左了。

参考文献：

by 蓝多多

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来源：中科院物理所