液态氧是蓝色的?| No.46
脑子一热去操场跑了五圈
好久没剧烈运动了
跑完顿时感觉要晕过去
心想这要是没了氧气可怎么办
哈哈，还是不杞人忧天了
那今天就来说说液态氧吧
1Q
为什么行星的光环总是在行星赤道上空？
By 天杉水
A
行星环一般认为是行星的卫星进入行星的洛希极限内被行星的潮汐力撕裂而形成的，也有可是其本身就在行星的洛希极限内，因为行星的潮汐力而无法形成卫星。不论是哪种情况，都是行星的潮汐力的作用而形成的。因为潮汐力最大的方向在行星的赤道平面上，故行星在行星潮汐力的牵引下，构成行星环的物质就会绕着行星赤道所在平面运动。
2Q
为什么水和乙醇能任意比例互溶？
By ，
A
乙醇中含有-OH基团，是极性分子；水中也有-OH,也是极性分子。根据相似相溶原理，水和乙醇的结构非常相似，而且水分子与乙醇分子之间还可以形成氢键，所以水和乙醇可以相互溶解，且溶解度非常的大。水和乙醇的溶液中，溶剂和溶质具有相对性，习惯上把量大的组分作为溶剂：一滴水在乙醇中就是水的乙醇溶液，而一滴乙醇在水中就是乙醇的水溶液，所以两者间才会有任意比例互溶的现象。
3Q
液态氧和固体氧为什么是蓝色的呢？
By 我欣依旧
A
考虑氧的颜色就要考虑氧分子的吸收光谱。在氧气的可见光吸收光谱中，对橙黄光波段有一个微弱的吸收，所以氧显示出橙黄的互补色，蓝色。这也就是为什么液态氧和固态氧显示蓝色的原因。气态的氧为什么是无色的呢？因为气态的氧分子在空间分布的密度很低，所以尽管同样有吸收，但是颜色太浅，肉眼根本看不出来。你可以想象实验室里一瓶氧气，瓶子宽度的氧气层（自由运动，稀疏分布的氧分子）吸收的橙黄光相对液氧（相对密集排布的氧分子）太弱了，所以肉眼察觉不出浅蓝色的存在。
4Q
假设我们能看见氢分子，看到的景象会是什么样子，会是两个小球在高速振动吗？他的电子云又会什么样？
By 重阳
A
不用假设，你确实有可能看见氢分子的。我们首先来解释一下什么是“看见”。狭义地说，“看见”一个物体表示你接收到那个物体向你发过来的处于可见光波段光子。氢分子不同的分子势能曲线之间的能级差大概是可见光到紫外波段，只要这个氢分子做了这样的能级跃迁，发出的光子被你接收到（据生物学家说人眼的感光细胞可以对单光子做出响应的，或者说你用一个灵敏的CCD辅助的话），你就看见了氢分子。至于问题的后半段所提到的景象，假设你的“看见”是广义的，比如说你以某种方式确定两个氢原子的位置，并且能分清楚他们振动的位移的话，这种方式带来的扰动必然会影响到这个氢分子的状态。至于电子云，这是电子波函数在空间分布的一种表示方式，只是个概率分布，不可能被看见。
5Q
我听说物质不止三态。那有几态啊？
By 天马行空
A
我们知道物质聚集状态有固态，液态和气态。把气体物质施以高温、高压、电磁场、放电、高能磁场、热核反应等作用，气态原子便电离成带电离子和自由电子。它们电荷相等，符号相反。这种状态是等离子体，物质的第四态。
将固态物质施以高压，非金属会变为金属，继续增大压力，物质中的电子会被挤出原子，形成电子气体而原子核则紧密排列，这是物质的第五态——超固态；继续增大压力，核外电子会被挤到核内，电子与质子结合形成中子，便是物质的中子态，这可能就是物质的第六态（是不是又想到了《地球大炮》QwQ)。
2004年，台湾大学发表了一份研究成果，他们观察到水分子等物质进入细胞膜时，会形成一种新的物质状态，称为“酯膜结构”。2005年，美国布鲁克黑文国家实验室用相对论重离子对撞击制造出“夸克胶子等离子体。”以上两个都有可能是物质的第七态。
6Q
我们一般说宇宙诞生至今137亿年，根据相对论，时间和参考系有关。那么这种说法是以哪个参考系说的呢？不可能是地球吧！
By RailGun10032
A
天文学家在处理有关宇宙中的距离、时间等问题时，通常使用的是所谓的共动坐标系(comoving frame)。根据哈勃定律，我们知道整个宇宙是在膨胀着的，并且我们把由于宇宙的膨胀效应而带来的天体运动称为哈勃流。想象有一个观测者，他和哈勃流保持相对静止，那么宇宙的一些宏观性质，比如微波背景辐射，对于他来说就是各向同性的。从这个观测者的角度出发，我们就可以着手建立一个坐标系。接着，我们把宇宙的膨胀想象成吹气球，开始时，我们在气球上画好坐标线，随着我们吹气球，气球上某两点之间的距离越来越大——但注意，这两点的共动坐标(comoving coordinate)是不变的！我们可以认为，是气球表面单位距离的长度发生了变化。在宇宙学里，我们使用尺度因子(scale factor)这一概念来表征距离膨胀的尺度。以共动坐标系出发，我们就可以得到关于宇宙的一系列性质。
7Q
一般来说，大海是蓝色的，但有些湖水是绿色的......网上各种说法不一，那么究竟为什么会有蓝绿的差别呢？
By 沉默的鸡
A
海水呈现出的颜色和许多因素有关：光照情况、水的深浅、海水中包含的物质等等。在正常阳光照射下，纯净的海水的颜色是蓝色，这是瑞利散射引起的结果。所谓瑞利散射，即是当粒子大小远小于入射光波长时，散射光强度随入射光波长增大而减小的效应。在纯净的海水中，悬浮颗粒较少，主要是水分子散射太阳光。而水分子的大小远小于可见光的波长，因此波长较短的蓝光和紫光的散射强度最大。而由于人眼对蓝光更敏感（紫光比蓝光更接近紫外区域），故我们看到的大海的颜色是蓝色。当水质并不是纯净的，含有较多杂质（微生物，较大悬浮颗粒等）时，水对阳光的散射情况就会不同，呈现的颜色也会不同。当水中悬浮颗粒较多时，由于它们的大小相对较大，对波长更长的光线波段（如绿光、黄光）的散射也会较为强烈，此时水体可能就会呈现蓝绿色或绿色。对于深度较浅的水体，水中含有的绿色的植物、微生物也可能是导致水呈绿色的原因。
8Q
什么是量子比特？什么是量子干涉？为什么会有量子干涉？
By brain
A
我们首先考虑一个经典硬币，将正面的面积定义为1，反面的面积定义为-1，硬币正面法线方向和观测方向的夹角定义为θ。不难发现，这个硬币面积沿任意方向观测到的面积投影为cosθ。但是量子世界的硬币并不是这样的，而是在任何方向观测时，得到的面积投影有时是1，有时是-1，只存在这两个值，而不是介于-1和1之间的某个值。然而当对多个同样的硬币进行观测时，将发现平均值趋于cosθ。这样的一个“量子硬币”就是量子比特。有人问，这怎么可能呢？可是这才是量子世界啊。
而量子干涉也并非量子世界特有的现象，干涉是所有波都具有的性质。只不过量子干涉的波不是可以直接看到和触摸到的，而是概率波，数学上用波函数表示，其模的平方表示找到粒子的概率。当我们计算两列概率波叠加找到粒子的概率时，要先将波函数加起来再平方，而不是直接计算概率（平方）的和。这样得到的多余的项是干涉效应的直接数学解释。
我们没有回答为什么量子比特是这样的，也没有回答量子干涉的根本原因。但是科学家清楚如何精确地运用数学描述这一切反常于直观感觉的现象。不过应当说，随机、纠缠、非定域等等这些奇奇怪怪的特性正是量子世界的本质特点，与我们描述它的工具无关。
本期答题团队：
清华 物理系41的同学、北理工 文卿、大化所 J.Baker
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