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科学

你想过为什么往冰上倒水时它们会破裂吗?

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在炎热的夏天,没有什么比一大杯柠檬水更令人满足的了,这种提神饮料的关键成分是杯子里的冰块。如果你尝试过为自己调杯鸡尾酒,那么你应该已经发现冰可能是一个奇怪的东西,即使它只是一种常见的简单物质,还经常被我们忽略。

这种现象有很多。北方的冬天,当鹿角网把一盆水倒在水池底部的冰块上时,它会发出清脆的破裂声,瞬间融化一大片。你很难徒手捏碎一块冰,但是如果把它们放在一个杯子里,然后灌满水,你会发现它们居然可以突然之间变得那么脆弱。

那么,是什么导致了这种令人惊讶的现象呢?有没有什么方法可以防止冰以这种方式分裂?

在我们开始讨论冰块分裂的问题之前,不妨先了解一下冰块是如何凝结在一起的问题。更具体地说,我们先看看冰和水的结构分别是什么样的。

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水可以说是地球上最重要的物质,因为它为我们提供了通往生命的途径,是每一种生物赖以生存的基本组成部分。它不仅重要,而且与其他物质相比也很独特。它是一种没有味道也没有气味的物质,可以同时充当酸和碱,并且是一种通用溶剂,能够溶解许多其他天然物质。它以固态、液态和气态的形式存在于地球上,它是万能的、动态的,甚至还隐藏着一些惊喜。

在水的液态形式中,每个水分子中的原子组成产生一个偶极矩,其中氢原子带部分正电荷,氧原子带部分负电荷。随着水分子本身的不断地变化和它们相互之间的移动,这种电荷差异会导致液态水中氢键的不断形成和断裂。这些氢键增加了水的沸点。

水在低于0摄氏度的温度下会凝结成成冰,这正是水的一些独特属性开始显现的地方。由于“热胀冷缩”的原理,大多数其他物质变成固态时体积会更小,密度会更大。而由于冰的晶格结构,固态水分子间的空间实际上比液态水分子间的空间要大,这就是冰会漂浮在水里的原因了。

冰在不同温度下的结构也是会发生变化的,这一细节有助于回答文章开头提到的的问题。

为什么冰块会在液体中破裂呢?正如我们刚才所解释的,当冰的温度保持在0摄氏度以下时,它会保持着坚硬的晶体结构,但当你在冰上倒入温度更高的液体时,就会发生异常现象。在同一系统中,这两种物质的温度会趋于平衡,冰会开始升温并融化,而液体的温度则会下降。

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冰块的外侧边缘和表面将是第一个经历剧烈温度变化并开始进行热量交换的区域。当你把液体倒在冰上时,你听到的“噼啪”声是由一种叫做“微分膨胀”的现象引起的。更具体地说,随着温度的升高,冰的外部边缘将开始收缩,本质上是融化并打破使冰保持固态的牢固的纽带。

然而,在冰块内部,温度仍然低于0摄氏度,这些化学键的结构和完整性没有立即被改变。就像一座分裂的房子必然会倒塌那样,此时的冰块内部,已经产生了裂痕。收缩的外核壳从静止的内芯上剥落,一块完整的冰就此分裂成碎片,在你的杯子里发出悦耳的噼啪声。

由于冰块的两个不同部分在微分膨胀的过程中试图实现不同的目标,破裂就成为是不可避免的事情。一块冰块在第一次破裂之后,你就不会再听到碎裂声了,但是分裂之后的小冰块也会经历类似的情况继续破裂。

如果你不太喜欢冰裂的声音,可能会想是否有什么方法可以避免这种自然现象。很遗憾地告诉你,我们很难违背科学规律。

不过,并不是所有的水都是完全一样的。没有杂质的纯水会形成完全透明的冰块,而自来水和其他的水有一些杂质,会在形成的冰块中心出现一个浑浊的区域。这些杂质包括各种盐类和其他矿物质,它们并不完全适合冰块的晶格结构。如果水中有小块的杂质,它会使冰的结构不那么脆弱,这样的水冻成的更有可能逐渐融化,而不是断裂。

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你可以由此来判断,你那杯饮料中的冰块到底是用什么样的水制成的。因为,只有纯净的水才会在凝结成冰块时形成完美的晶格,才会在接触到温度较高的液体中时,发出破裂的声音。

我们应该永远保持一颗旺盛的好奇心,对未知事物永远渴望了解。这个问题可能没什么大不了,知不知道为什么把水倒在冰上并会裂开也可能无法帮你改变世界,但如果你读到这里,那么恭喜你,这是已经是一个好的开始了。

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科学

在光线不好的时候看书会对眼睛有伤害吗?

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你说不定会觉得这个标题完全是一句废话,但是我也不想用什么骇人听闻的词汇来吸引目光,所以……就这样吧。

当然啦,我们从小到大都一直被严肃警告这样做的后果有多严重,比如“你不要眼睛了吗”、“你想戴眼镜吗”云云。问题是,这件事情到底是是真是假?为什么没有人这样抵触看电影?

想弄清楚这个问题,我们需要先了解眼睛在不同光照水平下时是如何工作的。

当光线通过角膜(保护眼睛前部的透明圆顶形最外层,包括虹膜和瞳孔)进入眼睛时,我们就可以看到物体。视网膜是位于眼睛后部的部分,拥有光感受器,即视杆细胞和视锥细胞,对暗光和亮光敏感。

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首先,来自光线的光子到达视网膜并击中那里的光感受器。随之,光感受器将来光能转换为神经冲动。神经冲动通过神经元到达大脑,然后大脑理解信号,从而产生“看到”的体验。

在昏暗的光线下,瞳孔(眼睛中心的圆形黑色开口)扩张以便更多的光线进入;在明亮的光线下,它会收缩,从而减少进入眼睛的光线。由于眼睛通过一些视神经连接,因此两个瞳孔会同时收缩或扩张来调节进入眼睛的光量。

当你在漆黑的房间里睡觉时,眼睛会逐渐适应黑暗。然而,当早上有人把窗帘拉得很大时,你会本能地眯起眼睛或闭上眼睛,移开视线,直到瞳孔有时间放松并适应环境中的光线。

这说明我们的眼睛天生可以适应不同程度的光。那么,明亮或者昏暗的光线哪个对眼睛更好呢?

就像我们在黑暗中看不到任何东西一样,我们也不能直视太阳。而且,强度太大的光会对视网膜造成永久性损伤。

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太阳会发出蓝光,荧光灯、LED显示屏、电视、电脑和智能手机屏幕也会发出蓝光。这就是为什么长时间注视明亮刺眼的数字屏幕会刺激我们的眼睛,迫使我们不自觉地眨眼并移开视线。

相反,在电影院中,光线比我们在电视屏幕上感受到的更加柔和。这是因为我们在观看时并不是直接盯着光源看,而是只通过大屏幕上的光反射来观看。

但是,在光线太暗的时候你会觉得阅读起来非常艰难。

与眼睛内部工作的肌肉类似,眼睛周围也有肌肉控制眼球运动。我们观察物体、转动眼球以及根据光线调整视力是许多肌肉协同工作的结果。就像跑步一样,一下子跑得太多就会感到筋疲力尽,如果过度使用眼睛,眼周的肌肉也会感到疲劳。

总有你不知道的事,在光线不足的情况下,我们的眼睛工作起来比平时更费力。在昏暗的光线下阅读时,为了让更多的光线进入眼睛,瞳孔需要放大更多,眼睛后部的光敏细胞也必须比正常光线下更努力地工作。

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所以,当我们在昏暗的光线下盯着书看几个小时时,眼睛内部和周围的肌肉很快就会变得紧张。

那么屏幕呢?它会发光,所以会比书更好吗?

并不。研究表明,盯着任何东西太久都会让你的眼睛感到疲倦,因为你太专注于它,所以你往往会少眨眼。在昏暗的房间里盯着屏幕会导致更大的压力,特别是如果你长时间近距离地看着屏幕。此外,当屏幕比周围环境更暗或更亮时,我们的眼睛必须更加努力才能看清它。

无论光线情况如何,当我们长时间专注于手机屏幕时,可能会使我们的眼球从前到后变长。这在玻璃体中尤其明显。一旦眼球拉长太多,而我们又一直专注于近处的物体时,就可能导致近视。

想要避免阅读时眼睛过度疲劳,你应该根据周围的真实环境调整亮度。如果你在晚上读书,可以打开一盏柔和的台灯。同时,不要在白天打开手机的夜间模式,因为显示屏的亮度与周围环境不匹配。

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在工作或学习时,将屏幕放置在可以避免眩光的位置。让自己休息一下,经常眨眼,并注意你的坐姿。帮助孩子坚持“20-20-20”护眼原则,即“看电子产品20分钟,远眺20英尺(6米)处至少20秒钟”。同时每天保证足够的户外活动,有证据表明,经常呆在户外的自然光线下可以预防近视。

拥有好的视力不是理所当然的事情,虽然衰老所带来的负面影响不可避免,但是我们还是应该尽量保护好眼睛,在还有机会的时候。

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科学

为什么人老了会变矮?

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我小的时候并没有觉得外婆有这么矮,但是最近却发现,好像我每一次见到她,都比上一次显得更矮。大家都习以为常地认为,人老了就是会变矮。然而,即便这一现象值得理解,鹿角网也想问一句,为什么人会随着年龄的增长而变矮呢?

虽然我们不得不承认,这种萎缩很自然,但是随着世界人口老龄化的日益加重,这个问题也逐渐被重视起来。

至少截至目前,人类的衰老是无法阻止的。我们可以通过药物、“更健康”的生活方式,或者一些什么肠道有益菌来延缓它,但并没有完全的手段可以让一个人长生不老。

总有你不知道的事,对于女性而言,基本上从受孕的那一刻起,衰老的轮盘就已经开始转动了。当精子与卵子融合形成一个细胞时,它会分裂形成一个胚胎,而在分子水平上,衰老主要表现为DNA的变化,随着时间的推移,细胞无法修复。

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DNA 的这些变化伴随着每次细胞分裂而发生,同时还受到环境的驱动,例如紫外线和烟雾。新陈代谢活动,即维持你生命的化学过程,也会使你衰老。你呼吸的氧气最终会产生一种叫做自由基的物质,这些自由基具有高度反应性,会干扰细胞中的其他分子。

直到青春期,人类的身体仍保留着惊人的自我修复能力。因为你还在成长,身体有大量的干细胞(具有无限分裂能力的细胞),体内的所有其他细胞也同样年轻。细胞只能根据其DNA分裂一定次数,所以我们可以通过观察细胞经历了多少次分裂来确定细胞的年龄。

在经历过生长突飞猛进和尴尬的变声期之后,你的成长就接近尾声了。大脑是人类身体中最后一个发育成熟的器官,额叶皮层在25岁之前仍在发育。

一个老人的身高并不是只缩减了几厘米。几项针对40至70岁成年人的调查发现,40岁以后,一个人在十年内可能会减掉一厘米甚至更多。女性比男性的身高缩减得更严重,这是由于男性和女性生理机能之间的荷尔蒙差异。

简单地说,在分子水平上,衰老会降低更新和再生身体组织的能力。然而,从生理上讲,到目前为止,我们发现的导致身高下降的变化是非常具体的。

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这些变化由激素控制,激素的水平随着年龄的增长而变化。性激素,即由性腺产生的激素,主要但不完全负责生殖,随着年龄的增长而减少。这种下降与身高减少有关。

这里所讨论的性激素是雄激素,它由许多不同的激素组成,包括男性大量的睾酮和女性的雌激素。随着年龄的增长,血液中两种性激素的含量都会减少。在男性中,睾酮随着年龄的增长而下降,而在女性中,雌激素水平在更年期期间急剧下降。这两种激素都会影响体内的骨骼、肌肉和脂肪。

对于男性来说,睾酮调节骨质、肌肉质量和力量,骨骼和肌肉质量都随着睾酮的下降而减少。但是脂肪却随着睾酮的减少而增加。

对于女性来说,雌激素也会影响骨骼和肌肉,如果雌激素缺乏或严重消耗,会导致骨质流失。根据文献记载,雌激素“减轻了受伤后的破坏和炎症反应,并可能对氧化应激和肌肉损伤(通过其抗氧化和膜稳定特性)、修复和炎症发挥保护作用。雌二醇还影响卫星细胞的活化和增殖,从而增强细胞的生长和恢复潜力。”

骨质流失以及维持骨骼稳态的肌肉力量减弱,轻轻松松就能使我们的身高减少一厘米多。

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总而言之,身高发生一些缩减虽然无可避免,但你可以决定它发生的程度。例如通过锻炼肌肉和骨骼,使它们变得更强壮。研究发现,年轻时(18 岁以后)经常锻炼身体的女性和男性都会比没有运动的同龄人减少的身高要少。这也是为什么,你发现经常锻炼身体的人,整体的状态会更年轻。

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为什么当我们遇到熟悉的歌时会忍不住跟着一起唱?

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“一闪一闪亮晶晶,满天都是小星星……”有没有发现,如果不稍微刻意一点,你就很难把这句话正常读出来?如果你想知道为什么我们会有这种想唱歌的冲动,那就请跟着鹿角网一起来了解一下吧。

你一定有过这样的经历,比如看到人们观看演唱会时跟着台上的歌手一起唱,甚至,当你听到同事或朋友在唱一首你熟悉的歌时,回过神来会发现自己也在唱。即使你不是那种在公共场合大声唱歌的人,你也很有可能跟着哼唱。

这种行为几乎是无意识的,因为你本来没打算唱歌,可能也意识不到自己什么时候加入了进去。

但为什么会这样呢?仅仅是因为我们喜欢这种感觉吗?还是我们的大脑和身体里有更深层次的东西?想要了解这种冲动,我们必须先深入了解“是什么促使我们想要唱歌”。

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可以说,唱歌对我们人类这个物种来说,是一件非常重要的事情。它往往出现在我们生命中许多特殊的时刻:升旗、婚礼、生日。你会在洗澡的时候唱歌,开车的时候唱歌,甚至在考场里,大脑一片空白的时候脑海中也不停地盘旋着一首歌。

原因很简单,我们就是喜欢唱歌。

这不仅仅是因为我们喜欢唱歌带给我们的感觉,还因为唱歌会带动内啡肽和催产素的释放,使我们感觉舒服,这些激素可以帮助降低压力水平,促进信任感。

那么,当我们听到别人唱歌时,大脑会发生什么呢?

人类唱歌,基本上和用钢琴或古筝等乐器演奏音乐是一样的,只不过在唱歌的时候,你的声带就相当于“乐器”。唱歌时,为了发出声音,我们身体需要完成一系列协调一致的动作,来产生物理振动。在此过程中,激活了大脑的几个区域,然后这些区域一起工作来处理和解释这些信息。

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大脑解释的关键部分包括理解动作背后的意图。为了理解这种“意图”,需要用到大脑中一个被称为镜像神经元的系统。

镜像神经元是大脑细胞,它们会在大脑中创造一个动作的神经镜像。当你做一个动作时,或者当你看到别人做同样的动作时,它们都会被激活。你的大脑会在你自己做这件事时所使用的大脑部分创造出该动作的“副本”。

所以,当你听到有人唱歌时,你大脑某些区域的镜像神经元就会兴奋起来。当你自己唱歌时,这些相同的神经元也会被激活。这个过程是潜意识和自动的,如此一来,可以让你站在歌手的角度来体验你正在听的声音背后的情感和意图。

正是由于镜像神经元的存在,使得音乐可以轻松地传达情感和意义。就像翻译软件可以帮助你读懂另一种语言一样,镜像神经元就像一个神经翻译器,可以帮助你解释行为和意图。

除此之外,它也触发了我们跟着熟悉的歌曲一起唱的冲动。

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我们大脑中的镜像神经元对运动、视觉和听觉刺激都很敏感。唱歌时,歌手调动他们的声带,从而在他们的大脑中建立一个运动网络。这个运动网络由大脑的某些部分组成,这些部分与唱歌这项“运动”所需的肌肉相连。

当你的歌声被别人听到时,那个人的镜像神经元会激活他们大脑中类似的运动网络。这个网络可能会激发听者使用自己的声带,以至于在不知不觉中跟着唱起来。

与此同时,我们又面临一个很难忽略的问题,那就是,我们人类的大脑从促进一起唱歌这个行为中获得了什么进化优势?

总有你不知道的事,根据一些专家的说法,人类在会说话之前就会唱歌了。早期人类通过模仿大自然和野生动物的声音来试验自己的声音。作为一个群体,他们使用同步的有节奏的声音来转移捕食者的攻击。

集体唱歌或者发出某种声音,不仅有助于在危急时刻维持生存,还能够将他们凝聚成一个团队。在早期,人类是狩猎者和采集者,因此在那个时代,歌唱作为一种有趣的集体活动,有助于保持群体的稳定。一起歌唱不仅可以使情感同步,还可以使心更近。因此,尽管单独歌唱可能是为了吸引伴侣,但在进化过程中,一起歌唱有助于社会联系的建立,促进和谐发展。

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无论是迎接新年还是庆祝生日,一起歌唱都能够帮助我们作为一个团队分享情感。它犹如一种神秘的调味料,将一群陌生人汇聚在一起,建立起持久的纽带。这也是为什么很多歌手会拥有非常庞大的粉丝群。

无论是在举行仪式、文艺表演、社交场合,还是KTV和演唱会,一起唱歌一直以来都是人们在更深层次上建立联系的方式之一。它创造了一种共同认同感,促进了社会的合作。它在爱国集会中扮演着关键角色,在冲突和战争时期激发民族主义情感,从而为一个国家的人民注入力量。当人们一起唱歌时,他们正在朝着一个共同的目标努力,这可能是一种强大的联系。

所以,假如你有机会参加音乐节之类的活动,不要犹豫!不要害怕释放自己。你永远不知道,通过音乐的神奇力量,会迎来怎样的奇遇。

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