來源：市場資訊

（來源：中科院物理所）

小明在思考“如何估算一座山上有多少片樹葉”時

打了個哈欠

同桌看到也忍不住打了一個哈欠

這是怎么一回事？

問答導航Q1 癌細胞自知嗎？哪些動物會患癌？Q2 挖空石油，地塊會不會塌陷？Q3 什么是弱相互作用？Q4 為什么電飯鍋會煮得米立起來？Q5 動摩擦因數會不會超“1”？Q6 玉米粒為什么兩頭亂中間齊？Q7 為什么乘高層電梯會耳朵疼？Q8 為什么背包水平運動，沒做功也會累？Q9 如何估算一座山上有多少片樹葉？Q10 為什么打哈欠流淚且傳染？

Q1

癌細胞知道自己是癌細胞嗎？除了人類還有哪些動物也會患癌癥？

by 匿名

答：

癌細胞沒有意識，嚴格來說自然不知道自己是癌細胞，但如果我們把“知道”定義為細胞內部生化程序的改變和對環境的反應，那么癌細胞確實在分子層面上顯得與眾不同。

癌細胞“知道”如何逃避死亡，拒絕接受細胞凋亡的指令；它們“知道”如何欺騙免疫細胞，通過細胞膜表面的特殊蛋白質，來逃避免疫細胞的追殺；它們還知道如何搶奪資源，通過分泌特殊的化學信號，迫使周圍的正常血管長出分支，直接連通到腫瘤內部，源源不斷地為它們輸送氧氣和營養……

癌癥的本質是細胞在分裂復制DNA時發生了不受控制的隨機錯誤，因此只要是由多細胞組成的生物，幾乎都有患癌的風險。從我們身邊常見的貓狗，到鳥類、魚類等各種野生動物，甚至是早已滅絕的恐龍，都有可能患上癌癥。

既然癌癥是細胞分裂出錯引起的，那么體型越大、細胞越多、壽命越長的動物，得癌癥的概率理應越高。但反直覺地是，某些大型動物，比如大象，患癌的幾率竟然比人類還低！科學家們發現，大象體內有多達20對TP53腫瘤抑制基因，而人類只有一對，這或許是大象不易患癌的原因之一。

參考資料：

Abegglen, L.M., Caulin, A.F., Chan, A., et al. 2015. Potential mechanisms for cancer resistance in elephants and comparative cellular response to DNA damage in humans. JAMA 314(17): 1850–60.

by 冰糕

Q.E.D.

Q2

地下的石油被挖空了，地塊會不會塌陷？

by 臺州第一深情

答：

地塊通常不會發生突發性的劇烈塌陷，而是更常見地表現為地面緩慢沉降。石油通常儲存在砂巖、石灰巖等多孔巖石中，類似于海綿里的水。巖石內部存在大量微小孔隙，石油填充在這些孔隙中。當石油被采出后，孔隙中的流體壓力下降，儲層巖石會被“壓縮”，因此地表可能出現緩慢下沉。現代油田普遍采用注水、注氣等壓力維持技術來減輕沉降。

by 小被子

Q.E.D.

Q3

弱相互作用是什么？

by 安昊洋

答：

弱相互作用是自然界的四大基本作用之一，其強度弱于強相互作用和電磁力而強于引力，屬于短程力。

弱相互作用以W±與玻色子為媒介粒子，根據不同的媒介粒子可以分為帶電流過程（W玻色子）和中性流過程（Z玻色子）。此外，弱相互作用也是唯一會破壞宇稱對稱性和電荷共軛-宇稱聯合對稱性（CP破壞）的基本相互作用，這一機制曾經深刻地影響了粒子物理的理論框架。我們所熟知的β衰變和中子衰變就是由弱相互作用所主導的，例如中子衰變為質子、電子和反中微子時，弱相互作用通過改變夸克的味道量子數實現衰變。

在上世紀的六十年代，得益于對弱相互作用的不斷研究，電弱統一模型建立，并在1983年于歐洲核子研究中心（CERN）發現了W±與玻色子，理論得以驗證。

by 跑馬仔

Q.E.D.

Q4

為什么電飯鍋里煮熟的米會直立起來？

by 拼好范

答：

鍋里水燒開后，底部產生的蒸汽氣泡得往上走，在米粒堆里硬擠出一條條豎道。米粒被水流和氣流裹挾著沿通道壁立起來。火力越猛、鍋底受熱越勻，通道越規整，米粒豎得也越齊。現在常見的電磁感應加熱電飯煲或者傳統的厚底鐵鍋，都有可能出這個效果。

但光被頂起來還不夠，還得粘得住。大米主要成分是淀粉，煮飯時溫度到六七十度就開始糊化——淀粉分子從顆粒里溶出來，在米粒表面形成一層黏性凝膠。等到收水階段水分越來越少，這層凝膠變稠發黏，就把豎著的米粒給粘在原地了。

再加上米粒是細長的橢球體，一般長徑比兩到三，底部還有道凹溝，豎著的時候接觸面雖小，但凝膠加上米粒之間殘留水分產生的毛細管力，剛好夠跟重力抗衡。兩邊力量差不多大，所以能不能站住有一定偶然性，接觸條件碰巧合適的才立得住。

你注意到這個現象挺有意思的，也可以算是觀察米飯品質的一個實用參考（并不絕對）。

by 檸七

Q.E.D.

Q5

動摩擦因數有沒有可能比一大？

by 安昊洋

答：

有可能。動摩擦因數通常定義為：兩個表面已經發生相對滑動時，動摩擦力大小與正壓力大小的比值，所以數學上沒有規定它必須小于一。并且動摩擦因數不是材料本身唯一固定的屬性，它會受表面粗狀態、溫度、速度、壓力等多方面因素影響。把手機放在手掌上，傾斜手掌，超過四十五度就說明此時手掌和手機屏幕之間的動摩擦因數大于1，可參考高中物理“傾斜角”。

by 小被子

Q.E.D.

Q6

玉米為什么兩頭的籽粒排列很亂，而中間的籽粒排列特別整齊？

by 狗中翹楚

答：

玉米粒是在幼穗發育過程中，由雌穗分生組織按照相當規律的節奏依次產生小穗和雌花，因此果穗中部往往形成整齊劃一的縱行排列。

在果穗基部，分生組織剛開始工作，基部空間相對比較大，玉米粒們爭先恐后地“膨脹”，因而顯得比較亂。簡單說，在沒有周圍玉米粒擠壓情況下，玉米粒會長成一個球形的玉米粒；而在周圍有玉米粒擠壓情況下，玉米粒們會傾向緊密排列，使空間利用率達到最大。

在果穗頂部，空間逐漸變窄。越靠近頂部的小穗形成越晚、發育年齡越小。這些發育程度較低的小穗容易出現籽粒敗育、缺粒或禿尖的情況，所以會看起來比較亂。

參考資料：

Ortez, O. A., McMechan, A. J., Hoegemeyer, T., Ciampitti, I. A., Nielsen, R., Thomison, P. R., & Elmore, R. W. (2022). Abnormal ear development in corn: A review. Agronomy Journal, 114, 1168–1183.

Bonnett, O. T. (1948). Ear and Tassel Development in Maize. Annals of the Missouri Botanical Garden, 35(4), 269–287.

by ThymolBlue

Q.E.D.

Q7

為什么乘高層電梯會耳朵疼？而且下降比上升更明顯？

by ｜

答：

坐電梯上高層或從高層下來耳朵疼，核心原因是：電梯高度變化太快，外界氣壓變了，但中耳里的氣壓來不及跟著變，鼓膜被壓得向里或向外鼓起，于是產生耳悶、疼痛，甚至“啪”一聲后突然舒服。

耳朵里不是只有外耳道，鼓膜里面還有一個小空間，叫中耳腔。它通過一根細管和鼻咽部相通，這根管叫咽鼓管。正常情況下，咽鼓管會偶爾打開，讓中耳氣壓和外界氣壓保持一致。當電梯上升時，外界氣壓變小。如果中耳里的氣體還保持原來較高的壓力，就會把鼓膜往外頂。當電梯下降時，外界氣壓變大。如果中耳里的氣壓來不及升高，外界氣壓就會把鼓膜往里壓。可能很多人覺得下降時更容易耳痛，是因為讓空氣進入中耳、把中耳壓力補上，通常比讓空氣排出去更困難。因為中耳里的氣壓相對偏低。外面的壓力會把鼓膜往里壓，同時也更容易讓咽鼓管處在“被壓扁”的狀態。空氣想從鼻咽部進入中耳，但管子不容易自動打開，所以更容易不舒服，相反排出氣體是一個較為容易的事。因此，把鼓膜看作一個很薄的氣球膜。膜兩邊氣壓一樣時，它很舒服；一邊壓力大、一邊壓力小時，它就被壓彎，于是你感覺耳朵悶、脹、疼。

by 小被子

Q.E.D.

Q8

如果人背著書包水平運動，人沒有對書包做功，為什么會覺得累？

by 17

答：

如果我們是水平勻速運動，那么我們沒有對書包做功。這是初高中物理經典的困擾，因為我們往往把人體肌肉疲憊的感受和做功消耗能量相關聯，但是這是錯誤的，人體肌肉在緊繃時，即使是靜止也會消耗能量，不能作為機械做功的參考。可以做這樣一個思想實驗，我們舉著啞鈴靜止時，我們會緊繃肌肉持續消耗生物能，因此我們會覺得累，覺得在“做功”，而啞鈴放在地上靜止不動時，我們不會認為地板在消耗能量對啞鈴做功，但是兩個情形下，啞鈴的狀態都是相同的，所以事實上我們并沒有對啞鈴做功，但是仍然會因為肌肉緊繃消耗能量，誤認為在做功。

by 小被子

Q.E.D.

Q9

如何估算一座山上有多少片樹葉？

by 我事老腔

答：

方法一：最“笨”但最準的方法當然是砍幾棵樹來數。數了好多棵樹之后，你會發現——對于某一種樹木，樹葉總質量與其胸徑、樹高之間存在一定的關系。接下來，只要統計出這座山單位面積上有幾棵樹，它們的平均直徑、高度是多少，就能估算整座山上的樹葉總數了。

綠色植物反射大量近紅外光，因此在紅外相機中異常明亮（圖片由作者拍攝）

方法二：衛星遙感。為了實現大范圍快速測量，我們要請出“高人”——遙感衛星。遙感衛星是怎樣“數”樹葉的呢？答案是靠樹葉的吸收與反射。葉子中的葉綠素會強烈吸收紅光，強烈反射近紅外光，科學家據此定義了歸一化植被指數（NDVI）：

樹葉越多，衛星接收到的紅外光（）就越強，紅光（）就越弱，NDVI值越接近1；利用前面的“笨方法”標定衛星遙感數據后，別說是一座山，就算是全中國有多少樹葉，遙感衛星都能輕松地在軌道上“看”出來！

方法三：腦洞方法。物理學最需要創新思維，我們不妨圈出一塊森林，關進去來一頭食量固定的長頸鹿，這種方法小編命名為“生態測量法”；如果你不著急，可以等億萬年后森林變成石油或煤礦，根據此地的石油儲量估算生物量，我們不妨稱之為“馬后炮測量法”（笑）。聰明的你還能想到什么測量方法，趕緊在評論區分享出來吧！

參考資料：

K. S. Murali, D. M. Bhat, and N. H. Ravindranath, “Biomass estimation equations for tropical deciduous and evergreen forests,” International Journal of Agricultural Resources, Governance and Ecology, vol. 4, no. 1, p. 81, 2005.

C. J. Tucker, “Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation,” Remote Sensing of Environment, vol. 8, no. 2, pp. 127–150, May 1979.

by 冰糕

Q.E.D.

Q10

為什么打哈欠的時候眼淚會流出來，看到別人打哈欠自己也想打哈欠是怎么回事？

by 匿名

答：

這是一張小貓打哈欠的圖片，你敢直視它三秒嗎？

圖片由作者拍攝

屏幕前的你有沒有打哈欠呢？小編發現，看到有人打哈欠，看到打哈欠的視頻，甚至看到其他動物打哈欠，都會誘發自己打哈欠，甚至在寫這條回答的時候，小編也在打哈欠了！這種被稱為“傳染性哈欠”的現象，其實是你大腦中的鏡像神經元在搗鬼。

這種特殊的神經細胞就像一面鏡子，當你看到別人做一個動作時，這些神經元就會被激活，讓你的大腦在潛意識里模擬這個動作。所以，看到別人打哈欠，你的大腦會自動下達指令：“我們也來做一個一樣的動作吧！”

神經科學和心理學研究表明，哈欠傳染是人類共情能力的一種體現。有研究指出，越是能感知他人情緒，同理心強的人，越容易被傳染哈欠；被親人朋友傳染哈欠的概率，也比陌生人更高。

從進化生物學的角度來看，遠古人類是群居生存的，哈欠可能是一種非語言的溝通信號。當群體中的一個人因困倦而打哈欠時，哈欠在人群中傳染開來，能夠促使整個群體的生物鐘和行為同步。

最后，為什么打哈欠時會流眼淚呢？在我們眼眶的外上方，有個叫淚腺的器官在一刻不停地分泌淚液來潤滑眼球。當我們打哈欠時，面部肌肉收縮擠壓淚腺，像擠海綿一樣將里面存儲的淚液一下子都擠出來。看到這里，屏幕前的你一共打了幾個哈欠呢~

參考資料：

Platek, S.M., Critton, S.R., Myers, T.E., et al. Contagious yawning: the role of self-awareness and mental state attribution[J]. Cognitive Brain Research, 2003, 17(2): 223-227.

by 冰糕

Q.E.D.

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本期答題團隊

冰糕、檸七、小被子、跑馬仔、ThymolBlue

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