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精彩文摘‖你猜,一朵云等于几头大象的重量?

时间:2020-03-07 23:29 浏览人数:
        本文选自《那些听过却从未搞明白的问题》,作者:[西班牙]大卫·加耶,出版:四川文艺出版社,出品:酷威文化

小时候,我觉得所有云都是熊的形状,别问我为什么。但我妹妹看见过兔子状、小孩状、火箭状,还有赛车形状的云朵。这些巨型的棉花糖在她的眼中拥有千奇百怪的形状。
相信每一个人都有凝视天空的时候,看着云卷云舒、变幻莫测。但大家眼中的云好像都不太一样,而且随着时间流逝,云也不断在变——形状改变,移动,甚至消失。这些云好像是在通过变化同我们对话,讲述着世间万物的转瞬即逝。
现在,我坐飞机时还是会被高空中的云朵震惊,波音747在这些云朵的旁边竟然显得如此娇小。
如果你也喜欢观赏云朵,那你不是一个人。伊比利亚半岛上有个叫作“伊比利亚云朵观察协会”的组织,这个组织常常举办一些国内和国际交流会议。其中有位最知名的会员——盖文·普雷特-皮尼正是《云彩收集者手册》一书的作者,同时也是云朵鉴赏大会的创始人。
他在著作中提到观察云并非如大众认为的那般无聊或无用,并且指出天空中各种云的不同类别:卷云、层云和恐怖的积雨云(也叫雷暴云,积雨云浓而厚,云体庞大如高耸的山岳。积雨云出现时常有雷暴、阵雨,甚至会伴有龙卷风)。
云到底是什么呢?实质上,云是地表大气中的水蒸气遇冷液化成的小水滴或凝华成的小冰晶(这取决于具体的温度)所混合组成的飘浮在空中的可见聚合物,一般来源于海洋表面的水在太阳光照射下形成的水蒸气。这些飘浮在空中的水滴或冰晶的体积很小,一般直径在0.2到0.3毫米之间。当温度降低时,这些小水滴会凝结变大,直径可达1毫米,这时水滴会变成雨,落在我们头顶或伞上。
这也是地球水循环的一个环节:地表水分蒸发后形成云,云又会化为雨水降落回地表,重回地表的水分又可以进入下一个蒸发成云的循环。
云还起到了很多别的作用,如均匀分散太阳光能、调节地球表面的气温等等。地表上最清澈平整的表面能够反射的光照量被称为“反照率”,如冰面、雪地及云朵(有22%的反照率)。大约三分之一的阳光会被它们反射回去,无法向地面传递能量。
但从另一方面来说,云朵也会带来温室效应——它会将地表散发的一部分红外线反射回去,但是两种作用的最终结果还是温度降低,也就是说降温的效应大于升温的效应。
云朵形成于大气气压较低的区域。热空气不断升高,并且随着抬升的过程降温,直到空气中的水分凝结成云为止。不同的高度、气温及气压条件下会产生不同类型的云。虽然云朵看上去都是凝结成一团、松松软软的模样,但实际上也是有区别的。就比如说,我还不知道孙悟空在《龙珠》里面的坐骑云是哪种云,如何能够承受一个人的重量。
如果云是由水蒸气构成的,本质就是一种气体,按理说我们应该很难看到它,因为一般气体是没有固定形态的。那为什么云看上去是非常固定、成形的模样呢?当然如果真的无法看见云朵,我们会很遗憾。
我们之所以能够看见云,是因为云并非气体,而是由小水滴和小冰晶凝结而成的。当太阳光照射时,这些小水滴和小冰晶会散射阳光,反射出白光,最终呈现出白色絮状的形态。
有时,这些云会呈现出深灰色,被称为“乌云”,是坏天气的预兆。这种现象是因为云中的水分密度很大,以至于光线无法轻易穿透,所以呈现出暗色。暴风雨来临之前的乌云直径可达20千米,颜色极深。所以,当我们碰见黑云压城时,得赶紧回家。
一朵云等于几头大象的重量呢?表面看像棉花一样的云朵好像很轻巧,我们仿佛用双手就能轻而易举地举起一片云。然而事实完全相反。
要知道云是由水滴组成的,水还挺沉的(1公升的水在正常气压条件下重为1公斤)。不信可以自行回想一下在超市买水的场景。显而易见的是,云朵的重量取决于它的体积大小,毕竟没有两朵完全一样的云,此外还取决于云朵中的悬浮物有多少。
有趣的是,我们通常认为国际质量体系会用千克来衡量云的重量,但其实国际上常用一个特定的计量单位来表示云的重量:大象。据位于美国科罗拉多州的国家大气研究中心计算,平均而言,一朵云重约100头大象(一头大象平均重量为6吨),而伴随着暴雨的大型积雨云可以重达20万头大象。幸亏雨是一点一点落下来,否则对城市和乡村而言,这些云可称得上是“水炸弹”了,一切物品都会被砸个稀巴烂。
因为云是由无数个质量很小的水滴组成的,我们大概可以算出形成一朵云所需的水滴数:假设20滴水的体积为1立方毫米,那么一片积雨云大概含有24亿滴水。24亿个小水滴凝聚在一起,悬浮在空中,重量为20万头大象。但这朵云可能长得像一头小熊。
我把“一朵云等于几头大象的重量?”这个问题发表在了各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
A:云不是水做的吗?所以1公升的云应该是1公斤重吧。
B:这可能取决于这朵云像什么动物了。
C: 6岁的罗伯特说:“如果不掉下来的话,云是很轻的,就像海绵一样。”
D: 我老公说:“你要告诉我你问的是哪朵云,然后我才能帮你算有多重啊。”

 

新书《那些听过却从未搞明白的问题》资料:
作者:【西班牙】大卫·加耶
译者:姜宁
出版:四川文艺出版社    2020年3月
出品:酷威文化
书号:978-7-5411-5599-4
定价:48.00元
开本:32
上架:大众读物 / 趣味科普

更新知识,重建常识
全球十大教师,网红科普博主告诉你
那些你本该明白,却从未搞懂的问题

【新书亮点】
★作者三大身份,全球十大教师+百万网红主播+科普作家。
        他是被教育界的诺贝尔奖——“全球教师奖”评选出来的年度十大教师之一。他是西班牙超级“网红”,百万粉丝订阅的YouTube科普频道播主。他还是《福布斯》杂志“百大创意人”,知名科普作家——大卫·加耶!
        本书探讨的问题不仅成为Twitter、Instagram等社交网站的热门话题,还掀起了新一波网络科普节目的热潮。目前版权已售至十余个国家和地区。获《卫报》、《暂停》杂志、《方法》网站等多家媒体联袂推荐!
★三大版块,科学轶事+凡人亦英雄+流行小知识。
        本书涉及40个生活中常见,大家想了解但却从未搞懂的问题。涵盖从自身到宇宙,从化学到天文学多个领域。书中还设置了3个独立的小栏目——科学轶事、凡人亦英雄、流行小知识。将历史和最新的科技发展讯息收入其中,帮助读者拓展阅读范围,了解更多有趣的来龙去脉。
★边读边看,科普小漫画+知识图解。
        专业画师绘制了30多幅科普小漫画和知识详解图。直观且有趣,让难懂的科学原理一目了然!让科学变得更好玩!
【内容简介】
        把你的房间和宇宙都搞乱的,是同一种“神秘力量”吗?人眼有几百万像素?一朵云等于几头大象的重量?把一个足球送上太空要花多少钱?热血真的能沸腾吗……
        “全球十大教师”之一、西班牙超级“网红”、科普播主——大卫・加耶,用风趣幽默、脑洞大开的方式,帮你解答40个你本该明白,却从未搞明白的问题。
        大脑、生活、宇宙、未来……生物、地理、物理、化学,书中每一个知识点都与你我息息相关,满足你了解自身的好奇心和开拓视野的求知欲,体验迅速获取新知的喜悦。
【作者简介】
        大卫·加耶(David Calle),教师、作家。曾被教育界的诺贝尔奖“全球教师奖”评为2017年度十大教师之一,还被《福布斯》杂志评为“百大创意人”之一。他的个人YouTube科普频道,截至目前粉丝已超百万。
【译者简介】
        姜宁,本名江鉴玲。毕业于北京大学外国语学院西班牙语专业,已取得西班牙语专业八级证书、西班牙语DELE考试C1证书。曾参与2018年CCTV5拉美足球专栏访谈节目的翻译工作。
【目录】
前言
1住你楼下的邻居为什么比你活得久?
2在珠穆朗玛峰之巅水的沸点是多少?
3人眼有几百万像素?
4《星球大战》里的飞船违背了哪些物理定律?
5“π”的粉丝
6给我一个支点,我将会撬起整个地球
7和一个外星人交朋友的概率有多大?
8不存在的颜色
9一朵云等于几头大象的重量?
10左撇子没那么稀罕,只是有点特别罢了
11花椰菜中隐藏的几何秘密
12如何逃离地球?
13恋爱的粒子
14机器人将来会掌控我们吗?
15关于地球的真相和谎言
16天空为什么是蓝色的?
17时间存在吗?
18为什么宇宙和你的房间一样,总是很容易变得一片混乱?
19未来我们会变成半机器人吗?
20一个沙子堆成的城堡能多高?
21怎么划分银河里的各种文明?
22无铅汽油和地球的年龄有何关系?
23为什么月球抛弃了我们?
24镜子是什么颜色的?
25儒勒·凡尔纳是预言家吗?
26把一个足球送上太空要花多少钱?
27晶体管不(只)等于收音机
28为了进行重力实验,伽利略摔坏了多少苹果?
29宇宙中哪里最冷,哪里最热?
30“意外发现”和致幻剂有什么联系?
31时空共振
32你属于理科,还是文科?
33需要几只蜘蛛才能刹住一架波音747?
34风力发电机和霹雳车之间有什么共同点?
35科学不只是男孩的事
36南北磁极倒置的话会发生什么?
37怎么在水面行走?
38地球为什么会变暖?
39未来,世界地图是怎样的?
40关于宇宙中我们不知道的一切
【精彩阅读】
是什么神秘力量,搞乱了宇宙和你的房间?
不知道你有没有发现,不管再怎么整理,房间总会很容易变得很乱:床上被子乱堆,衣服丢得到处都是,书架上的书被乱七八糟地摆在桌面上,坐垫又掉在地上了……起床时明明已经把所有的物品都整理得齐齐整整,可是不知道为什么,一到晚上房间又会变得很乱。所以,我们总是需要耗费一定的精力和时间来整理房间让所有物品归位。当然了,有的时候你可能也会偷懒,对这些置之不理,但是不论你整不整理,房间终归还是会变得很乱。
其实,房间变乱的现象和自然规律如出一辙。宇宙中,每一个独立的系统倾向于往总能量最低、混乱程度最大的状态变化。物理学家们用一个热力学量,也就是 “熵”来描述这种混乱程度。
这个热力学量不仅仅给很多科学家带来了灵感,更激发了很多艺术家、商人,大家都对“熵”具有浓厚的讨论兴趣。
宇宙中的“熵”值具有增长的特性。这个特点是热力学第二定律的内容,也称为“熵增定律”,是我们的现实生活最能直观反映出来的定律之一。
熵增变化也解释了时间是怎么运转的,在日常生活中,我们能通过各种不同的表现形式见证过去到未来的变化。和空间不同的是,时间的运转是不对称的——我们不能回到过去,我们经历的一切都只能面向未来。在时间向未来进行的同时,熵值也一直在增加——整理过后,你的房间还是会越来越乱;当你摔坏一个红酒杯,杯子会碎成若干块,散落在地毯上,并且再也无法被拼凑回原来的酒杯了。生活不能够像播放视频一样倒带,因为时间无法倒退。
熵的概念是在18世纪下半叶,即在工业革命时期德国科学家鲁道夫·克劳修斯提出来的。之后,物理学家路德维希·玻尔兹曼阐明了热力学第二定律的统计性质。那时人类刚开始研究热机,如蒸汽机、火车头等。人们发现热量总是从温度更高的物体传递给温度较低的物体。一个只有25摄氏度的物体不会传递自身的热量给一个100摄氏度的物体。震动频率更高的物体会使得震动频率较低的物体加快震动,但这个过程反过来并不能成立。
但人体是个例外,人体没有遵守热力学平衡规则。体温之所以一直保持在36摄氏度左右,是因为这是能够让身体各个器官正常运作的最佳温度。我们一直靠进食来补充自身消耗掉的能量。人类摄入各种各样的食物,并且消化掉这些食物,使其变成二氧化碳、有机物等等。也就是说,我们解构了环境中的各种成分,使其变得无序,以维持人体的秩序。人类一直在同熵增定律进行抗争。当一个人和环境保持了热力学平衡时,则意味着一个很可怕的事实:这个人已经死了。
科学逸事:
当宇宙的熵值达到无限大以至于无法再增长时,在热力学上,宇宙就已经处于死亡状态了,因为此时宇宙中的一切物体都处于热力学的平衡状态,宇宙的温度也会到达绝对零度。在这种情况下,不会再有任何能量可以用来做功,就好像天塌下来然后世间万物都崩塌了一般。但幸好,宇宙要达到这个状态至少还要10100年的时间。
除了宇宙的崩塌之外,热力学第二定律在我们的生活中还有一个更为常见的表现——我们在做功的过程中始终会消耗掉部分能量,不能实现百分百的能量转换,做功过程中总会将部分能量以热能的形式浪费掉——机器在运转时会发烫变热——而且这种变热并不是我们想要的结果,是一种对我们投入的能量的浪费。一台机器永远无法百分百地实现能量的转化。这个热力学定律解释了为何永动机是不可能存在的——永动机就是能够永远不需要外来能量的补给(不需要电池、燃料供能)、不会浪费任何能量,并能够永远运转的机器。历史上有许许多多的发明家曾想方设法地要创造出一台永动机。显然,他们无一成功。
熵增定律还可以解释事物的不可逆转性。比如说,如果你把一包白糖倒进水中,然后用搅拌棒把糖搅拌开来,糖会融化到水中。这个时候,如果你换相反方向来搅拌,糖还是会融化在水里,而不会恢复成原来的固态。为什么会这样呢?这是因为在搅拌的过程中,糖的熵值增加了,糖分子摆脱了固态时的有序状态,和水分子混合在一起,排列得更加混乱无序了。这符合熵增定律,所以是一个不可逆转的过程。那些不会和外界环境进行热量交换的过程(绝热过程)只有在其熵值不变的情况下能够实现逆转。然而,如果我们发现某个事物的运行过程会降低其熵值,那意味着其周围环境的熵增加了,而且总熵值肯定也是增加的。所以,当我们工作时,我们或许确实可以降低某物的熵,如整理我们的房间。但是,这个过程是一定会消耗许多能量的,毕竟大家心知肚明,收拾房间有多累。
《辛普森一家》有一集,荷马对他老婆发出呐喊:“丽萨,这个家里遵守的可是热力学定律啊!”
我把“为什么宇宙和你的房间一样,总是很容易变得一片混乱?”这个问题发表在了各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
A: 因为熵增定律。如果你有一个强迫症的妈妈,那再好不过了。
B: 这不叫乱,这是行为艺术。
C: 宇宙的混乱是我儿子搞的?胡安,你给我等着,我这就来收拾你! 
水的沸点在珠穆朗玛峰之巅,是多少度?
从小我们就知道,水在温度达到100摄氏度时就会沸腾。我们就可以煮面条或者煮汤了。但是,这个说法其实并不完全正确。毕竟,在科学领域任何一句话都是相对的概念。所以说,水的沸点也是由很多条件共同决定的。
首先,我们要搞清楚的是:液体怎么才会沸腾?一种液体,比如说水,是由很多个分子构成的,若这些分子处在一种比较松散的状态,相互之间的作用力就比固态时小——水的固态就是冰,冰的分子间作用力大于水的分子间作用力——那就会以液体的形式存在。我们平时说的“温度”实质上形容的是组成物质的分子振动频率:一个物体的温度越高,组成它的分子振动频率越高(当分子不再运动的时候,这个物体将会是目前所知的最低温度,即“绝对零度”——零下273摄氏度,也等于0开氏度。虽然热力学原理和量子物理学有研究表明物体不可能达到这种温度)。
因此,当某个物体沸腾时,也就是从液态变为气态时,这些分子的振动频率已经达到一定程度,能让它们摆脱液态时分子之间彼此的相互作用力,然后变得更加松散,融入组成空气的分子之中,形成气体。就这样,水分子不再处于液态时的相互牵制状态,进入到自由游走的气态,各个分子都努力地想要占据更多的空间。事实上,这个现象包含了很多隐藏的条件,比如,我们所说的水在100摄氏度沸腾,指的是纯水和蒸馏水——没有任何杂质溶于其中的水。然而,我们平时喝的水都含有各种各样的杂质,你可以随便从商店里挑一瓶矿泉水出来,看看上面的成分表,上面都写着:钙、镁、钠、铁、碳酸化合物、硫酸化合物……
举个例子,我们厨房中用的盐其实就是氯化钠,当我们往水里加入足量的氯化钠时,这杯水的沸点就会升高。也就是说,这个时候要烧开水需要达到比100摄氏度更高的温度。把1升水的沸点提高1摄氏度需要往里面加大约58克的盐。同样地,这样也能降低水的凝固点——在这个时候,水在低于0摄氏度的时候才会结冰。这是因为组成氯化钠的离子融入水分子之中,让水分子很难凝固成冰。这就是为什么在寒冷的冬天,我们通常会往公路上撒盐,就是为了避免水结冰引发的交通事故。
另外,我们平时说水在100摄氏度会沸腾,是通常默认压强条件是海平面高度上的气压大小。要记住:我们通常都会承受一定的压力(当然了,我指的不是社交软件里聊到的工作压力),所有人都承受着空气重量带来的压力,也就是大气压力。同时,这个气压也会影响水的沸点——大气压越低,液体的沸点就越低。这是为何呢?因为液体中的分子在比较低的气压条件下,会更容易挣脱彼此之间的相互作用力,变成气态。低气压不会带给液体分子那么大的“束缚”。
科学逸事:
珠峰的海拔为8848米,通过计算,我们可以得出在珠峰顶上水的沸点是86摄氏度。在海拔11000米处,水的沸点是71摄氏度。那么,在海拔19000米处(等于奥地利人菲利克斯·鲍姆加特纳那惊世一跳的一半高度),即所谓的“阿姆斯特朗界线”(依照地理位置与大气环境的差异,通常位于18900~19350米的高空),又会是什么样的情况呢?在这个高度上,大气压强是海平面气压的十六分之一,此时水的沸点等于人的体温——36摄氏度。
凡人亦英雄:
2012年10月14日,YouTube全球直播镜头中,在没有借助任何外在机器支撑的条件下,菲利克斯·鲍姆加特纳成为世界上首位成功完成超音速自由落体的跳伞运动员。在经历多次失败后,他终于做到了从距地面高度约3.9万米、悬挂在氦气球上的太空舱上跳下(这个氦气球由高韧性的塑料制成,厚度仅为0.02毫米)。他在40秒内达到373米/秒(1.343千米/小时)的速度,最后成功着陆。这个过程中,有几秒内他甚至处于间歇性失忆的状态。截至目前,高空自由落体世界纪录的保持者是阿兰·尤斯塔斯在2014年完成的——高度为41150米!
那么,假设菲利克斯的特制宇航服在这个高度上破损,会发生什么事呢?会自燃吗?不会。会爆炸吗?也不会(虽然在电影中有无数个这样的镜头)。实际情况会是:他的宇航服变为灰烬和粉末,喉腔黏膜等器官中的水分和眼泪都会沸腾,因此身体会变得干枯——但是不会燃烧起来,因为36摄氏度是身体能够接受的温度。也就是说,在此假设下,他最后会因为缺氧窒息而死。
科学逸事:
血液会沸腾吗?答案是否定的,因为人体的血压比外界气压高70~120毫米汞柱(是的,就是你熟悉的那个体检项目——测血压)。海平面的压强为760毫米汞柱,在这个高度可以算出我们的血压位于830~880毫米汞柱之间。在这个压强之下,血液的沸点为47摄氏度。而在血液沸腾之前,我们就会因为被烤焦而死掉。
我把“水的沸点在珠穆朗玛峰之巅是多少?”这个问题发表在各大社交网站上。
这里有一些充满智慧的评论:
A: 你说在微波炉里还是在锅里?
B: 不会沸腾。当你真的爬到珠峰山巅的时候,水早就被你喝光了。
C: 在珠穆朗玛峰山顶的水是不会沸腾的,很简单,因为没有哪个正常人会想要爬到世界最高的山峰上去烧水!
【千墨艺术网发,2020年3月7日】