手机电量会影响辐射强度吗？| No.249
一提到手机电脑之类的电器
家长们总要提醒我们防辐射
那手机的辐射会对我们造成伤害吗？
手机的辐射大小又和什么有关？
电量越低辐射会越小吗？
想知道这些不要错过今天的内容
（文末有福利放送哦）
Q1
为什么手指甲比脚趾甲长得快？
by 匿名
答：一般情况下指甲的生长速度是脚趾甲的2到3倍，研究给出的典型数据是指甲生长是 3.47毫米/月，脚趾甲是1.62毫米/月。
关于手指甲比脚趾甲生长更快有两大主要理论：一是和循环系统有关，由于脚趾处的血流量比手指处小，供氧和营养物质不及指甲，因而脚趾甲生长更慢，支撑这一理论的是指甲生长率的季节性变化，即冬季由于血管收缩导致生长率放缓。二是相比于常年被鞋袜包裹的脚趾甲，手指甲会由于敲击键盘、按门铃等日常动作有微小的创伤，这些创伤会刺激营养物质往生长手指甲相关组织处运输。上述两个理论都是支持导致生长速度差异是由于营养物质的供应差别引起的，因为指甲和趾甲的主要成分是角蛋白，营养物质的供应对其合成影响很大。
参考资料：
by yrlewis
Q.E.R.
Q2
手机辐射跟电量多少有关吗？
by 匿名
答：当然没有关系。
手机辐射主要来自手机利用电磁波与外界发生信息传递的过程中，也就是Wi-Fi上网、移动网络上网以及接打电话等过程，这些过程是通过天线等器件来完成的。手机中的器件（其实也是几乎所有电器，不能把话说死，免得打脸）都是有额定功率的，其工作电压、工作电流等并不会因为电量多少而发生明显变化。只要其工作状态不变，那手机信号或辐射强度自然也不变。
只要正常入网，符合国家相关标准的手机正常工作时，产生的辐射都是不会对人体造成损伤的。
国内适用于手机的电磁辐射限值标准为GB 21288-2007 《移动电话电磁辐射局部暴露限值》,适用频率范围30 MHz～6 GHz。现在手机的Wi-Fi与4G信号工作频率均在6 GHz以下，只有部分5G手机工作频率超过6 GHz。该标准已由中国信息通信研究院、中国计量科学研究院牵头起草完成修订稿，适用频率扩展到300 GHz，整体上与国际最新电磁辐射限值标准保持一致。因此只要正常生产的符合国家标准的手机，其辐射都是对人体无害的。
参考资料：移动电话电磁辐射局部暴露限值
by 霜白
Q.E.R.
Q3
久坐或蹲起后髋关节和踝关节咔咔地响，好像叫关节弹响，到底是什么让它发声呢？by 守兽
答：问题中描述的现象属于生理性关节弹响，弹响声来源于关节腔。回忆初中生物课，关节主要由关节面、关节囊和关节腔组成。关节面是相邻骨头的接触面，上面覆盖了一层关节软骨。连接相邻骨头的结缔组织被称为关节囊。关节囊的滑膜层和关节软骨共同围成的密闭腔隙就是关节腔。腔内有少量滑液，可以对骨头之间的相互运动起到润滑的作用，也是生理性关节弹响发生的地方。
当我们久坐后蹲起，膝关节受到拉伸，密闭关节腔的体积突然增加，腔内压强降低，滑液中溶解的气体释放到关节腔的过程中形成气泡，气泡崩塌时会产生很高的冲击压力，从而发出弹响声，属于正常的生理现象。
参考资料：Structures of a Synovial Joint
by 观山不易
Q.E.R.
Q4
为什么无序的微观粒子能形成有序的宏观世界？
by 闪电侠
答：因为热运动不够强，粒子的无序运动还不够彻底压倒粒子间的相互作用。
气体总是混乱的，但是固体液体并不是如此。所有的微观粒子虽然都在做热运动，但是对于固体液体来说，粒子还是被束缚的，这是因为微观粒子间的相互吸引相对于自身的动能来说足够强，让粒子们相互之间不能像气体那样分崩离析。如此一来，这些微观粒子就会挤在一起。
尽管聚在一起，但是这些微观粒子依然在乱动。事实上，我们的世界就是一团浆糊，只不过还没搅匀。我们肉眼看到的，双手触摸到的，感受到的都是一群粒子聚在一起所形成的凝聚体的性质，而不是这些微观粒子的性质。那么为什么这些粒子聚在一起就会形成特定的物理性质呢？这是因为粒子间有特定的相互作用，从粒子间相互作用得到凝聚体的性质，是凝聚态物理的核心问题。
by Luna
Q.E.R.
Q5
人是由细胞组成的，如果令所有细胞都能分裂，那人是不是就可以长生不老了？by 匿名
答：所有细胞都能分裂并不等于长生不老。
人的衰老是个复杂过程，具体机理目前依然缺乏清晰可靠的解释，衰老的表现也是极为广泛。简单的让所有细胞都可以分裂，只会在衰老的过程中，收获更多的衰老细胞；或者更为极端一点，所有细胞不受控制地分裂，便成为了癌细胞的集合体。
事实上，人体本身就存在着细胞更新的过程，广泛分布的干细胞、祖细胞以及前体细胞，通过分裂和分化更新组织细胞，让机体得以维持正常的生命活动（皮肤和消化道上皮不断更新，血细胞更新），并在受到损伤后恢复（伤口愈合）。遗憾的是，神经细胞并不会自我更新，神经系统干细胞的存在，更多的是维持胶质细胞的更新，所以外伤或脑卒中带来的神经损害往往是终身的。
机体放弃大多数细胞的分裂能力，是一个非常明智的决策。放弃分裂可以让细胞高度分化以更好地承担生理功能（哺乳动物红细胞为了更为高效的运输氧气，直接放弃了细胞核）；大多数细胞不分裂也降低了维持正确分裂需要的能量（细胞分裂的过程有非常多的机制，来检测细胞分裂是否正常，以期在错误发生后及时修复或者直接走向凋亡。例如转录因子p53，一个极为关键的分裂过程检测蛋白，其异常与大量癌症相关）；此外，多数细胞分裂能力的降低或丧失，也意味着成体细胞癌变的概率大幅下降。
当然如果所有细胞都可以分裂，并且每一次分裂都无比正确和节能，还完美的符合需求。那大多数组织和器官都会摆脱衰老的困扰，至少长寿绝不会是问题。但只会有一个新的问题：神经系统发挥功能是依赖已有神经细胞通过突触构建稳定的神经元网络，神经细胞的不断分裂更新，意味着神经网络的不稳定。因此，你的记忆不再稳定，思维和情绪也会发生变化，甚至人格都会异变。
by 某大型裸猿
Q.E.R.
Q6
芯片晶体管有极限嘛？极限是多少？
by 洛羽
答：极限当然是有的，毕竟晶体管再小也不能比原子直径小吧
不开玩笑，由于短沟道效应的存在，晶体管的尺寸已经逼近极限，但极限在哪也不太好说，商用芯片的制程必须要考虑成本。另一方面，对于先进制程的半导体芯片，晶体管密度更能体现其性能，至于所谓的工艺制程数字，3nm也好，5nm也罢，并不代表晶体管的具体参数，你可以理解它就是一个名称。
我们的芯片是由MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），即金属氧化物半导体场效应管构成。场效应晶体管主要由源极（source）、漏极（drain）和栅极（gate）构成，漏极与源极之间存在PN结，在零偏压下，电流可以通过源极与漏极之间的导电沟道，而在栅极加反偏压，则可以夹断沟道，使电流为零。
场效应管原理 | 图源网络 随着芯片工艺的进步，场效应管的体积变小，栅极长度变短，沟道长度变短，便会出现短沟道效应，栅极便不能很好地控制漏极电流。正是短沟道效应限制了晶体管尺寸。
为了进一步提高晶体管密度，减小晶体管尺寸，英特尔在22nm工艺节点引入鳍式场效应管技术（Fin FET）。如图所示（图中数据并非22nm工艺数据）：
英特尔10nm工艺晶体管尺寸，大致相当于台积电7nm水平 | 图源：Wikichip 图中绿色部分为栅极，橙色部分为鳍（fin），以栅极为界，鳍的两端分别为源极与漏极，通过源极与漏极的电流由栅极控制。图中Lg为栅极长度，Wg为栅极宽度，Wfin为鳍宽，Hfin为鳍高。两个栅极中心的间距为CPP（Contacted Gate Pitch，上图未给出，英特尔10nm工艺CPP为54nm）。可以看到，唯一与10nm有点关系的也就鳍宽了。
通过增加鳍高（提高鳍与栅极的接触面积以减少栅极长度），减小鳍宽（以缩短鳍与鳍的间距）可以降低晶体管尺寸，提升晶体管密度。而共用dummy gate以及Contact Over Active Gate等技术也可以提高晶体管密度。
英特尔三代工艺的对比 | 图源网络 在Fin FET的基础上，又发展了GAA FET技术，即将鳍做成纳米线或纳米片，让栅极整个包围鳍以提升鳍与栅极的接触面积，从而进一步降低晶体管尺寸，但尺寸降低有限，而且成本不菲。
以上文提到的CPP与Lg为例，台积电预计将在3nm工艺将Lg降到13nm，三星则将在3nm工艺将CPP降到40nm。这已经十分接近物理尺寸极限。
事实上，晶体管密度更能反应芯片性能的提升，下图为各代工厂相关工艺节点的晶体管密度，单位为百万晶体管/平方毫米。
各代工厂工艺节点晶体管密度 | 图源：Wikichip 参考资料：
by 霜白
Q.E.R.
Q7
金属冶炼时，金属要熔化，那么当我们冶炼熔点最高的金属钨或要将其铸造时，不论拿什么金属盛装都会熔化，请问怎么办呢？by 匿名
答：大家可能一提到冶炼就想到高炉炼铁，一提到铸造就想到红彤彤的铁水，久而久之，就形成了冶炼需要把矿石熔化，铸造需要把金属熔化的思维定势。实际上，并不是所有的冶炼和铸造都需要在熔融状态下进行。
那么，钨的熔点这么高，它是怎么冶炼和铸造的呢？且听小编细细道来。钨矿开采后，会经过一系列的提纯，最终得到黄色氧化钨（黄钨，WO3）或者蓝色氧化钨（蓝钨，WO2.9），那么怎么由钨的氧化物得到单质钨呢？工业上用的是氢还原法，并且主要是将蓝钨作为原料。因为随着温度的升高，还原速度迅速增加，所以首先在管状炉中将蓝钨加热到高温，然后通入氢气，通过氢气将蓝钨还原成钨粉，这样就得到单质钨了。使用氢还原法并不需要将蓝钨加热到金属钨的熔点，温度过高反而会使得生成的钨粉颗粒粗大，不利于进一步加工。
而用钨粉生产钨条，工业上常采用的是粉末冶金法。具体做法是将金属粉末（钨粉和成型剂）压制成型，成为具有一定尺寸的压坯，然后在金属钨的熔点以下的温度进行预烧结和高温烧结，使其成为致密钨。在高温烧结这一步，坯条内部的原子在高温下发生急剧的流动，强烈地发生颗粒变形、烧结以及塑性流动和再结晶过程，从而使坯条由机械啮合强化为致密的金属晶体。
参考文献：张训鹏. 冶金工程概论[M]. 中南工业大学出版社, 1998.
by 重光
Q.E.R.
Q8
月亮被小小的地球潮汐锁定了，而水星为什么没有被太阳潮汐锁定？
by 匿名
答：假设两颗天体和互相绕转，其中的质量非常大，离质心很近，以至于可以看做不动，天体则围绕做半径为 的圆周运动，则在的参考系中，引力和离心力的合力会将沿着连线的方向拉长，这一合力就被称为引潮力。由于引潮力的存在，在靠近和远离的表面会形成隆起，也就是潮汐，隆起被牵引着在的表面移动，使得的自转周期和互相绕转的周期趋向于一致，这种效应就被称为潮汐锁定，下面我们建立一个简单的模型估算潮汐锁定需要的时间。（查看推导结果请快速下滑）
记的质量为，的质量为，当时，在的平动非惯性参考系，一个质量微元的引力势能和离心势能之和近似为：
假设在引潮力的作用下从一个半径为的匀质球体拉长成一个离心率为的匀质椭球体，过程中保持体积不变并且，可以计算出自身的引力势能近似为：
考虑后，的总势能为：
势能最小时对应的离心率满足：
隆起相对旋转一周，系统的能量消耗量可以估计为
从而，其中为的自转角频率。
在潮汐锁定的过程中，所构成的系统角动量守恒，因此由此可以列出：
结合
可以得到：
将水星和月球的角速度变化率做比可以得到：
也就是说，某一星球在引潮力作用下角速度的减少率反比于其密度，反比于其轨道周期的四次方，月球的密度大约为，而水星的密度大约为，尽管太阳的质量比地球大得多，但水星离太阳的距离比月球离地球的距离也远得多，这导致水星绕日的公转周期为88天，而月球绕地的公转周期仅为27天。
利用以上数据计算得出，引潮力作用下水星的角速度变化率仅为月球的，这就是为什么月球在人类有文字记录以来就已经达到潮汐锁定，而水星的自转和公转周期至今还并未达到完全匹配。事实上，如今水星的自转周期约为59天，利用前面得到的角加速度公式可以估算出，水星将在大约100万年后达到潮汐锁定，相比于太阳系漫长的历史而言可以说是指日可待了。
注[1]：有关匀质椭球体的引力势能计算，参见朗道《场论》第十章有关牛顿引力势的讨论。
注[2]：之后的估算中，认为星球公转的动能远大于自转动能，以至于轨道半径基本不变。
by 乐在心中
Q.E.R.
福利时间
如果你能去太空旅行，你最想去做什么？为什么？
by 问答小编
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当然，关于这个问题，我们也想知道属于大家自己独特的答案，请大家严格按照 互动：你的答案 格式在评论区留言，截止到本周日中午12点，参与互动且格式正确的留言中，点赞数第一、三、九名的朋友将获得我们送出的图书一套。
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