Monthly Archives: 四月 2010

上周末，按惯例是学校举办Bug Bowl的时间。实验室摆满坛坛罐罐，里面是不同的虫子。其实并没有什么稀有品种，但能亲眼看看活物，孩子们还是很好奇。   不仅看，还有的摸。 我口味重，把玩一只狼蛛 后来才知道，我拿的那只是公的，温顺可人。下面这只母的十分凶悍狠毒，绝对不许摸。 蜂蜜试吃。不同的花蜜味道果然区别很大，以我的口味，红莓蜜最好吃。   吃过了，再顺便听听养蜂知识介绍。 除了虫子，还有大牲畜，猪牛羊。下面的小朋友正在认真学习挤奶。 下面的小朋友正在认真学习按摩。 为什么虫子展里摆着一辆太阳能电池赛车，我也不知道。不过既然前面全是生物学科的照片，以一张偏电子工程学科的照片结尾也不错。

和小学同学几乎完全断了联系，能记得名字的也不多。有个同学，叫候玉峰，我给他起了个外号叫“猴儿要疯”。我对起外号乐此不疲这件事儿有机会以后再说，先说候玉峰。他是转学来的。其实我也是转学生，一年级转到重庆道小学，现在划归二十中学，成了二十中附小。我不记得候玉峰老家在哪，只记得他跟着叔叔来到天津，学习不太好。有一个学期老师安排我俩坐同桌，意思是希望我帮帮他，结果没什么用。 我还有个同学叫边锋，他哥哥也在我们学校，比我们高两个年级，大家就都不太敢惹他了。他却手欠，有时候欺负到候玉峰头上，候也不跟他计较，这体现了候厚道的一面。有时候给惹急了，就扯着粗嗓门针锋相对，边锋也只能悻悻的走掉。毕竟边锋身材略小，真动起手来，只会吃亏。 双峰是截然不同的两种人。候老实巴交，有蔫主意，爱说话，一站起来回答问题就磕磕巴巴。他还不太讲卫生，衣服不常换。而边却心眼多，会在老师面前表现，注重仪表，当时流行的牛仔服有好几套，穿上显得挺帅，还爱唱费翔的歌儿，跳霹雳舞，到了冬天，带一双露手指的皮手套，发型打扮全照着香港录像学。 我12岁以前除了学习，似乎只干过三件事，动漫，西游记和街机。变形金刚就是我最喜欢的动画片，当时电视台放了十几集就停播了，因为有很多家长给电视台写信，说这个动画片影响孩子学习。没动画片看了，我们就买变形金刚的漫画书，大16开，大家换着看。16开太大，不适合上课偷看，很多书被老师没收了，相比而言，32开的圣斗士就很适合偷看。除了买书，还买玩具，当时是去古文化街的小店去买，10块钱一个小点的变形金刚，比如声波，机器狗，大黄蜂之类的。大一点的就要30到50，比如擎天柱，红蜘蛛之类的。当然，那时候也有山寨货，我们区分正品的方式是看有没有热感贴纸。当时觉得那个贴纸太神奇了，本来是黒黒的一张，用手指搓上半分钟就出现图案了，通常是博派或者狂派的标志。更贵的是组合金刚，比如大力神或者机器恐龙，凑齐一套的价格几乎等于半台电视机。所以，玩具大家也换着玩，互通有无。拿着变形金刚的玩具，还是很有幸福感的，每一个细节都看，机器人的胳膊腿怎么拧才能变出一辆车来，空间想象力就是那时候培养的。 候玉峰没有漫画书和玩具跟我们交换。他倒是也有变形金刚，是自己做的。他用纸做出来平面的汽车人和霸天虎，用手捏着拿起来是一个机器人，有胳膊有腿，把胳膊腿叠进去，把车轮或者翅膀和飞机头折出来就是一辆车或者战斗机。有时候他一本书里夹着一个战斗机群或者一个汽车人纵队。后来他又尝试用硬一点的纸板做立体的机器人，头、胳膊、身子、腿全是由长方体构成，虽然粗糙，但也能伸缩，完成变形的任务。 前两天看见网上有人用肯德基包装做出来的折纸变形金刚（下图），我在叹服之余顺便想起了小学同学。

有一次去酒吧，两杯印度爱尔啤酒下肚之后，开始跑尿。这里的厕所没什么特别，灯光昏暗，墙壁斑驳，小便器里面铺满冰块儿，墙上写的全是留言。吸引我眼球的是门上贴的一张尿液颜色比色卡，长方形色块平行排列，下方一一标明对应的生理情况。比如，在浅黄色块旁边写着“正常”。在暗黄色块的旁边，写着“身体缺水，急需补充啤酒”。在深棕色的色块旁边写着“最好立刻去医院！不过且慢，既然天色已晚，医生都下班了，索性再来两杯吧”。 我在小便时还真顺势低头看了一下自己的尿液，可惜灯光昏暗，实在区分不出到底是浅黄还是茶色，而且后面还有几个人提着裤子排队等位置，也不容我再深究。我喝完酒回家，半醉半醒之间却还惦记着那张色卡，于是晕晕乎乎的上网下载，打印后歪歪斜斜贴到卫生间墙上，然后回到卧室倒头睡下。 尿黄素，一种人体新陈代谢的产物，是尿液显黄色的主要原因。曾经，十七世纪的炼金术士们认为尿液的黄色来自于黄金，把人体当成了流动金矿。经过百般努力，有一个叫Hennig Brand的德国炼金师在玩弄尿液蒸馏后留下的残渣时，“哗”的一声，火光闪烁，把他吓了一跳——这是人类历史上第一次分离提纯出白磷。尿液中的磷酸盐通过蒸发纯化以及还原得到白磷，这是Hennig得以成功的全部秘密。因为黄金的化学性质极其稳定，即便有大户人家一日三餐拿大饼卷金条当主食，胃酸也不足以将黄金转化为化合物。黄金没有机会进入循环系统，自然不会出现在尿液中。炼金师还不如转移目标，把实验对象改为大便，成功的机会或许更大一点。 通过现代的化验手段，我们知道尿液中含有大量（95%）的水，2.5%的尿素，剩下的是一些杂质，比如尿黄素，荷尔蒙，葡萄糖等等。值得注意的是，健康人的尿里并没有细菌。所以，在野外缺水的情况下，喝尿是一个不错的选择，既补充了水分，也不会造成胃肠感染。不过，有些大肆鼓吹“喝尿疗法”的人，号称“晨尿有利健康，日饮一杯，强身健体”，则实在没有道理。不过我觉得也没必要刻意花精力去反驳这些人，毕竟在节约用水这方面，他们还是有点贡献的。 如果身体某些器官出了毛病，导致尿液成分发生改变，颜色往往会跟着变化。比如上文提到的深棕色尿液，就有可能是胆囊，或者是肝脏出了问题。所以站着小便有个好处，可以让人及时发现尿色异常，尽早就诊，治疗的成功率更高。 从酒吧回来的第二天早上，夜长尿多，我被憋醒之后脑子里第一个念头就是，快去看看自己的尿色，跟比色卡对照一下！于是，我揉揉眼拐进卫生间，尿到一半，却发现颜色怎么也对不上，仔细一看才明白，原来我家的打印机是黑白的。 —————————————- 最后附送一张我自己画的比色卡，能看懂的可以去反省一下了。

我每天生活在阳光下，阳光下又没有什么新鲜事，所以我的生活也循规蹈矩，平庸得像一块方糖。可是作为一个智力、体力正常的男人，我也偶有冲动的想法。前两天，我决定坐下小便。这个想法来得自然，就像吃腻了鲑鱼，想换个口味试试三文鱼，没有什么意义，同时，也顺便用这个方式庆祝一下三八妇女节。 刚褪掉裤子坐下，我就发现了一个好处：即便不控制角度，小便也不会漏到容器外面——如同给烧热的油锅加了盖子。说起来，男人是天生的弹道学学者，至少是个每天的实践者，熟练的高手或许可以站在三尺开外，尿进一个铜钱的方孔里。简单的经典力学知识给了我们自信，通过控制出射速度和角度，液滴在空中划过一条美丽的弧线（可以用抛物线方程较为精确的表达），这道弧线架起了一道连接膀胱和马桶之间的友谊之桥，昭示着人与自然之间不朽的传说——大概没有其他动物可以像人那样，不仅可以不带任何生殖目标的去享受性的欢愉，而且可以不带任何学术偏见的去享受小便的乐趣。 上文中“速度”和“角度”这类参数在物理学术语里被称作“初始条件”，男人通过控制肌肉调节这它们，后面的事情用一组简单的运动学方程便可以计算求解，无需再多操心，这就是经典力学的处理方式。牛顿曾经以为经典力学就是这个世界的全部奥秘，所以才有寻找“第一推动”的念头。最后找到上帝那里，借他老人家一臂之力帝给了宇宙一个初始条件，然后宇宙就按照经典力学循规蹈矩的运行，平庸得像一杯糖水。现在我们知道了，这种机械论靠不住，命运不应该，也不能够像一泡被泼出去的尿那样简单——脱离母体之后便无法自已。幸好20世纪初期，物理学家建立了量子力学体系，给世界保留了偶尔冲动一下的权利。 言归正传，继续来谈弹道问题。以一个男人的经验，控制尿液轨迹在小便中期其实不是太大问题，因为流量-流速在此时基本保持着稳定，只需用手指进行微调，出不了太大偏差。如果喜欢唱歌，此时便可开腔，一心二用了。然而，在小便初期和末期，因为流量-流速大幅变化带来的轨迹改变，往往给我们，特别是给清洁工们，带来不少麻烦。解决这个问题的一个办法是加大目标面积，因为不是每个人都是神射手，如果只把小便器做成十环那么小，绝大多数人都得脱靶。另一个办法是减小射程，道理和猎人偷偷接近猎物一样，虽然目标大小没变，可离得越近，越容易射中，这就是为什么即便最厉害的狙击手都有可能错失目标，而吞枪自杀的人往往总能够一次命中。通过坐姿，我们可以大大缩短自己和马桶之间的距离，完全消除卫生间地板出现尿渍的几率，特别是凌晨起夜，睡眼朦胧头脑昏沉的时候，这招最为灵光。

柴静前两天写了个博客，《而我却今天才知道他的存在》，写的是叶企孙先生。文章是作者一贯的风格，而我也如往常一样读后唏嘘不已，意犹未尽之后继续看留言，却让我青筋直冒。有个人居然说：“你今天才知道叶先生，说明你很孤陋寡闻”。一个人靠不靠谱，并不在于知道很多东西，而在于保持探索未知事物的兴趣和能力。再说了，你要是什么都知道，还真得小心点，不信的话看看Google。 叶企孙在哈佛大学读研究生时主要参与了两个项目。一个是用X射线测定普朗克常数，论文《A re-measurement of the Radiation constant, h, by means of X-Rays（用X射线法重新测量普朗克常数）》发表于1921年的PNAS（美国科学院院报）上；另一个是测量流体静压力对铁磁材料磁化率的影响，论文稿完成于1923年，他把稿件交给导师布里奇曼后就回国了，布里奇曼为了确认几处文字上的改动，辗转很久才联系上他，一耽误就是两年，最终文章发表于1925年。其实，后一项工作才是叶企孙在导师指导下独立完成的——高压物理也是他导师的本行。而前一个工作他只是参与完成，算是研究生初期的小试身手。 测定h值的工作由三人完成，发表时的排名次序为，William Duane，H.  Palmer和叶企孙。第一作者，也是项目发起者，William Duane，是哈佛教授——因为致力于把X射线应用于癌症治疗，成为美国历史上第一个生物物理学（bio-physics）教授。早在1917年，Duane就曾经和F. Blake用类似方法测量定过h值，测量结果发表在当年的Phys. Rev. (物理通讯)上。1921年的实验其实是在原实验基础上进行的改良，目的是为了提高精度。下面来说说这个实验是怎么回事儿。 物理学的主要任务之一就是拉关系。比如爱因斯坦发现能量和质量是有关系的，它们之间成正比，而且比值刚好是光速的平方，写出来就成了E=mc2，物理学中大众最为熟悉的一个公式。 普朗克发现，电磁波可以被看成一个一个携带能量的波包。他把这样的波包称作光子。光子的能量和光波频率之间也有关系，它们成正比，比值恰好是一个常数，写成公式就是E=hv。其中，E代表能量，希腊字母v代表频率，h则被后人命名为“普朗克常数”。这个公式被称作“普朗克关系”，是量子论的基石之一。 延伸一下，觉得困难的话可以跳过本段。普朗克常数h的单位是【牛顿X米X秒】，如果我们按照乘法交换律自由组合一下，把力和距离先乘在一起作为能量，再和时间相乘即可得到h；或者把力和时间先乘在一起作为动量，再和距离相乘也可以得到h。这不仅仅是数学游戏，其背后的物理内涵由海森堡的不确定性原理所揭示。不确定性原理说，有些物理量永远无法被同时精确的测量。就像两只同时瞎嚷嚷的喇叭，不管你怎么努力，始终无法同时听清它们的是什么。能量和时间就是这样一对儿冤家，如果把这两个量的不确定度相乘，会发现这个值的最小极限恰好是h。当然，不用我说你也知道，动量和距离则是另一对儿冤家。 普朗克常数非常的小，按照国际单位制（米-秒-千克），它的量级是10的负34次方。在我看来，最恐怖的世界末日场景不是火山喷发，天崩地裂，行星撞击，海啸滔天。而是某天突然醒来，发现普朗克常数变大了10的34次方倍。走在马路上，只能看到一团团模模糊糊的云状物朝着某个大致的方向曲折前行。而动物园里的犀牛可以随时穿墙而出，吓人一跳。此时，唯一开心得起来的就是物理学家，他们终于在自己身上发现了宏观量子效应，正要找香槟庆祝，却发现所有酒瓶既是塞住的，也是开启的。 如上文所说，对光子而言，频率和普朗克常数的乘积是能量。对电磁波而言，波长和频率的乘积是光速。所以得出一个结论：波长越短的光子，能量越高。这一点，女士们的体会更深，防晒霜的广告都注明“有效防止紫外线”，而从来不提红外线，就是因为紫外线波长更短，所以能量更高，容易灼伤皮肤。而紫外线波长更短这个事实，通过观察彩虹就可以发现，因为彩虹的最内圈永远是紫色，而外圈是红色。 X射线和可见光一样都是电磁波，只不过分属于两个不同的波段。X射线波长在10到0.1纳米左右（见上图）。产生X射线装置的结构很简单，在真空管内一端插入电极，另一端放置一块金属靶，在两端加上高电压，于是，电极中的电子脱离束缚，被高压形成的电场加速，从一端跑到另一端，然后一头撞上金属靶。碰撞发生时，高速运动的电子受到靶金属原子核的阻力，骤然减速，损失的动能便以X射线的形式辐射出来。 写到这里，用X射线测h值的原理就很容易说通了：通过真空管两端的电压值，可以知道电子撞击金属靶时的动能，也等于知道了X射线光子的能量；再测量辐射出的X射线的波长，可以算出光子频率；最后依据普朗克关系，用能量除以频率，就能到了h值。环环相扣，如同侦探小说。 说起来简单，做着麻烦。Duane，Palmer和叶企孙要在真空管两端稳定保持2万4千伏左右的超高电压，又要在另一端寻找X射线0.1纳米左右的超短波长，这在1921年都是非常尖端的技术。最后，他们得到了当时最精确的普朗克常数值——精确到小数点后第2位。 随着科技的发展，今天我们所用的h值已经精确到小数点后8位了。假如真有一天我们发现了外星文明，如何判断哪一种文明更加先进呢？很简单，比一比谁测出的物理常数位数更多就知道了。