手機電量會影響輻射強度嗎？｜No.249
一提到手機電腦之類的電器
家長們總要提醒我們防輻射
那手機的輻射會對我們造成傷害嗎？
手機的輻射大小又和什麼有關？
電量越低輻射會越小嗎？
想知道這些不要錯過今天的內容
（文末有福利放送哦）
Q1
為什麼手指甲比腳趾甲長得快？
by 匿名
答：
一般情況下指甲的生長速度是腳趾甲的2到3倍，研究給出的典型資料是指甲生長是 3。47毫米/月，腳趾甲是1。62毫米/月。
關於手指甲比腳趾甲生長更快有兩大主要理論：一是和迴圈系統有關，由於腳趾處的血流量比手指處小，供氧和營養物質不及指甲，因而腳趾甲生長更慢，支撐這一理論的是指甲生長率的季節性變化，即冬季由於血管收縮導致生長率放緩。二是相比於常年被鞋襪包裹的腳趾甲，手指甲會由於敲擊鍵盤、按門鈴等日常動作有微小的創傷，這些創傷會刺激營養物質往生長手指甲相關組織處運輸。上述兩個理論都是支援導致生長速度差異是由於營養物質的供應差別引起的，因為指甲和趾甲的主要成分是角蛋白，營養物質的供應對其合成影響很大。
參考資料：
why do fingernails grow faster than toenails
why do toenails grow more slowly than fingernails
by yrlewis
Q。E。R。
Q2
手機輻射跟電量多少有關嗎？
by 匿名
答：
當然沒有關係。
手機輻射主要來自手機利用電磁波與外界發生資訊傳遞的過程中，也就是Wi-Fi上網、行動網路上網以及接打電話等過程，這些過程是透過天線等器件來完成的。手機中的器件（其實也是幾乎所有電器，不能把話說死，免得打臉）都是有額定功率的，其工作電壓、工作電流等並不會因為電量多少而發生明顯變化。只要其工作狀態不變，那手機訊號或輻射強度自然也不變。
只要正常入網，符合國家相關標準的手機正常工作時，產生的輻射都是不會對人體造成損傷的。
國內適用於手機的電磁輻射限值標準為GB 21288-2007 《行動電話電磁輻射區域性暴露限值》，適用頻率範圍30 MHz～6 GHz。現在手機的Wi-Fi與4G訊號工作頻率均在6 GHz以下，只有部分5G手機工作頻率超過6 GHz。該標準已由中國資訊通訊研究院、中國計量科學研究院牽頭起草完成修訂稿，適用頻率擴充套件到300 GHz，整體上與國際最新電磁輻射限值標準保持一致。因此只要正常生產的符合國家標準的手機，其輻射都是對人體無害的。
參考資料：行動電話電磁輻射區域性暴露限值
by 霜白
Q。E。R。
Q3
久坐或蹲起後髖關節和踝關節咔咔地響，好像叫關節彈響，到底是什麼讓它發聲呢？
by 守獸
答：
問題中描述的現象屬於生理性關節彈響，彈響聲來源於關節腔。回憶初中生物課，關節主要由關節面、關節囊和關節腔組成。關節面是相鄰骨頭的接觸面，上面覆蓋了一層關節軟骨。連線相鄰骨頭的結締組織被稱為關節囊。關節囊的滑膜層和關節軟骨共同圍成的密閉腔隙就是關節腔。腔內有少量滑液，可以對骨頭之間的相互運動起到潤滑的作用，也是生理性關節彈響發生的地方。
當我們久坐後蹲起，膝關節受到拉伸，密閉關節腔的體積突然增加，腔內壓強降低，滑液中溶解的氣體釋放到關節腔的過程中形成氣泡，氣泡崩塌時會產生很高的衝擊壓力，從而發出彈響聲，屬於正常的生理現象。
參考資料：Structures of a Synovial Joint
by 觀山不易
Q。E。R。
Q4
為什麼無序的微觀粒子能形成有序的宏觀世界？
by 閃電俠
答：
因為熱運動不夠強，粒子的無序運動還不夠徹底壓倒粒子間的相互作用。
氣體總是混亂的，但是固體液體並不是如此。所有的微觀粒子雖然都在做熱運動，但是對於固體液體來說，粒子還是被束縛的，這是因為微觀粒子間的相互吸引相對於自身的動能來說足夠強，讓粒子們相互之間不能像氣體那樣分崩離析。如此一來，這些微觀粒子就會擠在一起。
儘管聚在一起，但是這些微觀粒子依然在亂動。事實上，我們的世界就是一團漿糊，只不過還沒攪勻。我們肉眼看到的，雙手觸控到的，感受到的都是一群粒子聚在一起所形成的凝聚體的性質，而不是這些微觀粒子的性質。那麼為什麼這些粒子聚在一起就會形成特定的物理性質呢？這是因為粒子間有特定的相互作用，從粒子間相互作用得到凝聚體的性質，是凝聚態物理的核心問題。
by Luna
Q。E。R。
Q5
人是由細胞組成的，如果令所有細胞都能分裂，那人是不是就可以長生不老了？
by 匿名
答：
所有細胞都能分裂並不等於長生不老。
人的衰老是個複雜過程，具體機理目前依然缺乏清晰可靠的解釋，衰老的表現也是極為廣泛。簡單的讓所有細胞都可以分裂，只會在衰老的過程中，收穫更多的衰老細胞；或者更為極端一點，所有細胞不受控制地分裂，便成為了癌細胞的集合體。
事實上，人體本身就存在著細胞更新的過程，廣泛分佈的幹細胞、祖細胞以及前體細胞，透過分裂和分化更新組織細胞，讓機體得以維持正常的生命活動（面板和消化道上皮不斷更新，血細胞更新），並在受到損傷後恢復（傷口癒合）。遺憾的是，神經細胞並不會自我更新，神經系統幹細胞的存在，更多的是維持膠質細胞的更新，所以外傷或腦卒中帶來的神經損害往往是終身的。
機體放棄大多數細胞的分裂能力，是一個非常明智的決策。放棄分裂可以讓細胞高度分化以更好地承擔生理功能（哺乳動物紅細胞為了更為高效的運輸氧氣，直接放棄了細胞核）；大多數細胞不分裂也降低了維持正確分裂需要的能量（細胞分裂的過程有非常多的機制，來檢測細胞分裂是否正常，以期在錯誤發生後及時修復或者直接走向凋亡。例如轉錄因子p53，一個極為關鍵的分裂過程檢測蛋白，其異常與大量癌症相關）；此外，多數細胞分裂能力的降低或喪失，也意味著成體細胞癌變的機率大幅下降。
當然如果所有細胞都可以分裂，並且每一次分裂都無比正確和節能，還完美的符合需求。那大多陣列織和器官都會擺脫衰老的困擾，至少長壽絕不會是問題。但只會有一個新的問題：神經系統發揮功能是依賴已有神經細胞透過突觸構建穩定的神經元網路，神經細胞的不斷分裂更新，意味著神經網路的不穩定。因此，你的記憶不再穩定，思維和情緒也會發生變化，甚至人格都會異變。
by 某大型裸猿
Q。E。R。
Q6
晶片電晶體有極限嘛？極限是多少？
by 洛羽
答：
極限當然是有的，畢竟電晶體再小也不能比原子直徑小吧
不開玩笑，由於短溝道效應的存在，電晶體的尺寸已經逼近極限，但極限在哪也不太好說，商用晶片的製程必須要考慮成本。另一方面，對於先進製程的半導體晶片，電晶體密度更能體現其效能，至於所謂的工藝製程數字，3nm也好，5nm也罷，並不代表電晶體的具體引數，你可以理解它就是一個名稱。
我們的晶片是由MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），即金氧半導體場效電晶體構成。場效應電晶體主要由源極（source）、漏極（drain）和柵極（gate）構成，漏極與源極之間存在PN接面，在零偏壓下，電流可以透過源極與漏極之間的導電溝道，而在柵極加反偏壓，則可以夾斷溝道，使電流為零。
場效電晶體原理 | 圖源網路
隨著晶片工藝的進步，場效電晶體的體積變小，柵極長度變短，溝道長度變短，便會出現短溝道效應，柵極便不能很好地控制漏極電流。正是短溝道效應限制了電晶體尺寸。
為了進一步提高電晶體密度，減小電晶體尺寸，英特爾在22nm工藝節點引入鰭式場效電晶體技術（Fin FET）。如圖所示（圖中資料並非22nm工藝資料）：
英特爾10nm工藝電晶體尺寸，大致相當於臺積電7nm水平 | 圖源：Wikichip
圖中綠色部分為柵極，橙色部分為鰭（fin），以柵極為界，鰭的兩端分別為源極與漏極，透過源極與漏極的電流由柵極控制。圖中Lg為柵極長度，Wg為柵極寬度，Wfin為鰭寬，Hfin為鰭高。兩個柵極中心的間距為CPP（Contacted Gate Pitch，上圖未給出，英特爾10nm工藝CPP為54nm）。可以看到，唯一與10nm有點關係的也就鰭寬了。
透過增加鰭高（提高鰭與柵極的接觸面積以減少柵極長度），減小鰭寬（以縮短鰭與鰭的間距）可以降低電晶體尺寸，提升電晶體密度。而共用dummy gate以及Contact Over Active Gate等技術也可以提高電晶體密度。
英特爾三代工藝的對比 | 圖源網路
在Fin FET的基礎上，又發展了GAA FET技術，即將鰭做成奈米線或奈米片，讓柵極整個包圍鰭以提升鰭與柵極的接觸面積，從而進一步降低電晶體尺寸，但尺寸降低有限，而且成本不菲。
以上文提到的CPP與Lg為例，臺積電預計將在3nm工藝將Lg降到13nm，三星則將在3nm工藝將CPP降到40nm。這已經十分接近物理尺寸極限。
事實上，電晶體密度更能反應晶片效能的提升，下圖為各代工廠相關工藝節點的電晶體密度，單位為百萬電晶體/平方毫米。
各代工廠工藝節點電晶體密度 | 圖源：Wikichip
參考資料：
為什麼說Intel 10nm工藝比別家7nm先進？（上）
Technology Node
Semiwiki
by 霜白
Q。E。R。
Q7
金屬冶煉時，金屬要熔化，那麼當我們冶煉熔點最高的金屬鎢或要將其鑄造時，不論拿什麼金屬盛裝都會熔化，請問怎麼辦呢？
by 匿名
答：
大家可能一提到冶煉就想到高爐鍊鐵，一提到鑄造就想到紅彤彤的鐵水，久而久之，就形成了冶煉需要把礦石熔化，鑄造需要把金屬熔化的思維定勢。實際上，並不是所有的冶煉和鑄造都需要在熔融狀態下進行。
那麼，鎢的熔點這麼高，它是怎麼冶煉和鑄造的呢？且聽小編細細道來。鎢礦開採後，會經過一系列的提純，最終得到黃色氧化鎢（黃鎢，WO3）或者藍色氧化鎢（藍鎢，WO2。9），那麼怎麼由鎢的氧化物得到單質鎢呢？工業上用的是氫還原法，並且主要是將藍鎢作為原料。因為隨著溫度的升高，還原速度迅速增加，所以首先在管狀爐中將藍鎢加熱到高溫，然後通入氫氣，透過氫氣將藍鎢還原成鎢粉，這樣就得到單質鎢了。使用氫還原法並不需要將藍鎢加熱到金屬鎢的熔點，溫度過高反而會使得生成的鎢粉顆粒粗大，不利於進一步加工。
而用鎢粉生產鎢條，工業上常採用的是粉末冶金法。具體做法是將金屬粉末（鎢粉和成型劑）壓制成型，成為具有一定尺寸的壓坯，然後在金屬鎢的熔點以下的溫度進行預燒結和高溫燒結，使其成為緻密鎢。在高溫燒結這一步，坯條內部的原子在高溫下發生急劇的流動，強烈地發生顆粒變形、燒結以及塑性流動和再結晶過程，從而使坯條由機械齧合強化為緻密的金屬晶體。
參考文獻：張訓鵬。 冶金工程概論［M］。 中南工業大學出版社， 1998。
by 重光
Q。E。R。
Q8
月亮被小小的地球潮汐鎖定了，而水星為什麼沒有被太陽潮汐鎖定？
by 匿名
答：
假設兩顆天體和互相繞轉，其中的質量非常大，離質心很近，以至於可以看做不動，天體則圍繞做半徑為 的圓周運動，則在的參考系中，引力和離心力的合力會將沿著連線的方向拉長，這一合力就被稱為引潮力。由於引潮力的存在，在靠近和遠離的表面會形成隆起，也就是潮汐，隆起被牽引著在的表面移動，使得的自轉週期和互相繞轉的週期趨向於一致，這種效應就被稱為潮汐鎖定，下面我們建立一個簡單的模型估算潮汐鎖定需要的時間。（檢視推導結果請快速下滑）
記的質量為，的質量為，當時，在的平動非慣性參考系，一個質量微元的引力勢能和離心勢能之和近似為：
假設在引潮力的作用下從一個半徑為的勻質球體拉長成一個離心率為的勻質橢球體，過程中保持體積不變並且，可以計算出自身的引力勢能近似為：
考慮後，的總勢能為：
勢能最小時對應的離心率滿足：
隆起相對旋轉一週，系統的能量消耗量可以估計為
從而，其中為的自轉角頻率。
在潮汐鎖定的過程中，所構成的系統角動量守恆，因此由此可以列出：
結合
可以得到：
將水星和月球的角速度變化率做比可以得到：
也就是說，某一星球在引潮力作用下角速度的減少率反比於其密度，反比於其軌道週期的四次方，月球的密度大約為，而水星的密度大約為，儘管太陽的質量比地球大得多，但水星離太陽的距離比月球離地球的距離也遠得多，這導致水星繞日的公轉週期為88天，而月球繞地的公轉週期僅為27天。
利用以上資料計算得出，引潮力作用下水星的角速度變化率僅為月球的，這就是為什麼月球在人類有文字記錄以來就已經達到潮汐鎖定，而水星的自轉和公轉週期至今還並未達到完全匹配。事實上，如今水星的自轉週期約為59天，利用前面得到的角加速度公式可以估算出，水星將在大約100萬年後達到潮汐鎖定，相比於太陽系漫長的歷史而言可以說是指日可待了。
注［1］：有關勻質橢球體的引力勢能計算，參見朗道《場論》第十章有關牛頓引力勢的討論。
注［2］：之後的估算中，認為星球公轉的動能遠大於自轉動能，以至於軌道半徑基本不變。
by 樂在心中
Q。E。R。
福利時間
如果你能去太空旅行，你最想去做什麼？為什麼？
by 問答小編
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人類文明究竟是自然演化，還是更高階文明的一場實驗？宇宙文明演化的終點又在哪裡？在《“太空漫遊”四部曲》裡，阿瑟·克拉克給了我們一個終極而恢宏的答案。
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如果吃了唐僧的腫瘤，還能長生不老嗎？| No。248
編輯：他和貓
