物理竞赛中有时会考到跟暗物质和反物质相关的题，也会考到一些现实生活中的小常识，今天就来看看和物理竞赛有关系的一些物理常识的问答：
Q
小时候特别怕打雷，一直不知道雷声从哪里来，为什么这么大声？
A
闪电在划破空气的时候可以瞬间把周围的空气加热到一两万度，达到太阳表面温度的好几倍。这会使得周围的空气剧烈膨胀。膨胀的空气产生冲击波与外围的冷空气急剧摩擦从而产生非常大的声响，这就是雷声。
Q
我是一名初中生，我想知道如果想当一名科学家，该如何在当今的应试环境中，更好更早地培养自己的科学素质，学到更多的科学知识，而不变成民科或影响自己的学业？谢谢！
A
其实之前有说过类似的，但还是觉得多重复一下也挺好的：脚踏实地一步一步地来，先自己弄完大纲内的中学理科课程，大纲内的中学理科课程做到没有挑战性的时候可以看竞赛课程和通选类的大学课本（比如高等数学，大学物理之类），网上的大学低年级公开课视频是可以借鉴的。一些优秀的科普书是很有帮助的。值得一看（课余时间）。至于哪些科普书是优秀的，如果自己没有甄别能力，尽量选作者头衔是科学家的。这样虽然会错过不少优秀的书籍，但至少不会被带歪。（第一推动系列整体都还不错，可惜难度参差不齐。）
不成为民科很简单，那就是多看数学，多思考枯燥的公式，学会欣赏公式背后的逻辑和结构的美。不要空谈或者凭自己的想象随意使用“高大上”的概念，不要成为名词党。
Q
水热是因为水分子剧烈运动，但是为什么不管如何搅拌水，水都不变热呢？
A
水的比热容是4.2×10³ J/（kg℃)，假设一杯水有200ml，把它从20度加热到100度需要多少能量呢？答案是67200J，这个能量足够把一个正常的成年人竖直往上托举100米，所以虽然搅拌的时候能量的确全部变成了水的热量，但可惜量实在是太小了。
Q
暗物质和反物质到底是什么东西？
A
反物质是指由反粒子组成的物质，反粒子指的是除了电荷相反以外其它各种性质都与普通基本粒子一样的粒子。比如自旋和质量都跟电子一模一样但却带着正电荷的正电子就是一种常见的反粒子。暗物质是用来解释星系外悬臂公转速度异常的实验观测的。真实的天文观测发现很多星系的外旋臂的公转速度反常的快，这意味着星系内部的引力比我们已经发现的物质提供的引力要大得多，也就是说内部有很多神秘的我们不知道的引力来源。我们把这个引力的来源叫做暗物质。所以暗物质到底是什么东西？不知道呀……所以暗嘛。
Q
“三门问题亦称为蒙提霍尔问题，参赛者会看见三扇关闭了的门，其中一扇的后面有一辆汽车，另外两扇门后面则各藏有一只山羊。当参赛者选定了一扇门，但未去开启它的时候，节目主持人开启剩下两扇门的其中一扇，露出其中一只山羊。主持人其后会问参赛者要不要换另一扇仍然关上的门。问题是：换另一扇门会否增加参赛者赢得汽车的机会率？如果严格按照上述的条件，即主持人清楚地知道，哪扇门后是羊，那么答案是会。不换门的话，赢得汽车的几率是1/3。换门的话，赢得汽车的几率是2/3。”曾经在公众号上看到的，不是很懂。
A
这是一道典型的条件概率问题。每一本概率统计教科书的基本内容。不过如果觉得条件概率太抽象的话，那我这里有一种简单（但不严谨）的讲法，给你一点感觉：假设现在有1000扇门，你随机选了一扇门，然后主持人打开了另外的998扇背后是羊的门，那么这时候，你会换么？
Q
在网上看过一个视频，在一块正方形平板下正中位置放一个扬声器，上面撒上细沙，当扬声器输出不同频率的声音时沙子排列出不同的形状来，请问这是什么原理？
A
扬声器播放的是特定频率的正弦波。这些正弦声波会迫使上方的正方形平板以相同的频率振动，正方形平板振动的方式是二维驻波。高中学过一维驻波，两端固定地一条振动的弦就会形成一维驻波，这些驻波在弦上特定的地方形成波峰和波谷，在特定的地方不动，不动的点叫做节点。这里的正方形平板形成二维驻波，一个个节点变成一条条“节线”。细沙会在正方形平板振动的地方被弹开，然后富集在不振动的节线附近，这就是你看到的形状了。这个形状反应了驻波在空间中的分布，而且这个实验反应了不同频率的驻波在空间分布上也是不同的。（一维情况也是如此，不过二维的图案更好看~）
Q
我是物理系本科生，现在发现尽管一些专业课程成绩很高，但对于里面的内容却理解不够清楚，不能说服自己。现在自己回过头去看书，经常会遇到感觉这里讲的“很奇怪”的感觉？请问应该怎样做，才能加强自己对课本的理解？“书读百遍其义自现”对学习物理适用吗？
A
能够意识到这一点是很好的。物理学里面特别是四大力学，它代表的是四种世界观。本科阶段能熟练掌握一门也不见得容易。考试成绩只是在考虑有限课时的情况下做的合理要求，并不代表四大力学就真的掌握好了。有困惑很正常，而且能够发现一些“很奇怪”的地方是学得不错的。有一些困惑需要涉及的东西相当深，没有办法放到本科的教学计划中去，所以建议是不要死扣在这里，带着问题继续往前走，等学到更高的层次后再倒回来看，是会有新的体会的，常看常新。
Q
原子物理里面，计算都建立在本征态上。为什么电子不会处于混合态呢？
A
电子是可以处于本征态的混合态的。但不能处于非本征态。这里的本征态指的是哈密顿量的本征态，也就是能量的本征态。能量的本征态对应的是具有时间平移不变性的状态，也就是定态。薛定谔方程的定态解就是原子轨道，为什么？因为字面意思，原子轨道=电子一直呆着的地方=电子波函数的定态解。原子物理当然是先研究原子轨道了，然后这个研究清楚之后再考虑其它的例如瞬变态之类的东西。
Q
超流态是什么？为什么超流态的液氦能「反重力」沿着容器壁向上流动？
A
超流态其实就是波色爱因斯坦凝聚，就是大量的玻色子在低温下处于能量最基态形成的一种状态。至于什么“反重力”那都是胡说，因为超流液氦中氦原子之间作用很弱，而氦与容器表面作用较强，由于固体表面张力的作用，为了降低固体表面的表面能，氦原子倾向于完全浸润在容器表面，于是在容器表面延展开来，这其实是”超亲水“（亲氦）现象，和“反重力”没有关系。水在云母表面和极性氧化物也会有类似行为。
Q
超导体为什么倒置不会掉落？
A
超导磁悬浮演示实验用的都是第二类超导体，如YBa2Cu3O7，这类材料特点就是具有两个临界磁场，下临界场很小（10-1000个Gauss），上临界场很高（100 T），磁悬浮的轨道磁铁一般用的是钕铁硼等永磁体，强度在0.5 T左右，因此磁悬都是在混合态下实现的。
此时，外磁场将以量子化磁通的形式进入超导体内部，由于杂质和缺陷等因素，在温度和磁场较低于上临界值的情况下，磁通量子会被牢牢钉扎在超导体内部，形成磁通固态。想象外磁场是一束密集的丝线，部分被超导体排斥在外，产生了排斥力；部分以量子化形式穿透到超导体内部，但是却被束缚住了，这样超导体就会对其产生吸引力。正是因为排斥和吸引两种力同时存在，意味着无论超导体靠近还是远离磁铁轨道，都能及时地hold住重力，不让它往下掉。这是为何超导磁悬浮比常规磁悬浮列车要安全得多的原因之一。
文章来源于中科院物理所
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