地球越来越热 能不能不用任何能量就制冷？还真可以

地球越来越热能不能不用任何能量就制冷？还真可以根据中国电力报的报道，现在中国是全世界最大的制冷产品生产、消费和出口国，2019年中国制冷用电量就已经超过了全社会用电量的15%以上。制冷设备工作的用电量与所需调节的温度有关系，所以随着地球越来越热，制冷设备的用电量将持续增加，这将会是一个可怕的数字。GridEngine所以现在寻找降低热量的替代方案似乎已经迫在眉睫，好消息是，现实中还确实有办法在不耗电或者损毁其它任何能源的情况下给物体降温。这听起来似乎难以置信，但通过使用正确的材料，可以让物体辐射的能量多于吸收的能量，从而将其温度降低几度，这个被称为辐射冷却。万物都在发光有多种方式可以让物体发光，其中最简单的方法就是让它变得更热，这就是传统白炽灯泡的工作原理，电流流过灯泡内部的灯丝，使灯丝变得很热，从而发光。但是那些不太热的东西要怎么发光呢，比如一颗土豆它要怎么发光呢？这里请记住，光是一种电磁波，所有这些波都以光速传播，只是彼此波长不同。如果这种电磁波的波长在400到700纳米之间，那么它就会被我们的肉眼检测到，因此被称为可见光。MarcelloCasalJr/AgênciaBrasil在温室下，土豆产生的电磁波最大强度为9.8微米，它处在电磁波谱红外线部分，我们无法用肉眼看见，但可以用红外摄像机看到。不仅是土豆，实际上任何存在温度的物体都在向外散发红外线，因为红外辐射的主要来源就是热量或热辐射。那么，这和冷却有什么关系呢？其实，这就意味着所有物体都可以传递热能，而传递热能则意味着一个冷却，另外一个变热。我们知道，物体可以通过三种方式与其他物体发生热相互作用，常见是热传导和对流。热传导就是两个不同温度的物体接触时，热能从较热的物体转移到较冷的物体；而对流则适用于气体和液体，将热量进行传递。第三种类型的热相互作用便是辐射，当热物体发出红外辐射时，该辐射可以被其他物体吸收并将其加热，烤箱就是这样工作的。DryPot你把想要热的东西放进烤箱，加热元件就会变得非常热，产生红外辐射，食物吸收红外辐射并被升高温度。现在想象一下，你预热好烤箱，然后将其关闭，再将土豆放入其中，这时热烤箱依然在向外发出红外辐射，而土豆将会吸收大部分辐射，结果：土豆变热，烤箱变凉。这并不是烤土豆的正确方法，但关键是当物体产生红外辐射时，它就会被冷却。我们前面提到过，我们周围的一切都在发射红外辐射，那么一切不是都应该变得更冷吗？当然，很明显这并没有发生，这是因为当附近的所有物体都具有相同的温度时，它们就不会因辐射而冷却。那么这个时候的物体的红外辐射又将传递到哪里呢？答案是太空！在冬天的时候，其实我们可以仅通过观察天空来判断夜晚是否会寒冷。在无云的夜晚，地面会辐射红外能量，这种能量的损失会使地面变冷。但并非所有能量都会逃逸，比如大气中的二氧化碳可以捕获一些红外波长。这就是它能造成温室效应的原因。但较小范围的红外波长（8至13微米之间）可以穿过大气层并进入太空，这个范围称为“红外窗口”。但这只适用于夜晚万里无云的情况，因为云层可以阻挡红外线窗口，因此能量又会反射回地面。所以，万里晴空的越晚往往更加寒冷，多云的时候则会不那么冷。这种效果在白天则不太明显，因为白天地面散发的热量，远没有从太阳那里吸收的热量多。这就是为什么地球表面集体降温，而不用有任何物体升温的原因所在，因为真正需要升温的是太空。发射到太空的辐射最终可能会撞击月球并提高月球的温度，或者可能会永远向外传播。那么现在还有一个问题，当阳光照射时，是否有可能使物体变得比环境温度更冷呢？在继续讨论之前，也就是我们要真正了解辐射冷却的工作原理之前，我们还需要考虑另一个非常重要的属性，那就是材料的反射率和发射率。发射率指的是材料发射红外能量能力的量度，测量范围通常为0.00到1.00，而反射率是指从材料表面反射的电磁波能力，范围也是0.00到1.00。一种材料的发射率越接近1.00，该材料则越倾向于吸收红外能量，只发射自己的红外能量。反射率则正好相反。反射率和发射率都取决于光的波长，但这里需要提一下，某些东西在可见光谱（400-700nm波长）中反射性不强，但并不意味着它对红外波长（大约10微米）的反射作用相同。所以，如果材料或者混合材料合适的话，是可以做到在阳光照射下依然具有冷却效果的，只要它具有高反射率和高红外发射率（特别是在8至13微米波长之间）。图：目前世界上最白的反射冷却涂料——硫酸钡涂料，对环境降温非常明显太阳光会从物体上反射，因此不会引起热量加热，而红外辐射又会导致物体温度降低。反射的太阳光和发射的红外辐射都将进入太空或者被附近的物体吸收，但由于这种材料的温度会低于周围其它材料，所以这里大部分也都会反射入太空。最后，辐射冷却有一个非常酷的应用。你可以利用较冷的辐射冷却面板和较热地面之间的温差来通过热电发电机发电，它就像在夜间工作的太阳能电池板。当然，辐射冷却最关键的部分是它的零电力输入，在电力日益紧张的当下，这确实是不错的选择。不过，单独使用这种方法不足以取代空调，因为它们只能几度几度，但省电还是可以的！原文：https://www.wired.com/story/how-to-cool-an-object-without-using-any-energy/...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382879.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382879.htm

苹果在健康领域之外广泛寻找未来可用于Apple Watch的传感器

苹果在健康领域之外广泛寻找未来可用于AppleWatch的传感器不过，也许是因为它已经尽其所能地利用了当今的技术，也许是因为它已经受够了被医疗器械公司起诉的日子。最新披露的两项专利申请显示，AppleWatch有可能获得以下传感器：风速计螺栓应力计热通量传感器太阳辐射传感器温度计水传感器风速计检测风速和风向，而温度计则测量辐射热，热通量传感器和温度计都测量热量水平。新披露的专利申请中，有一项名为"带风速计的电子设备"的专利申请显然集中在第一种可能的传感器上。它还提供了一个理由，说明为什么有人希望他们的AppleWatch知道当天是否有风。根据金属冷却所需的时间可以确定很多事情例如，风速可与健身应用结合使用（如在风中运动时计算用户的功率输出），"专利申请中说，"[以及]天气传感和/或预报、温度测量和/或或其他所需的功能"。该专利申请谨慎地指出，该提案可适用于任何电子设备。但大部分示例说明和所有插图都是针对AppleWatch的。另一项新披露的专利申请则范围更广。"带有多功能环境传感器的电子设备"，甚至在标题中就表明了自己的立场--这是为许多不同的设备增加传感器。不过，同样地，它的几幅插图主要描绘的是AppleWatch。两者还使用了相同的措辞，提到"在空间有限的电子设备中集成某些环境传感器可能会很困难"，比如AppleWatch。这种空间限制可能就是苹果追求这四种传感器类型的原因--因为它们的工作方式都差不多。这六种传感器各自依靠金属的加热和冷却，但差异很小。该多功能专利申请称："为了进行上述一项或多项测量，可以在设备外壳上耦合一层金属，或者将一缕金属纳入覆盖电子设备内部一个或多个组件（如扬声器或麦克风）的网状物中"。"可将金属层或金属缕加热到已知温度，金属温度衰减到平衡温度时，可显示出空气速度，为了测量环境温度，可以使用一个参考电阻器，将金属的温度衰减与参考电阻器的温度衰减进行比较，如果需要，可使用金属层或金属丝来确定太阳辐射和/或是否存在水"。这两项专利申请共有四位发明人，其中三位发明人在这两项专利申请中都榜上有名。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423691.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423691.htm

能量守恒无损耗？韩国发现“室温超导”这次靠谱吗?

能量守恒无损耗？韩国发现“室温超导”这次靠谱吗?来自韩国的物理学家团队，近日在预印本网站arXiv上传了两篇论文，宣称发现了首个室温常压下的超导体。论文声称：在常压条件下，一种改性的铅磷灰石（文中称为LK-99）能够在127℃以下表现为超导体。论文一经公布，便在网络上引发了热烈讨论。arXiv上的论文截图 图片来源：参考资料[1]看到这条新闻的你，一定会产生这样的疑问：怎么又是室温超导？怎么又吵翻天了？以及，为什么有种似曾相识的感觉？太长不看版超导是材料在一定温度下电阻变为0的物理现象；超导体的应用有望为科技带来巨大变革，但苦于超导转变温度过低，应用受限；室温条件下的超导体是超导研究人员的终极梦想；此次引爆舆论的韩国论文尚未通过同行评议，对于论文宣称的结果需保持谨慎，还需进一步实验验证。超导是什么？物理上，超导（superconductivity）是材料在低于一定温度时电阻变为0的现象，转变后的材料称为超导体（superconductor）。中学课本里提到过，在一个电路中，导线里的电荷在电压驱动下会像跑步运动员一样运动，从而形成电流，但经过导体的电阻会阻碍它们的运动。如果电路由超导体组成，电荷就能在电路中自由自在地奔跑，电流会一直流动下去。在一个超导铅制成的环路中，可以连续几个月都观测不到电流有减弱的迹象。超导现象由昂内斯在1911年发现图片来源：诺贝尔奖官网除了电阻为0以外，超导体还有另一个奇特的性质，称为完全抗磁性。材料转变成超导体后，就好像武僧使出了金钟罩，体内的磁场会“排斥”掉几乎所有的磁通量，磁力线无法穿透超导体。这个现象也被称为迈斯纳效应。根据超导体的完全抗磁性，可以做个有趣的实验：在超导体的正下方放置一个磁体，磁体在周围产生磁场，而超导体的内部不允许磁场存在，从而产生相反磁场，与磁体互相排斥。如果排斥力和超导体的重力相平衡，就能让超导体悬浮在半空中，仿佛科幻小说中的场景。后来物理学家总结，要看一个材料是不是超导体，就看它是否同时具有零电阻现象和完全抗磁性的特性，两者缺一不可。因为自身特殊的性质，超导体引发了人们对它未来应用的无限遐想。比如：零电阻的电路几乎没有热损耗，使用超导体材料进行长距离大容量输电，能极大地减少能量浪费，提高能源利用效率；超导线运用于发电机、电动机能大幅提高电流强度和输出功率；超导体制作超大规模集成电路的连线，能解决散热问题，提高运算速度。超导体的现实应用，有可能为科学技术带来巨大而深刻的变革。可惜，理想很丰满，现实很骨感。直到目前为止，超导体的实际应用还主要集中在粒子加速器、磁悬浮、超导量子干涉仪等特定情境中。在电力工程方面，尤其是被寄予厚望的超导线长距离输电，大范围应用仍然遥遥无期。是什么限制了超导体的大范围应用？根本原因只有一个：温度。高温超导体材料转变为超导体的温度被称为超导临界温度（Tc），低于这个Tc，超导体才能保持自身的超导性质。然而，绝大多数材料的Tc都非常低，基本都在-220℃以下，需要借助液氮或液氦等维持低温环境。想象一下，辛辛苦苦建造一条几百公里的超导输电线，还需要全程浸泡在液氮中冷却，成本得多么夸张！所以为了让超导体得到更广泛的应用，必须要找到Tc更高、最好是室温条件下（大约25℃左右）也能保持超导性质的材料。从发现超导现象开始，物理学家对高Tc超导体的寻找从未停止，但一直举步维艰。在发现超导最开始的70多年内，Tc的上限连突破-240℃都很困难。还好后来物理学家陆续发现Tc超过-173℃的超导体，目前超导体最高临界温度的记录保持者是150万个大气压下的硫化氢，Tc大约是-73℃，离理想的室温还是有一定距离，如此高压的条件也意味着难以实际应用。韩国的“室温超导”看到这，如果你还记得开头的内容的话，就发现这个韩国团队发表的论文有多么惊世骇俗了——他们宣称发现了常压下Tc大约是127℃的超导体，不仅把Tc带到室温，更是一下子直接提高了200度！根据论文描述，他们把多种含铅、铜和磷的材料经过一定组合后分别混合加热，制备得到一种掺杂铜的铅-磷灰石晶体，并且称之为LK-99。论文提供的LK-99的照片 图片来源：参考资料[1]然后，他们测量了LK-99的物理性质。根据他们给出的实验结果，在127℃以下，给LK-99施加电流，在一定的电流范围内电压都基本为零，表现出了零电阻的特性。论文宣称，温度、电流和磁场达到一定临界值后，零电阻现象也随之消失，符合超导体的性质。在达到临界电流前，LK-99的电压趋于零，表现出零电阻 图片来源：参考资料[1]除了零电阻以外，超导体的另外一个重要特性是完全抗磁性。对此，团队提供了实验数据图，还在网上发表了视频演示。视频中，在室温常压的环境下，一小片LK-99样品放在一块磁铁上，一端贴近磁铁，另一端自发抬升，仿佛受到了某种排斥力。不过，视频里的抬升并不像很多超导体的迈斯纳效应那样，完全悬浮在磁铁上。事实上，部分强抗磁性的材料，比如铁磁粉末压块，在强磁场下也会和磁体排斥，出现视频中类似的抬升效果。因此，单凭这段视频，并不能证明LK-99拥有超导体那样的完全抗磁性。但论文团队认为，他们的一系列实验验证了LK-99在室温常压下是超导体。他们还作出了理论解释，认为铅磷灰石的部分铅离子被铜离子替代后，体积微小地收缩导致材料结构变形，进而在内部的交界面上产生了超导量子阱，从而产生了超导现象。论文尝试从结构上解释LK-99室温超导的原理图片来源：参考资料[2]不过，LK-99的结构与之前发现的主流高温超导体有显著不同，他们给出的理论解释暂时还只是一种猜测。狼来了的故事你会对室温超导有“似曾相识”相识的感觉，可能是因为就在今年3月，曾经有另一个和室温超导相关的“重磅炸弹”，在公众之中掀起了不小的波澜。当时，在美国物理学会会议上，美国罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯（RangaDias）及其团队宣称，他们在1GPa（约等于1万个大气压）的压强下，在镥-氮-氢体系中材料中实现了室温（约21℃）超导。罗切斯特大学的兰加·迪亚斯图片来源：罗切斯特大学然而，在迪亚斯发布研究仅仅一周后，多个实验团队就发表论文声明，在针对镥化氢化合物的重复实验中没有发现超导现象。尽管迪亚斯坚持声称自己的实验结果真实可信，但他在《自然》和《物理评论快报》（PhysicsReviewLetters）上发表的文章接连因造假嫌疑被撤稿，他提出的室温超导材料也被认为证据不足而受到了广泛质疑。镥-氢-氮材料的电阻随温度的变化曲线，温度低至2K都没有发现超导转变 图片来源：参考资料[3]与今年3月迪亚斯的“发现”相比，这次韩国团队论文中的常压下127℃的超导还要更加令人震惊。那么，韩国团队的“实验结果”，会不会和迪亚斯宣称发现室温超导一样，最后变成争议不断的学术闹剧呢？值得一提的是，上次迪亚斯的论文一开始是发表在《自然》上，虽然当时还没有实验复现，但至少经过了一定的同行评议；而这次韩国团队的论文发表在预印本网站arXiv上，完全没有同行评议的过程。arXiv发布论文的门槛很低，通常是研究人员在自己论文正式发表之前，先在arXiv上传预稿证明原创性，论文往往是鱼龙混杂，质量难以得到保证。其实不仅是迪亚斯，几乎每年都有团队声称发现了室温超导的材料，可至今...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373465.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373465.htm

恒星音乐会：天文学家聆听闪烁恒星的声音

恒星音乐会：天文学家聆听闪烁恒星的声音美国西北大学（NorthwesternUniversity）的科学家们首次开发了三维模拟技术，研究从一颗大质量恒星的内核到外表面的能量涟漪，为了解恒星固有的"闪烁"提供了新的视角。研究小组还将这些波转换成声音，使听众能够"听到"恒星内部及其自然闪烁的声音。资料来源：E.H.Andersetal.研究小组还首次将这些气体波纹转换成声波，使听众能够听到恒星内部和"闪烁"的声音。这真是太迷人了。这项研究发表在《自然-天文学》杂志上。领导这项研究的西北大学埃文-安德斯（EvanAnders）说："恒星内核的运动会像海洋一样掀起波浪。当波浪到达恒星表面时，它们会使恒星闪烁，而天文学家或许能够观测到这种闪烁。我们首次开发出了计算机模型，让我们能够确定恒星在这些波的作用下闪烁的程度。这项工作使未来的太空望远镜能够探测恒星锻造我们赖以生存和呼吸的元素的中心区域。"安德斯是西北大学天体物理学跨学科探索与研究中心（CIERA）的博士后研究员。研究报告的共同作者、西北大学麦考密克工程学院工程科学与应用数学助理教授、CIERA成员丹尼尔-莱科阿内（DanielLecoanet）为他提供指导。三维模拟大型恒星内核（中）的湍流对流如何产生波纹，波纹向外荡漾，并在恒星表面附近产生共振。通过研究振动引起的恒星亮度变化，科学家们有朝一日可以更好地了解大型恒星核心深处的过程。图片来源：E.H.Anders等人/《自然-天文学》2023所有恒星都有一个对流区，这是一个挥发性的混乱区域，气体在这里搅动，将热量向外推送。对于大质量恒星（质量至少是太阳的1.2倍）来说，对流区位于恒星的核心。恒星内部的对流类似于助长雷暴的过程。冷却的空气下降、升温、再上升。这是一个输送热量的湍流过程。它还会产生波浪--导致星光变暗和变亮的小溪流，产生微妙的闪烁。由于大质量恒星的内核被遮挡住了，安德斯和他的团队试图模拟它们隐藏的对流。在研究了湍流内核对流的特性、波的特征以及这些波可能具有的观测特征的基础上，研究小组的新模拟包含了所有相关的物理知识，能够准确预测恒星的亮度如何根据对流产生的波而发生变化。对流产生波之后，这些波会在模拟恒星内部反弹。一些波最终会出现在恒星表面，产生闪烁效果，而另一些波则会被困住，继续四处弹跳。为了分离出发射到表面并产生闪烁效果的波，安德斯和他的团队建立了一个滤波器，用来描述波在模拟恒星内部是如何反弹的。安德斯解释说："我们首先在恒星周围放了一层阻尼层--就像录音室里的软垫墙一样--这样我们就能准确测量核心对流是如何产生波浪的。"安德斯将其比作音乐工作室，利用隔音软垫墙将环境的声学效果降至最低，这样音乐家就能提取音乐的"纯净声音"。然后，音乐家们会使用滤波器并对这些录音进行工程处理，以达到他们想要的效果。通过三种尺寸的大质量恒星播放古斯塔夫-霍尔斯特的《木星》。资料来源：美国西北大学同样，安德斯和他的合作者将他们的滤波器应用于他们测量到的从对流核心传出的纯波。然后，他们跟踪了在一颗模型恒星中跳动的波，最终发现他们的滤波器准确地描述了恒星如何改变来自内核的波。随后，研究人员开发了一种不同的滤波器，用于描述波在真实恒星内部的反弹情况。应用这种滤波器后，得到的模拟结果显示了天文学家期望通过大功率望远镜观测时波浪出现的方式。安德斯说："恒星变亮或变暗取决于恒星内部发生的各种动态变化。这些波引起的闪烁非常微妙，我们的眼睛不够灵敏，无法看到。但未来强大的望远镜或许能够探测到它。"安德斯和他的合作者将录音室的类比向前推进了一步，接下来他们利用模拟产生了声音。由于这些波超出了人类的听觉范围，研究人员均匀地提高了波的频率，使它们变得清晰可闻。根据大质量恒星的大小或亮度，对流产生的波对应不同的声音。例如，从一颗大恒星的内核中产生的波，发出的声音就像一把扭曲的射线枪，轰击着外星景观。但当这些波到达恒星表面时，恒星会改变这些声音。对于大型恒星来说，类似射线枪的脉冲会转变为低沉的回声，在空旷的房间里回荡。另一方面，中型恒星表面的波浪会让人联想到风吹地动时发出的持续的嗡嗡声。而小恒星表面的波浪听起来就像天气警报器发出的平淡警报声。通过三种大小的大质量恒星播放《小星星》的视觉效果。资料来源：美国西北大学接下来，安德斯和他的团队通过不同的恒星播放歌曲，聆听恒星如何改变歌曲。他们将"木星"（作曲家古斯塔夫-霍尔斯特的管弦乐组曲"行星"中的一个乐章）和"一闪一闪亮晶晶"的简短音频片段穿过三种大小（大、中、小）的大质量恒星。在恒星中传播时，所有歌曲听起来都遥远而缠绵--就像《爱丽丝梦游仙境》中的歌曲。安德斯说："我们很好奇，如果一首歌通过恒星传播，听起来会是怎样的。恒星改变了音乐，相应地，也改变了如果我们看到波浪在恒星表面闪烁时的样子。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386189.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386189.htm