让你看到函数图象在无穷远处的样子

y = x2 似乎把 y = x 远远地甩在了后面,但为何当 x 无穷大时,二者能同时到达无穷?当 x 从有限大变为无限大时, 1 / x 的函数值是怎样慢慢变成 0 的? y = ex, y = xx, y = x! ,谁的函数值最先接近无穷? y = ln x, y = x · ln x, y = √x ,谁的函数值最后接近无穷?下面这个有趣的方法能直观地展示出函数图象在无穷远处的样子,进而回答刚才这些看似毫无意义的问题。

当 x 从 -π/2 连续地增加到 π/2 时, x 的正切值将会从负无穷连续地增加到正无穷。因此,为了展示出 y = f(x) 在无穷远处的样子,我们可以画出 […]

牛娇客(今天,我们都是小李子!)zz

发信人: newjoker (醜醜汼), 信区: Joke标 题: 牛娇客(今天,我们都是小李子!)zz发信站: 水木社区 (Mon Feb 29 21:19:26 2016), 站内

1.真心祝福小李子,感觉一上午所有人都在看悬疑片似的,奥斯卡梗也终于可以终结了!

2.没得奖时是个嘲讽梗,得了奖后是心灵鸡汤;没得奖时是“错过22年”的悲情故事,得了奖后是“等了22年”的励志美文;没得奖时是心疼表情包,得了奖后是转发这只锦李;没得奖时是一胖毁所有看他是如何一步步长残,得了奖是胖又怎样男人最主要的是才华……世纪之梗怎么会陨落呢,人民的创作智慧是无穷的。

3.颁奖典礼上,有眼尖的观众发现,在颁奖嘉宾朱利安·摩尔宣布小李获奖后,后者三步并作两步跑上舞台。礼仪小姐还来不及将奖杯交给摩尔,就被小李一把抢了去,害得这位三大电影节兼奥斯卡影后两手空空站在一边。网友们对此热评道:“小李子实在等不及了!上台直接从礼仪手里把小金人抢走了……抢走了……”“最后一次心疼小李,你会永远活在段子手的心中。”

3.小李子终于如愿手握小金人,激动不已!参加完一整天的朋友派对,微晕的他打开房门瘫坐沙发上,耳边传来沙沙的声响,循声看去,出门前放下的陀螺还在那旋转…

3.小李子终于得偿所愿,截止到目前,我们已经不欠小李子奥斯卡了,也不欠周星驰电影票了,我们目前只欠村上春树一个诺贝尔了!我就纳闷了,我招谁惹谁了,咋欠一屁股债呢?

3.还没到猴年马月呢,小李子就拿金人了。今年果然是实现梦想的一年!

3.小李:“我就说嘛,那只熊肯定不是对手。”

3.接下来该玩儿村上春树了,连续7年陪跑诺贝尔… 村上春树闯关成功后,还有荷兰国足。

3.在二月二十九这个日子里,不要生孩子,因为四年才能过一次阳历生日;女人不要结婚,因为四年才能收一次纪念日礼物;男人一定要去扯证,因为你只需四年送一次纪念日礼物就好。不仅如此,今天扯证,下次纪念日的时候你们躲过了三年之痛,再下一次还能躲过七年之痒。

3.女生宿舍的故事有一个人看到了一个测试(当然并没有什么科学依据)问一个人,gong的反义词是什么,如果他说守,那么没问题,如果他说受,那么他很可能是弯的(我说过了这种测试没什么依据的)。于是看到这个测试的妹子问另一个,gong的反义词是啥?对方不假思索,母啊。然后提问者有点方了,追问:攻击的“攻”啊!对方不假思索的回答:对啊!是母鸡的“母”啊!

蟹蟹大家!关于蟹的六条冷知识

本文作者:红色皇后

不许吃我!我发起火来自己都怕!这莫非是出没于问答界的“蟹妖”?

【不许吃我!我发起火来自己都怕!】

螃蟹(和它的亲戚)很多都是建国之前成的精,妖形怪状。本文不过介绍其中的千分之一而已。

1、“帝王”不是蟹

我们所谓的螃蟹,是十足目,短尾下目(Brachyura)的成员,寄居蟹则属于歪尾下目( Anomura)。寄居蟹“只有”六只步足,它的最后一对腿很小,藏在鳃室里。

一般的寄居蟹,和螃蟹差太多,不用我教你们怎么分辨,但也有另类。生活在太平洋北部的勘察加拟石蟹(Paralithodes camtschaticus)体型很大(可以重达8公斤),全身甲胄上长满了铁钉一样坚硬的尖刺,根本不需要住蜗居。

【图片来自 naturepl】

只有一点,出卖了它寄居蟹的身份——这货是六条腿儿的。

【图片来自hubpages.com】

唔,绝不是被人偷吃了俩……

勘察加拟石蟹是寄居蟹中渔业价值最高的,个大肉美,年捕捞量6-7万吨,它的商品名,你一定听说过——阿拉斯加帝王蟹,英文名red king crab。相声里郭德纲请于谦吃香辣寄居蟹,谦儿哥抗议什么都吃不到,其实他是没选对物种。

【图片来自whatsonxiamen.com】

2、小岛的巨人

另外一个隶属寄居蟹家族的庞然大物,是印度洋和太平洋岛屿上生活的椰子蟹(学名Birgus latro)。正如它的名字,椰子蟹吃椰子(带壳的),也吃露兜树果实、腐烂的木头、海螺和垃圾桶里的剩饭。

【图片来自 naturepl】

椰子蟹是陆上最大的节肢动物,能长到五公斤,压倒性啊。我曾经设想过,如果让我给特摄片写剧本,一定会出现这样的场景:

正义阵营:

我是帝王蝎黑魔侠!

我是秘鲁大蜈蚣百爪侠!

我是避日蛛大漠侠!

我是绿巨螳剑豪侠!

我是大蛛蜂毒针侠!

我是阿根廷蚁女王侠!

我们就是节肢动物战队!(六人伸胳臂撸腿摆pose)

Boss:

我是椰子蟹……

虽然它长相凶残,但行动迟缓,总是慢几拍似的。两只椰子蟹打架,就是把钳子夹在一起,僵持不动(观众表示:你就给我看这个?)。生长速度也很慢,有一只人工饲养的椰子蟹,在463天内蜕了四次皮,最多一次长胖了20克。

【图片来自 reddit】

小岛供养不起大型食肉动物,所以在小岛上,没有谁能伤害身披硬甲的椰子蟹,它可以过着悠闲缓慢的生活。但在人来到小岛上之后,椰子蟹被当成美食,大量捕捉,这种可怜的动物因此锐减。

【图片来自svkamaya.blogspot】

3、王与皇帝

世界上第二大的企鹅叫王企鹅,第一大的企鹅叫帝企鹅,表示“升了一级”的意思。除了阿拉斯加“帝王”蟹,还有一个商品名澳洲“皇帝”蟹的家伙,学名Pseudocarcinus gigas,生活在澳洲南部几百米深的海里。这两个名字比企鹅糊涂,“帝王”和“皇帝”,你知道哪个大啊?

【图片来自acuteaday】

帝企鹅比王企鹅大,而且耳朵后面是黄色的,宝宝的区别就很明显了……

但事实是明显的。“皇帝”蟹在生物学界称为巨大拟滨蟹,它有多巨呢?有记录最大的一只,重达14.5公斤。

[…]

Linux 守护进程的启动方法

“守护进程”(daemon)就是一直在后台运行的进程(daemon)。

本文介绍如何将一个 Web 应用,启动为守护进程。

一、问题的由来

Web应用写好后,下一件事就是启动,让它一直在后台运行。

这并不容易。举例来说,下面是一个最简单的Node应用server.js,只有6行。

var http = require(‘http’); http.createServer(function(req, res) { res.writeHead(200, {‘Content-Type’: ‘text/plain’}); res.end(‘Hello World’); }).listen(5000);

你在命令行下启动它。

$ node server.js

看上去一切正常,所有人都能快乐地访问 5000 端口了。但是,一旦你退出命令行窗口,这个应用就一起退出了,无法访问了。

怎么才能让它变成系统的守护进程(daemon),成为一种服务(service),一直在那里运行呢?

二、前台任务与后台任务

上面这样启动的脚本,称为”前台任务”(foreground job)。它会独占命令行窗口,只有运行完了或者手动中止,才能执行其他命令。

变成守护进程的第一步,就是把它改成”后台任务”(background job)。

$ node server.js &

只要在命令的尾部加上符号&,启动的进程就会成为”后台任务”。如果要让正在运行的”前台任务”变为”后台任务”,可以先按ctrl + z,然后执行bg命令(让最近一个暂停的”后台任务”继续执行)。

“后台任务”有两个特点。

继承当前 session (对话)的标准输出(stdout)和标准错误(stderr)。因此,后台任务的所有输出依然会同步地在命令行下显示。 不再继承当前 session 的标准输入(stdin)。你无法向这个任务输入指令了。如果它试图读取标准输入,就会暂停执行(halt)。

可以看到,”后台任务”与”前台任务”的本质区别只有一个:是否继承标准输入。所以,执行后台任务的同时,用户还可以输入其他命令。

三、SIGHUP信号

变为”后台任务”后,一个进程是否就成为了守护进程呢?或者说,用户退出 session 以后,”后台任务”是否还会继续执行?

Linux系统是这样设计的。

用户准备退出 […]

二十年后,你会为什么而后悔?

本文作者:游识猷

我很少讲这个故事。七年前,我的眼前摆着一张 X光胸片。两片黑色的肺叶上,遍布着无数小白点,像我平生所见最残酷的星空。每个白点都是一个癌转移灶。在过去的一个月中,许多白点从孤星长成了星系,这代表化疗药物已经耐药。除非奇迹发生,病人的剩余寿命不会太长。

内心深处我知道,我的父亲,很可能不会成为一个癌症康复者了。

那一刻,我必须做出一个决定,要不要将这个糟糕透顶的消息告诉父亲——这个决定其实不该由我做,但在中国,医生往往将一个人的真正病情告知他的家属,而非告知病人自己。

“如果你能重活一次,你会选择改变什么? ”

美国心理学者刘易斯·特曼( Lewis Terman)曾长期追踪一批少年天才,到了 1986年,这群人已垂垂老矣,研究者问了仍在世的 720位、平均年龄74岁的 “当年神童” 这个问题,有些人回答 “我什么也不后悔,因此我什么也不会改变 ”;有些人则希望改变一些 “非自己所能控制的东西”,比如“ 我真的希望晚点出生,生活在更男女平等的时代 ”;不过,也有些人讲述了自己心中埋藏的最大憾事。 1995年,康奈尔大学的两位研究者重新整理了这些回答的原始数据,发现这些憾事可以分成三类 ——54%的人遗憾自己“未曾做一件本该做的事情 ”,12% 的人后悔自己 “做了一件不该做的事情”,34% 的人则觉得自己 “在关键时刻做了错误的选择 ”。

至少有五人提及的 “当做未做” 包括:本应努力拿到本科或研究生学位。本应更努力工作。本应更努力学习。本应在职业选择上更忠于自己兴趣所在。本应更坚定地发展自我能力。本应更注重社会关系。本应更努力建立家庭。本应更忠于自己内心的目标和选择。本应为家人付出更多时间。

至少有五人提及的 “不该去做” 则包括:不该那么早结婚。不该开始吸烟。不该开始酗酒。不该那么频繁地高强度工作。

上个月 28日(本文写于2015年8月),李开复跟癌症搏斗20个月后,以一部《向死而生》宣告 “归来” ,短片中,李开复说了他确诊癌症后自觉时日无多时最大的几个遗憾 ——其一,父亲在世时没有好好认识他,也没有

父亲好好认识自己;其二,没有在母亲还有记忆时,告诉母亲自己有多爱她,有多么感激她为自己付出的一切;其三,没有好好照顾自己的健康,没有在过去的人生中给予妻女足够的陪伴、支持和爱。

三条,全部属于 “当做未做” 。

尽管在运用体验取样法( ESM)记录“生活中每个当下你为什么觉得后悔和遗憾 ”时,很多年轻人会更频繁地报告对 “要是早知道,今天就不干那件事 ”的后悔。然而,随着时光流逝,当一切无可挽回时,因为“当做未做”而抱憾终生的人,要远多于因为“不该去做”而后悔不已的人。

七年前,我没能鼓起勇气告诉父亲,他的真实病情。我怕他会放弃后续治疗,我怕他会承受不了这个打击……这是我当时的想法。

现在回想起来,我当时真正恐惧的,是我不够强大,不能安抚他的情绪,不能成为他的依靠。可能父亲其实心知肚明,在他和我说 “我已经骨瘦如柴了”,而我却无言以对的时刻。但直到最后一刻

我始终保持了缄默,我剥夺了父亲知道自己真实病情的权利,和选择如何度过自己最后半年人生的自由。

如果能够重来一次,我会告诉父亲一切。

每时每刻,这份遗憾都在用痛楚提醒我,到最后,我最无法释怀的不是失败,而是放弃。绝不能因为一时恐惧,就放弃真正重要的事。后来,我没有选择更安稳的人生,我选择了更忠于自我,不改初衷。不是我变得更勇敢,只是我知道了真正的遗憾,能有多痛。

牛娇客(你成功的秘诀是什么?)zz

发信人: newjoker (醜醜汼), 信区: Joke标 题: 牛娇客(你成功的秘诀是什么?)zz发信站: 水木社区 (Tue Feb 23 22:17:34 2016), 站内

1.“你成功的秘诀是什么?” “我成功的秘诀是不能把成功的秘诀告诉别人。”

2.昨天刚走进一家星巴克,还没等我开口那店员就先说了:你是来体验Apple Pay的吧?我们店暂时还不支持,今天来了很多人都没能体验到。。。我说:你们洗手间在哪?店员:不好意思,洗手间请出门左拐KFC。

3.星巴克是一家以咖啡店为主题的照相馆。。。肯德基麦当劳是以快餐店为主题的公共厕所。。。学校是一所以学习为主题的婚姻介绍所。。。

3.到三亚同学那里去玩,太热情了,同学拿出三亚最好的烟招待我,说超过500块一根呢。我抽了几口觉得也没什么两样,直到景区管理员把一张500块的罚单递到我手上…

3.刚刚办公室突然停电了,很多同事都在抱怨没及时保存工作进度。还好我有先见之明,压根儿就没干活!

3.一百块可以买什么?当别人在为100块奋斗的时候,我他妈在为怎么花钱而烦恼!毕竟100块钱花半个月不是那么容易的事情!

3.“老板,你这里有人吃过霸王餐么?”“有,以前遇到过。”“你们把他怎么样了?”“能怎么样,遇到这些没素质的,自认倒霉呗。”“哦那我就放心了。。。我吃霸王餐。”

3.“一年是365天,人的一生大概也就3万多天左右!”“小伙子,这就是你娶我闺女给的彩礼钱来由?一天一块钱?”

3.下雨时,你愿意跟陌生人分享你的伞吗?我愿意,因为一般我都是不带伞的那个。

3.小时候有个动画片,只听主题曲还以为是讲述神偷父子二人传奇事迹的。那首歌是这么唱的:“大偷儿子,和小偷爸爸……”

3.人生就像昨晚的星光璀璨元宵晚会,全靠演技。萨顶顶360度完美演绎歌曲《大名顶顶》,远远听上去,音色非常好,有种空灵的感觉,但画面拉近一看,话筒居然都拿反了。。。原来不是身体的360度,是话筒的360度。。。对于网友的指责和不满,萨顶顶回应称:“别骂了下次演的更精细些,大家消消气!”导演:我不管,还是100分。

3.飞行最不愿意遇到航班延误的其实是飞行员,因为飞机不起飞时飞行员和乘务员都没钱啊,还要处理各种旅客的事宜,我一广东的飞行员同学说,他每次遇到延误,都会很客气的用英语求管制员一句话:Delay no more please…效果都很好…结果有一天,他飞香港,被香港的管制员投诉了:你别骂人!

3.“我胖了!”“我也胖了!”——两个瘦子。“你瘦啦!”“你也瘦啦!”——两个胖子。

牛娇客(追星的女孩都很善良)zz

发信人: newjoker (醜醜汼), 信区: Joke标 题: 牛娇客(追星的女孩都很善良)zz发信站: 水木社区 (Tue Feb 23 21:50:01 2016), 站内

1.追星的女孩都很善良,而且目的单纯:无非就是想和自己的偶像谈谈恋爱生生孩子结结婚。

2.去年夏天有次送快递,去敲门,一个妹子在里面萌萌的说:“你放门口吧,我没穿衣服。。。”我瞬间智商爆表,机智的回答:“不行啊,要签字的。。。”

3.我与男友认识一个月了,他长的很丑,但给我的感觉很踏实。今天去见他的家人,初次见面大家都夸我漂亮,叫我如花。

3.开车经过一个公交站,见一个美女正在等车。我想,不错,搭讪一下。就停下车问她,去哪?稍你一程?但是说了几遍也不搭理我,我就生气的说,你是不是聋啦?美女吓一跳,双手抱胸说,你…怎么看出来的?

3.火车上小伙子身边做一个很正点的漂亮的妹子,想搭讪却不知道说什么,没想到妹子先跟他说话了,她说:“帅哥,你有口香糖吗?”小伙很兴奋的说:“有啊!有啊!”妹子说:“那。。。那。。。你能吃一颗吗?”

3.从前有对夫妻,女的叫你妈男的叫欠打。有一天,你妈在厕所里晕倒了。欠打马上拨打120说:“喂,医生吗?你妈在厕所里晕倒了。”医生顿了一下说。:“你TMD是不是欠打啊!”欠打说:“对啊,我就是欠打怎么了。”。。。

3.老家的兄弟突然打电话找我借钱,当时我问他是什么原因,他说女友怀孕了,现在还缺点钱。我顿时就怒了,你女友怀了孕就想着借钱把孩子打掉,要是个男人就该承担责任!我不借!他又说:那你是答应我娶你妹妹了。。。尼玛!!!

3.我:“兄弟,借我点钱急用!”朋友:“你又惹什么事了?”我:“这次你借我,咱俩就还是朋友。”朋友:“靠,那我要是不借呢?”我:“不借,咱俩就是亲戚!”朋友:“什么意思?”我:“我把你妹整怀孕了!”

3.放假回来,楼主在公司暗恋的女孩一直没来上班,还以为她辞职了,好伤心。同事劝我:塞翁失马,焉知非福?今天她来上班了好开心,还给我们带来了喜糖。

3.后面坐了一对逗B同桌,有一次女的好像吃错什么东西了,一直作呕吐状,男的脑子一抽说:你有了?然后周围的人都朝女的看,弄得女的挺尴尬的,然后男的可能觉得自己说的话有点过分了,又来了一句:别生气,都是我的错!全班都不淡定了。。。

3.老婆:“亲爱的,如果现在让你再选个职业,你想干什么?”老公:“当兵!”老婆:“你能受得了那么严格的约束?”老公:“我受过训练!”老婆:“什么训练?”老公:“结婚!”

Java的final关键字

在《Java关键字分类解析》里介绍了所有Java关键字和保留字的基本用途,到《Java修饰符及其作用对象》又介绍了所有Java修饰符的应用。通过修饰符的表格看到final是唯一一个可以在类(Class)、方法Method、变量(Variable)上都能应用的,但前文也提到final在这些作用对象上的效果是不太一样的,本文就详细展开介绍一下final的具体效果。

final class

当一个类被定义成final class,表示该类的不能被其他类继承,即不能用在extends之后。否则在编译期间就会得到错误。

package com.iderzheng.finalkeyword;   public final class FinalClass { }   // Error: cannot inherit from final class PackageClass extends FinalClass { }

Java支持把class定义成final,似乎违背了面向对象编程的基本原则,但在另一方面,封闭的类也保证了该类的所有方法都是固定不变的,不会有子类的覆盖方法需要去动态加载。这给编译器做优化时提供了更多的可能,最好的例子是String,它就是final类,Java编译器就可以把字符串常量(那些包含在双引号中的内容)直接变成String对象,同时对运算符+的操作直接优化成新的常量,因为final修饰保证了不会有子类对拼接操作返回不同的值。

对于所有不同的类定义—顶层类(全局或包可见)、嵌套类(内部类或静态嵌套类)都可以用final来修饰。但是一般来说final多用来修饰在被定义成全局(public)的类上,因为对于非全局类,访问修饰符已经将他们限制了它们的也可见性,想要继承这些类已经很困难,就不用再加一层final限制。

另外要提到的是匿名类(Anonymous Class)虽然说同样不能被继承,但它们并没有被编译器限制成final。

import java.lang.reflect.Modifier;   public class Main {   public static void main(String[] args) { Runnable anonymous = new Runnable() { @Override […]

[科学圈圈坐2016]磁性绝缘体?反直觉的话就读文章吧

本文作者:一起剥坚果

编者按:本文作者马岳(Eric),斯坦福大学应用物理系博士生,2015年10月30日,在《科学》杂志上以第一作者的身份发表了文章,并联系到科学松鼠会,希望向国内的读者们详述这篇论文背后有趣的知识。2016年的科学圈圈坐,趁机就这么启动了……

感谢马岳在第一次科学写作过程中付出的巨大努力;感谢猛犸对文章第二稿给出的详实建议;感谢郭曼文 (Ivy Guo)牵线了这次合作,结识科学松鼠会时,她正处于即将完成学业,进军职场的阶段,刚完成了骑行横跨美国的壮举,如今,已经是爱非凡国际教育咨询创始人及CEO了。

正文开始前,先看看马岳的自我介绍:

我叫马岳(在米国大家叫我Eric),斯坦福大学应用物理系沈志勋教授组N年级博士生。学物理大约开始于高中参加物理竞赛,不小心拿了个奖,在不是特别明白的情况下就卖身北京大学物理学院了。然而物理一学就容易上瘾,因为经常会引发一种“对宇宙万物大概的运行规律都有所了解”的良好自我感觉。实际情况倒也真差的不多(每周的《自然》和《科学》杂志上的文章基本都能明白个大概),但是身在硅谷,每天经受着互联网创业大潮的冲刷,还是不免时不时怀疑自己研究的实验凝聚态物理到底能不能最有效率的为社会产生价值,以及为我产生饭票。除了物理,从小就对生物有浓厚的兴趣:别人家的孩子在踢球打街机,我却趴在地上看蚂蚁,一看能看一下午。这个兴趣到了现在不减反增,以至于经常选些无关科研的生物物理课。最近又发现人工智能和虚拟现实很有意思,用到科研上应该会有巨大潜力。放眼未来,觉得没准可以用大数据流研究某种很酷的,和电输运或者光学有关的生物物理问题 — 如果到时候还没有为了饭票转行做码农的话。

当年在北大山鹰社度过了几年非常美好的时光,所以有空还是喜欢去户外转转,爬爬山钓钓鱼,自虐一下,每次回来都更加珍惜来之不易的文明生活。另一大爱好就是打游戏,从红警95到巫师:狂猎,目前在期待第一部虚拟现实大作,经常感叹现在的孩子们真是太幸福了。最近突然意识到人文社科其实也非常有趣(且重要),于是没事就补补政治经济历史。

总之我的人生估计和科学是脱不了干系了。既然要做个科学家,我希望能成为一个不仅研究科学,也能传播科学,服务社会的好科学家 — 说到传播好科学,目前汉语圈里还没发现比科学松鼠会更靠谱的,所以一直觉得能给科学松鼠会写东西是一种荣誉。

【@Mt. Shasta. 如果说做实验就像爬山,我觉得我多半都是在大雾/暴风雪天爬 — 能清晰的看见顶峰(实验目标)的情况还是很少很奢侈的。】

以下为正文,手绘图均为马岳完成(比Ent画的不知道好到哪里去了)。

一群来自美国斯坦福大学,劳伦斯伯克利国家实验室,日本东京大学,RIKEN理化研究所,中国西安交通大学和上海微系统所的科学家们最近发现了第一个有着金属性磁畴壁的磁性绝缘体。这项结果发表在2015年10月30日的《科学》杂志上。

【基于扫描电子显微镜照片的金属性磁畴壁效果图。竞标《科学》杂志封面失败的作品。】

除了有个听起来很酷炫的名字之外,这项研究不仅给一个在理论上争论了半个世纪的问题提供了第一个实验证据,也有可能成为未来存储介质的基础,悄悄影响你我的日常生活 — 所以不如现在就来了解一下。

什么是磁性绝缘体

从导电性质的角度,固体大致可以分为金属、半导体和绝缘体三类。其中纯半导体和绝缘体没有本质区别:两者随着温度降低导电性能都会飞快变差(电阻率升高),理论上,在接近绝对零度时都会完全绝缘。与之形成鲜明对比的是金属:金属的导电能力对温度变化不算敏感,在低温下导电性也依然很好。

【简化的普通金属和绝缘体导电性(电阻率)随绝对温度的变化。】

给定一种材料的化学构成和晶体结构,从理论上预言这种材料是金属还是非金属,是固体物理最重要的研究课题之一。这个问题和“三体”问题类似,是个看起来很简单但实际上非常复杂的问题:虽说我们知道整个体系的精确的动力学方程——即薛定谔方程,但是因为材料里的电子和原子核太多了(大约每立方厘米中有1023个),而且每一个带负电的电子都受到其他所有电子的排斥和所有带正电原子核的吸引,其中的变量如此之多,以至于根本没有希望能把这个方程解出来。

于是物理学家们做了一个十分大胆的假设:完全忽略电子之间的排斥,以极大地简化计算量。这个看起来大胆过头的“近似”实际上效果却出乎意料的好,可以准确预测大量材料的性质。

然而有些用这种方法算出来应该是金属的材料,实际上在低温下却变成了半导体/绝缘体 — 这些大多属于电子互斥不能被忽略的例子(在室温下这些材料大多会恢复成金属,所以日常生活中不常用到)。1951年,美国物理学家John Slater用平均场近似处理了电子之间的排斥,发现不仅能得到绝缘体,居然还得到了磁性:当电子互斥足够大,温度也足够低时,电子们都更愿意宅在自己的原子核附近而不是到处转悠,于是本来在高温下导电的材料就变绝缘了;同时因为电子是费米子——满足泡利不相容原理,这意味着什么?意味着它们的自旋也会按照某种特定的方式排列——结果就是产生了磁性。科学家给这些有磁性的,在低温下才存在的绝缘体,起了个名字叫“Slater绝缘体”。

【一个有“金属-绝缘体相变”的材料,在临界温度以上是没有磁性的金属,在临界温度以下因为电子之间的互斥变成了有磁性的绝缘体(小箭头表示电子自旋)。】

再后来,大家觉得对有些电子互斥格外强的材料,平均场理论也不够精确,以至于需要真正考虑每对电子之间的排斥,也就是又要面对可怕的未解方程式,这谈何容易!于是大家不得不做其他简化/假设,并且经常被迫用物理图像而非数学说事。这一类绝缘体被叫做Mott绝缘体。和Slater绝缘体不同,Mott绝缘体理论上可以没有磁性。

这里要强调一下,归根结底Slater和Mott都是理论模型,实验上在低温下观测到的“磁性绝缘体”到底更适合用哪种模型描述,各家说法不一。

什么是磁畴壁以及它(理论上)为何会导电

在有磁性的材料里就会有“磁畴”,以及“磁畴壁”。举个例子,一块普通磁铁可以看作很多微观小磁针(磁矩)的集合。这些小磁针的南极都朝着一个方向,所以宏观磁铁的南极也朝着相同的方向。如果你把磁铁加热到足够热,这些小磁针会开始杂乱无章地随机转动,于是磁铁会失去宏观上的磁性。

如果你在一个有外加磁场的地方把磁铁冷却,小磁针们一般会自发的沿着外磁场方向排列,从而还原磁铁的宏观磁性。然而如果在没有外磁场的地方把磁铁冷却,这些微观小磁针仍会希望回到整齐排列的状态,但它们会面临一个艰难选择:把南极都向着左边、右边,还是其他任意一个方向?毕竟,在没有外磁场的情况下,所有方向都是等价的。最终不同位置的小磁针们会随机选择一个方向,于是原来的一整块磁铁,就变成了很多块较小的、磁场方向随机的磁铁的集合。

每个内部小磁针排列方向确定的区域,就叫做一个磁畴。这些磁畴的尺寸可以从几纳米到几毫米甚至更大——你的磁条式信用卡和传统磁盘里储存信息的就是这些家伙。值得一提的是,由于磁畴形成过程的随机性,如果再一次加热+零场冷却,得到的磁畴一般是不同的(不信可以用你的硬盘试试)。

相邻磁畴的边界就叫做磁畴壁:在磁畴壁附近的小磁针们从一种排列方式过渡到另一种排列方式,因此可以说磁性在磁畴壁处被“扰乱”了。

【把一块磁性材料加热到磁转变温度以上之后,在零磁场下冷却一般会形成很多磁畴和磁畴壁;在强磁场下冷却,却可以还原宏观磁性,其方向会由所加的磁场和磁铁的几何形状决定。】

磁性绝缘体里也有磁畴和磁畴壁。由于这些材料里电磁性质的耦合,磁畴壁在理论上可能会变得导电。比如在Slate绝缘体的模型里,磁性和绝缘性基本是成对出现的,所以既然磁性在磁畴壁处被扰乱了,绝缘性自然也会被扰乱,于是磁畴壁理应变回金属。这个计算很简单,数值结果在大多数情况下也支持这个物理图像。

Mott绝缘体要复杂得多:有人认为,在这种绝缘体中电子之间的排斥起绝对主要作用,磁性如果存在,也不过是个副产品,所以不管磁性有没有被扰乱,材料都应该保持其绝缘性 — 于是磁畴壁一般不应该变成金属。然而这个计算很难,好像没有人真正算出来。

以上这些理论上的讨论,终究要和实验观测结合才有意义。可是这些磁畴壁也真是非常难研究,在成百上千的磁性绝缘体材料里,直到2015年都没有确凿的证据,来说明哪怕某一种特定材料里有金属性的磁畴壁。于是大家就打打嘴仗,互相扣一扣”Slater派”和“Mott派”的帽子。

金属性磁畴壁的首个实验观测

Nd2Ir2O7是一种有金属-绝缘体相变的氧化物,在室温是个无磁性的金属,降温至临界温度-240℃(绝对温度33开尔文)以下变成磁性绝缘体。2014年科学家们发现这种材料有个很特殊的性质:如果你把一小块这种材料加热到临界温度以上,并在强磁场里冷却,它会变成一个普通的磁性绝缘体,随着温度降低,导电性飞快变差;但如果在零磁场里冷却,它却要导电的多,而且在极低温度下,也没有要变的完全绝缘的趋势。

[…]

[what if]第142期:太空捷达

本文作者:xkcd

原作:http://what-if.xkcd.com/142

编译:猪的米

What if 系列:http://songshuhui.net/archives/tag/what-if

提问:

如果我再入大气层时是坐在我的车里会发生什么?(我开的是2000年款的大众捷达TDI)这种方式下它对环境的破坏程度会比正常开的时候还要大吗?

——Casey Berg

回答:

不管你信不信,对于某颗行星而言,往它身上扔一辆汽车要比让汽车在它表面行驶更“环保”一些。不过其实也不太好说。

(唉,我讨厌并道)

或许你也听说了大众公司在尾气排放测试中的作弊行为最早可以追溯到2009年,虽然你的车是在那之前制造的,但这并不意味着它排放的污染物就更少。美国自上个世纪70年代起就在不断收紧一些尾气排放物(如造成雾霾的氮氧化合物)的标准。到了大约10年前,当最新一轮标准生效后,大众公司显然认为在不牺牲性能的前提下继续遵守标准代价太过高昂,因而他们决定在汽车中植入作弊程序以通过尾气测试,并且对顾客虚假宣传旗下汽车的环保性能。

如果你通过某种方式把汽车弄到了绕地轨道上,然后让它像卫星那样再入大气层烧毁,那么尾气排放的问题也就不复存在啦。

(啥?我的车要年检了?怪不得总有那些闪着灯的车子追我)

从另一个角度来看,你的汽车(以及你自己)焚毁后的残渣会散布到平流层中,那么这对我们产生什么影响呢?

嗯,其实并没有人知道准确的结果!大约每天都会有一块大型宇宙碎片(比如卫星或者火箭助推器)再入大气层,我们会说它们在大气层中“烧毁了”,然而它们并没有完全消失。大块的碎片最后会坠落到地面上(通常是掉进海里或者沙漠里),其它的微型碎片会留在平流层中,而且大家并不清楚它们会产生什么影响。

(其实我们每时每刻都在吸入各种奇怪的东西,比如当我们不小心把含特氟龙涂层的锅子放在灶台上烧的时候。或许我们更应该担心这种情况,而不是某辆在天上飞的汽车)

你的汽车再入大气层时产生的冲击波也会产生氮氧化合物,这会暂时性地在臭氧层上弄出一个小窟窿。不过这个空洞很快就会合上,相比于其它的各种破坏臭氧的途径,这种的总体影响实在是微不足道。

虽然你的汽车会暂时性地破坏臭氧层,但它对阻止全球变暖却是有帮助的。我不太清楚你的车还会开多少年,但如果它再开上上百上千英里,就会排放出大约20到30吨的二氧化碳。而如果你通过再入大气层烧毁你的车,虽然仍然相当于往大气层里排放碳,但这远远不及你继续驾驶它产生的碳。

(砖家们警告说我们必须尽早停止像大气层中排放臭氧)

到头来真正的问题不在于再入大气层,而是要如何把汽车发射到太空中去。火箭发射对环境的影响要远远大于再入大气层,不过由于一年也发射不了多少次,对整个环境来说影响还是不大。

现在问题来了:你和你的捷达为啥要去太空?太空中还有其他飞车嘛?这些车都是被传送到地球轨道上的嘛?如果是的话,那么就有大麻烦了。

(马斯克说他会推送更新补丁,这样我们就能再入大气层降落到他的驳船上了,不过没人想当第一个小白鼠)

卫星碎片从太空中掉下来砸中人的概率很小,然而仅仅美国就有数亿辆私人汽车,如果它们一瞬间全部被发射到地球轨道上,并且准许它们再入大气层的话,很有可能会有成百上千人被天上掉下来的汽车引擎、传动装置或者半融化状态的车轴砸伤或砸死。

不过换个角度来看这个问题,每年大约有三万美国人死于车祸,这么说来如果我们把所有的汽车都发射到太空中去,并坐等它们掉下来砸到我们,这样听上去虽然不咋地……

(不好意思教授,我之前没想到你对角度的要求这么高)

……但至少比继续在路上开它们安全吧。

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编译:猪的米

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