格物社·在线图书馆

作者：N 审核：白烟   交流电和直流电是人们日常生活中电力使用的两种基本方式，然而交流电和直流电各有千秋，各自具有对方不可替代的优势，因此很多时候我们对交流电如何转换成直流电或是直流电如何转换成交流电倍感兴趣。通过查阅资料，了解到交流电转直流电是以整流电路作为重要模块实现的，而整流电路的重要组成元件是——二极管。对此，本文以交流电如何转换成直流电为思想来源，以二极管为所调研的电子元件，着手于调研二极管在整流电路中起到的作用，以此深入了解整流电路的原理、理想电路模型与实际电路元器件与模块之间的联系与区别。借此加强对电路理论的以及Multisim仿真工具的深度学习。 1. 引言   众所周知，交流电和直流电是人们在日产生活中两种基本的用电方式。然而交流电与直流电凭借着自身的优势，各有千秋，应用于不同的场景。如照明、动力用电大部分属于交流电，而电脑与手机等又大多采用直流电。因此很多时候我们需要针对交流电与直流电的优缺点，将他们相互转化来达到用户对电力特性的需求。   为此，本文从交流电如何转化为直流电的角度进行分析调研，从中了解到了一种名叫整流电路的模块在交流电转直流电电路中起到的至关重要的作用。随后调研了以此为出发点，逐步了解到整流电路是利用电子元件二极管的特性所制造。结合Multisim仿真工具，在此过程中加深了理想电路模型与实际电路元器件与模块之间的联系与区别。   本文的调研思路为：从二极管的基本特性开始——整流电路是如何利用二极管的特性组成——整流电路如何使用于交流电转直流电电路——深入拓展之稳压二极管与直流稳压电源。 2. 二极管的基本特性 A． 二极管的基本构成与伏安特性曲线   二极管是用半导体材料（硅、硒、锗等）制成的一种电子元件。它具有单向导电性能，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。因此，二极 ...

作者：@cheeze molecule（翻译） Credit: Mark Schiefelbein/AP/Shutterstock   贺建奎教授与其他基因编辑研究者不得不面临的现实问题。   十一月末，一对基因编辑免疫艾滋婴儿的出生引起轩然大波，伴随其横空出世的，还有关于CRISPR技术实验与法律规范、伦理道德的激烈争论。在整个争议中，我们听到了许多不同的反对或中立或赞同的声音。几天前召开的第二届人类基因编辑技术峰会上，组委会的发言对这一事件描述为“前所未料且令人困扰”；众多生物科学方面的研究者对于此事的态度十分复杂，但大多认为其操之过急，并对其合法与安全性存疑。近日，著名国际性科技期刊《Nature》也在其头条文章上对于贺建奎及基因编辑婴儿提出了六个问题结局尚未明朗的问题，让我们来看一看，想一想。 一、贺建奎会有麻烦吗？   目前的状况是，11月27日即贺建奎在第二届人类基因编辑技术峰会上发言的前一天，国家卫生局敦促其所属大学——南方科技大学的所在地广东省人民政府对其展开调查。两天后，中国科技部勒令其停止一切科学研究。他的行为虽已经违反卫生部2003年提出的指导方针，但未触及明文的具体法律法规。南方科技大学的某位负责人在接受采访电话时表示要“等待学校官方声明”，没有具体回应，也反映出此事件的复杂性。学校官网上，贺建奎的个人网页被撤销，部门网站与个人简介中一些关于他信息的链接已失效。   贺建奎的回应是：“我将留在中国，我的祖国，并配合所有的工作。”   注：原文撰写于2018年12月初，2019年12月30日，深圳市南山区人民法院一审公开宣判贺建奎等三名被告人因共同非法实施以生殖为目的的人类胚胎基因编辑和生殖医疗活动，构成非法行医罪，分别被依法追究刑事责任。 二、贺建奎言论结果的准确与真实性如何确定？   许多科学家表示，要证实贺建奎的说法需对婴儿及父母的基因 ...

作者：phy东西   (文字科普向，多文字预警)   相信大家小时候都玩过弹簧，比如说弹簧笔、魔方(啊这个人真是三句话不离魔方)，什么地方都有这种像螺纹管一样的弹簧：   当你把这个弹簧在桌面滚动的时候，就会看到一列波似乎从弹簧的一侧传递向另一侧；再比如钻头或者理发店门口的红蓝白三色柱，在转动的时候，也会感觉螺纹从一端源源不断地“冒出”，最后消失在另一端，这看起来确实类似于波在“行进”。   我们可以简单计算一下这个波的波速。假设螺线管半径为r，旋转频率为f，螺距为h。我们所观测到的“波”是螺线管在某一平行其中心轴的平面上的投影，如下图：   在一个周期1/f中，这个波“前进”了一个螺距h，波速为hf。而螺线管上绕中心轴做圆周运动的质点的运动速度为2πrf。对比不难发现，只要h>2πr的时候，总可以在螺线管各点速度均不超过光速的情况下，让这个波的“波速”超过光速。   好！物理学的大厦轰然倒塌……了吗？   没有的，因为这个波根本没有携带任何信息，可以说，这个波上每一个点的轨迹，就像人浪一样约定好了，只是和波看起来有一样的形状。   那么我们能换一个复杂点的螺线管吗？可以的，如下两张图：   蓝线是红线的投影。等相位点，就是每个极值点在不断向右推进，这就是相速度。但其实螺线管只是原地旋转，波的“复包络”，或者说螺线管的“外轮廓”没有前进。而整体包络前进的速度可以认为是“群速度”，就是大家一起“共同”的速度。   形象的示意见下图：   此处举一例，对于极其接近的ω1，ω2≈ω，有两个波cos(ω1t-k1x)+cos(ω2t-k2x)=2cos(ωt-kx)cos[(ω1-ω2)t/2-(k1-k2)x/2]，其中第一项高频项就是载波整体向前传递，而后一项，变化极慢的项则是波的形状向前传递。   关于其详细的推导可以看《费恩曼物理学讲义(第一卷)》48节 ...

作者：APC编辑部科普组   PS：以下文章的硬核内容，大部分由某不愿意透露姓名的julao答疑，小部分综合自dalao们的聊天记录。   9月19日和20日两天，各个小群开始疯狂流传了一个卡片：   没错，就是这两个蓝字“点我”，引发了一场科普大作战……   首先说太长不看版：此卡片对大家没有什么危险，点了也无妨，不会泄露自己的信息，之后大家不要转发，更不要作死去随意改各种东西就行了。   那么回过头来，科普大作战又是啥回事？让我们梳理一下时间线~   2020年9月19日晚，某些群第一次出现了这张卡片，并引发群友一阵狂点！   引起骚动的背后，各位群友也觉得：WTF？这么好玩？要不转发给其他人也点点康？（顺势疯狂截一波图，日后好“威胁”）   于是，第二天，也就是9月20号，仅自己看到的就有好几个群“沦陷”。这款卡片已经开始在各个小群广泛传开了（而且内容也开始多样化了嘿）。   但到那时为止，其实并没有什么很大的不妥，这玩意大家也只是当消遣枯燥的时间罢了。   然鹅到了中午，这款软件的风评急转直下，各个小群突然开始禁止这种小卡片的转发，有人因此被禁言30天甚至“您已被移除群聊”。   原因就是某个时间，某群内突然说这个卡片是最新型的病毒，并称可以截取手机的ip地址，情况十分严重：   还爬出了所谓的“被盗取的信息”：   事情到这里性质就发生了变化，这张卡片从一个消遣工具摇身一变，成为了人们口中的“病毒”卡片（卡片表示承受了生命不能承受之重）。而这个谣言甚至比卡片最初的传播速度还要快，发过的、没发过这种卡片的群，都开始广泛传播这个卡片的危害：   当然这种谣言传播到懂计算机的大佬手中，那自然就看出来这是个谣言了： 那么，这个卡片是如何做到自动回复的呢？有没有危险呢？   我们找到了某julao的答疑，以及聊天记录，为大家带来科普向的简答： j ...

作者：自控力 审核：毫秒   金融危机，一个徘徊在所有市场经济国家头上的幽灵。自人类建立起金融体系后，金融危机事件便成为了最为恐怖的事件之一。它的每一次登场，都可让无数人一夜之间从家财万贯到一贫如洗。   1929～1932年的金融危机引发的大萧条，更是间接引发了第二次世界大战。细看人类金融史的金融危机，让我们得以了解到——以前的金融大鳄手段有多么多，人们在红利面前又能变得多么疯狂。   按照时间线，我们慢慢梳理这个恐怖的存在。今天我们就来看看，近代金融系统的第一场金融危机——郁金香泡沫。   17世纪的荷兰凭借着高超的造船技术，优良的信誉，不怕死的精神（在当时遍布海盗的情况下，荷兰商船为了多载货不安装任何武器∑(￣□￣;)），以及国内强大的金融系统支持。赢得了海上马车夫的名号。又因为国内良好的金融系统，一方面使得出海航行的资金可以从全民哪里募集，另一方面也使得全体人民都能共享航海带来的巨大红利。总而言之，“航海”让荷兰人民富起来了。   而人吧，有钱了他就容易去作，而且又是在17世纪那个资本主义还不是特别发达，消费主义盛行的时候。人们挣了钱不会主要想再投入生产而赚更多钱，反而要去购买奢侈品和豪华品彰显自己的财富。正是这种背景下，郁金香泡沫悄然展开了。   郁金香是种原产于小亚细亚地区，主要产地在土耳其附近。16世纪中叶郁金香开始进入欧洲各国，也正值欧洲各国贵族处于相互炫富的时候，郁金香很快受到了热宠。被作为贵族间相互展示和交流的物品。   而郁金香在荷兰开始流行主要在十七世纪。1593年一位来自维也纳的植物学教授，克劳修斯受到荷兰的一所大学邀请，便带着几份郁金香来到了荷兰。迅速郁金香凭借着优美的外形赢得了荷兰上层人群的喜爱，而且由于郁金香的栽培难度大，开花周期长。很快郁金香便被推升到了高价，但这还远远不足以让郁金香成为一款让荷兰全民疯狂的物品。   此时凭借着荷 ...

作者：清流 审核：円岛   说道斯金纳这个人，大家可能有些陌生，但是说道巴甫洛夫，大家可能就十分熟悉了，巴甫洛夫是前苏联生理学家、心理学家、医师、高级神经活动学说的创始人，高级神经活动生理学的奠基人。条件反射理论的建构者，也是传统心理学领域之外对心理学发展影响最大的人物之一，曾荣获诺贝尔生理学和医学奖。（头衔还真多） 巴甫洛夫像   巴甫洛夫曾经做过一个著名的实验：他发现狗一看见食物就会分泌唾液，于是他就在给狗食物前都会摇铃铛，久而久之，即使没有食物，只要听见铃铛响，狗就会分泌唾液，这就是心理学上著名的条件反射实验。   今天我们讲的斯金纳箱子就和这个实验有关。 首先我们来聊聊斯金纳这个人：   斯金纳，美国心理学家，新行为主义学习理论的创始人，也是新行为主义的主要代表。 斯金纳像 然后我们来看看他的实验   实验1:将一只很饿的小白鼠放入一个有按钮的箱中，每次按下按钮，则掉落食物。   结果:小白鼠自发学会了按按钮。 2. 行为与惩罚   实验2:将一只小白鼠放入一个有按钮的箱中。每次小白鼠不按下按钮，则箱子通电。   结果:小白鼠学会了按按钮。   但遗憾的是，一旦箱子不再通电，小白鼠按按钮的行为迅速消失。 3.固定时间奖励   实验3:将一只很饿的小白鼠放入斯金纳箱中，由一开始的一直掉落食物，逐渐降低到每1分钟后，按下按钮可概率掉落食物。   结果:小白鼠一开始不停按钮。过一段时间之后，小白鼠学会了间隔1分钟按一次按钮。 4. 概率型奖励   实验4:将一只很饿的小白鼠放入斯金纳箱中，多次按下按钮，概率掉落食物。   结果:小白鼠学会了不停按钮。 5. 迷信的小白鼠?   实验5:好吧，其实吧，实验5还是实验4，概率型斯金纳箱。   结果:这些小白鼠有很多培养出了奇特的行为习惯，比如撞箱子、比如作揖、比如转圈跳舞。   斯金纳认为，人和动物的行为有 ...

作者：Delta   注：“入门方法”指的不是“如何入门初等数论的方法”，而是“入门级的初等数论所使用的方法”。为防止引起歧义在这里提前说明。   在文章开始之前先问一个问题：   √2是整数吗？   答案无非两种：是，或者不是。我相信在场的大多数人都会说不是，因为在大多数人印象中，√2就是一个普通的无理数，而整数则是0，±1，±2…这些。但是我接下来要说的可能会颠覆某些人的想法。   √2确确实实是整数。   想要说明白这个，首先我们要了解代数数的概念：   显然，所有有理数和无理数中能被表示成根号形式的数都是代数数，因为它们肯定是某个有理多项式的根。而代数整数的定义则要更严格一点，它要求：   而很显然我们注意到，x²-2=0满足代数整数所需的多项式条件，那么它的根√2就是代数整数，简称整数。此处的整数是我们所说的有理整数0，±1，±2…的推广，它包含了全体有理整数，并且不包含全体非整数有理数（也就是分母不为1的既约分数）。   回到我们的√2上面来。为什么数学家非要创造一个新定义去把√2定义成整数呢？其实这是代数数论的观点，而代数数论很大程度上是为了解决费马大定理而发展的。为了更一般地解决与不定方程相关的问题，我们需要把整数环的数论性质拓展到更一般的整环上，由此产生了从代数结构去研究整环的代数数论。   （场下观众：停停停停停！怎么越来越多听不懂的名词了？）   好吧，我逐一解释一下这些名词：   当然，代数数论只是数论的一条分支，是为了解决纯数学中出现的问题而产生的。然而这门理论并不能解决所有的数论问题，所以数论也进化出了很多其他的分支，比如解析数论、计算数论、几何数论、超越数论、组合数论等等。总之，为了解决特定的问题，就要发展特定的数学工具，拓展特定的定义——这也是数学上的常用操作：   如果定义不够用，就推广定义；如果推广后还不能满足某些性质，那就修改 ...

作者：Delta 引 言   1904 年，在一篇名为《对位相分析学的第五次补充》的论文中，亨利·庞加莱(Henri Poincaré)提出了一个猜想：   在一个三维空间中，假如每一条封闭的曲线都能收缩到一点，那么这个空间一定是一个三维的圆球。   这个猜想所表达的意思到底应该如何理解？难道这就是高深莫测的庞加莱猜想吗？为什么一个连数学符号语言都没有的、完全用自然语言描述的看似“显然”的猜想能困扰历代整整九十九年的数学家？   今天这篇文章就着重来解决这些问题。 正 文   这句话的意思并不难理解。我们先反过来，从一个三维球体 D3 内部的一条封闭曲线开始考虑。下面我们通过数学软件模拟出来这个情形：   其结果为：   现在我们让球内的曲线任意收缩，如图：   最终能收缩成一个点(1)。   不难看出对于球内的任意一条闭合曲线都是这样。也就是说，我们可以观察出来，在 D3 中，每一条封闭的曲线都能收缩到一点。而庞加莱猜想，则是把这条看起来显然的定理逆过来，他认为利用每一条能收缩到一点的曲线，能够推导出这些曲线所在的空间的性质。当然，到这里你可能有个问题：就算能够利用曲线的性质推导出它所在空间的性质，但为什么偏偏是球体？为什么不能是其它形体？   （讨论环节。）   其实不一定是球体，也可以是正方体、长方体，甚至可以是(2)：   好吧。   我承认心形体确实不大可能，除非设计这个空间的人是个可爱的女孩子。   撇开这些不谈，实际上，上面说到的这些形状，专业名词称之为流形(manifold)，通俗地来说被定义为：   局部具有欧几里得空间(Euclidean Space)性质的空间。   什么叫做欧几里得空间？   这样讲吧，一维的欧几里得空间就是（实）(3)直线，二维的就是平面，三维的就是立体， 跟我们日常生活中所认识的一样。   在此基础上我们来理解 ...

作者：斎藤信 审核：2333   在上次文章的末尾，我们了解到至少在2060年之前都没有闰正月，也就是说不要想着放两个月的寒假了（然鹅今年纯属是个意外），原因是什么呢上篇文章的末尾有提到哦，不过在此之前读者们可以自己思考一下喔。   祝大家开学愉快（逃

作者：神州 审核：食野   机体的免疫可以通过各种各样的方法抵御各种各样病原体的入侵，但是，病原体也可以通过各种手段来逃避免疫系统的攻击和追杀，实现它在机体内存活并伺机扩散的目的，也就是免疫逃避。   其中，病毒、细菌或寄生虫们的免疫逃避方式并不完全相同。   对病毒来说，免疫逃避是造成持续感染，抗病毒无效的主要原因，这包括潜伏感染、抗原变异、干扰免疫系统功能等。   人们比较熟悉的可能就是抗原变异，这是许多RNA病毒较为常用的一种免疫逃避方式。抗原变异是指病毒抗原结构的改变，从而导致了身体原本产生的抗体不再能有效地与其结合，从而逃避抗体的中和或调理作用。抗原的变异也可能会导致原有疫苗的失效。   另一种途径是潜伏感染，潜伏感染是指病毒潜伏在宿主的免疫系统不易接近，不方便进行攻击的组织或细胞内。以这种方式逃避免疫系统监视的病毒也并不少见，例如麻疹病毒和疱疹病毒等，这些病毒会潜伏在中枢神经系统中，来躲避淋巴细胞。另一种潜伏方式是病毒的DNA在宿主细胞中逆转录为cDNA，并以整合或者环状分子的形式潜伏在宿主细胞内。当免疫功能正常时，这两种情况下病毒依旧被免疫系统所压制，集体也并不会出现异常或疾病。但当机体的免疫能力低下时，病毒就会活化，重新增殖，引发多次感染。例如，HIV感染宿主细胞后，就通过后者进入潜伏状态，被潜伏状态感染的细胞并不表达HIV抗原，从而以此逃避了免疫系统的追杀。   当免疫系统需要清除被病毒感染的细胞时，需要识别靶细胞表面提呈的抗原肽。很多病毒也在这时干扰或组织靶细胞抗原呈递，通过影响靶细胞对抗原的提呈来干扰T细胞的抗病毒免疫过程。病毒可以通过编码蛋白质来抑制抗原肽的产生，也可以通过使MHCⅠ类分子表达下降从而干扰抗原的加工和提呈。   细胞可以通过凋亡来抑制病毒的增殖，而病毒也有特殊的途径干扰细胞的凋亡来更好地增殖。有一部分病毒在侵入细胞后通过表达生长 ...