你每天按开关开灯的时候,有没有想过,电到底是从哪来的?不少人从中学课本就记住,电流是电荷定向移动,默认发电站的电子顺着电线一路狂奔到你家灯泡。但今天要讲的事,估计能震碎你从小建立的物理认知,连很多理工科生都搞不清楚。

打开网易新闻 查看精彩图片

给你算个数据你就懵了。1安培电流走1平方毫米的铜线,里面电子的移动速度也就每秒0.07毫米,比蜗牛爬还慢得多。照这个速度,电子从几十公里外的发电站爬到你家,得等好几十年,你按完开关得等半辈子才能亮灯,这明显不对啊。

那为啥按完开关灯秒亮?其实真正跑的快的不是电子,是电场。开关一合上,电场几乎瞬间就布满整条导线,速度差不多是光速的一半到一倍。导线里本来就挤满了自由电子,所有电子就在自己的位置上被电场推着一起动,根本不用从几十公里外慢慢挪过来。

这就像你家满水的长水管,你这边一开阀门加压,那头立刻出水,出来的本来就是管子里早就有的水,不是你刚从水厂送过来的新水。这个比喻其实很多人都听过,但接下来的内容才是真的颠覆。

打开网易新闻 查看精彩图片

更颠覆的还在后面。电场和磁场一叠加,能量传播的通道压根不在电线里面,是在电线外面的空间里。这个不是什么脑洞民科说的,是1884年英国物理学家坡印廷就提出来的标准电动力学结论。

人家专门推出来了坡印廷矢量,哪里有互相垂直的电场和磁场,能量就在哪里流动。后来费曼在自己的物理学讲义里专门讲过这件事,说能量就是在导线周围的场里走的,导线的作用只是给场指路而已。

实际情况是,绝大部分能量都在线缆之间的电磁场里传输,只有一点点能量会跑进导线,变成导线发热的焦耳热。说电根本不进导线那是科普简化,说能量都靠电子在电线里跑那就是完全错了。

打开网易新闻 查看精彩图片

前几年有个千万粉的外国科普up主做了条讲这个事,一下子引爆了物理圈。他做了个思想实验,电源和灯泡隔1米,用绕地球半圈的导线连起来,开关合上之后灯泡多久亮?他说只要3.3纳秒就亮,因为能量走空间直线,根本不用等电子绕地球跑。

这下好了,一堆物理博主吵翻了天。有人说3.3纳秒那只有一丢丢耦合电流,根本算不上亮。有人说答案得看电路的几何设计,不能一概而论,还有人真买了一千米导线实测,结果确实短时间出了信号,但要正常亮还是得等一会。

吵到最后大家也达成了共识,能量在场里传输这个核心结论没问题,3.3纳秒亮灯只存在于理想假设里,现实里不是这么回事。这吵吵闹闹算下来,从坡印廷提出理论到现在,刚好138年,还真没停过。

打开网易新闻 查看精彩图片

现在网上也有人拿这个结论瞎引申,说什么人体能量也不走血管,血管就是个带路的,大部分能量靠电磁波辐射。这话其实是半真半假,坑了不少人。

真的那部分是,咱们在二十多度的环境里安安静静待着,确实差不多六成散热是靠红外热辐射,这是国内医学院权威教材都写了的标准答案。你现在就是一个三十六度五的红外小灯泡,时时刻刻往外发辐射呢。

假的那部分是,散热靠辐射不等于给细胞供能不靠血管。葡萄糖、氧气这些细胞需要的“燃料”,全都是血液实打实送过去的,红外辐射带走的只是用完剩下的废热,这完全是两码事。

就好比你看见工厂烟囱冒烟,就说工厂的原材料都是从烟囱运进来的,这完全说不通。还有那种说生物光子携带生命信息,靠光就能给身体补能量的,到现在也没被主流科学界认可,听听就算了别当真。

不过也不是所有和光相关的说法都是瞎扯,有几个还真有科学依据。第一个就是六百七十纳米的深红光能改善视网膜敏感度,四十岁以上的人每天照几分钟,色彩敏感度能升两成,只是效果会消退,还需要更大规模的研究验证。

第二个是早晨的自然光能帮你校准生物钟,这个证据还挺硬的,视网膜里专门有种细胞能感受光,调整你的褪黑素和激素节律,帮你睡的更稳。

第三个就是户外强光能预防孩子近视,这个很多人都听过了,研究证实每天户外活动久的孩子,近视率低很多,强光能促进视网膜释放多巴胺,不让眼轴变长。这也是目前最靠谱的“给眼睛充电”方法,没什么玄乎的,就是靠光照的作用。

打开网易新闻 查看精彩图片

很多时候就是这样,看起来颠覆认知的玄学,刨开了就是还没被大众弄懂的科学,那些看起来离经叛道的结论,背后其实都是物理学家吵了上百年的硬核知识。

参考资料:人民卫生出版社 生理学,费曼物理学讲义