有哪些反直觉的物理现象？ 第1页

以毒攻毒，用湍流干掉湍流。

用几个转子去扰动和加强湍流，然后湍流开始衰减，获得层流。

和以声消声不同，由于流动的非线性，无法靠简单的反向叠加消除湍流，何况也不可能获知扰动前湍流的所有信息，更无法制造一个跟它刚好抵消的作用。

具体解释是，利用中间那个转子加强湍流，湍流越强其动量交换能力越强，高速流的动量就能更多传给低速流，核心流速度场“被平均”，获得了一个更均匀的湍流以及更平坦的速度剖面。湍流能量级串（能量从大涡传给小涡，小涡再传给小小涡，过程中粘性一直在耗散流体的机械能，直到能量被完全耗散掉变成热）中最初的能量来源是时均流场速度梯度带来的剪切作用，通俗地讲，涡是“搓”出来的。加强后的湍流其速度剖面很平坦，核心区的速度梯度小，剪切作用弱，能量来源被切断了，持续的耗散而没有补充，湍流逐渐衰减成层流。

为了证明这一点，又做了个实验：

因为流体在壁面处的速度一定是和壁面速度一致的，即无滑移，那么沿着流向移动壁面可以增加壁面附近的流速，但总流量不变，核心区的流速只能下降，速度剖面因而更平坦，速度梯度更小，最后也成功实现了湍流的衰减。注意那个虚线是湍流的速度剖面，最终形成的抛物线是层流的速度剖面。

参考文献：

Kühnen, J., Song, B., Scarselli, D. et al. Destabilizing turbulence in pipe flow. Nature Phys 14, 386–390 (2018).

看到评论里提到了机翼上的涡流发生器，又想起了另一个关于层流和湍流的反直觉现象：湍流也可以减阻，典型应用案例是高尔夫球。

按照正常的直觉，对于在流体中运动的物体，把表面做的光滑如镜，维持表面的层流状态是可以减阻的，上一个例子中的管流就是如此。那么问题出在哪？

先来分析下阻力的来源。流体中运动的物体受到的阻力由两部分组成：摩擦阻力和压差阻力。对于流线型的物体，流动在表面无分离或者小分离，物体受到的阻力主要是摩擦阻力，这种情况下，维持物体表面的层流有助于降低表面的速度梯度，降低摩擦阻力。比如机翼，NASA在研究的层流翼型就是尽量让机翼表面维持大面积的层流降低阻力。

然而球不是流线型物体，它尾部很钝。一个物体在流体中运动时，表面会形成一个叫边界层的东西，边界层内速度和能量较低。随着流体沿着物体表面运动，由于粘性的作用，流体的动能会逐渐被消耗，当边界层内的流体的速度低到不足以抵抗逆压梯度时，它就不再贴着物体表面流动了，即所谓的边界层分离，高尔夫球在空气中的运动就属于这种情况。

那么分离对高尔夫球有什么坏处呢？当气流流到高尔夫球背面实在跑不动了，不难理解分离后会在背面产生一个低压区，正面的高压和背面的低压会对高尔夫球产生可观的压差阻力，并且比摩擦阻力大不少。这时候人就想办法，我能不能让这个分离不发生或者让分离区变小呢，那样不是可以降低压差阻力吗，然后就诞生了坑坑洼洼的高尔夫球。表面的坑坑洼洼可以产生很多小涡，将层流边界层强制转化为湍流边界层，湍流的特点是流体微团的脉动，其动量交换的能力比层流强得多，因而可以更高效地把边界层外高速气流的动量输送给边界层内的流体，给边界层补充能量，使其更晚分离，形成的分离区更小，降低压差阻力。

另外从这个视频里可以看出，光滑球背面会出现不规则分离的大尺度结构，导致球受力不稳定，使其容易发生“随机”的横向漂移，影响球的轨迹。高尔夫球表面坑坑洼洼将大尺度结构撕裂成更多的小尺度结构，使球的受力不会低频大幅脉动，代之以高频小幅脉动，从而打得更准。

湍流边界层的抗分离能力比层流边界层强得多，机翼上的涡流发生器也是这个道理。航空工程师们为了提高升阻比，千方百计想要给机翼降低阻力，层流翼型是个努力，但想要保证气流沿着机翼始终保持层流且不分离实在太难了。机翼上表面要是出现大面积分离那就失速了，升阻比会暴跌。如果分离一定要发生，那退而求其次，我在分离位置的前面布置一组涡流发生器，利用它产生的涡强行给边界层补充能量，使边界层继续贴着机翼流动不分离。

涡流发生器一般设计成像一个小叶片一样，剖面也是翼型。

在超声速飞行的钝体头部开个喷口反向喷流可以减阻。第一次听到时，直觉告诉我反着喷不是应该产生反向的推力吗？没错！但如果喷出去的气流给飞行器降低的阻力大于它自己产生的反向推力呢？

这个技术最初用来降低钝体头部受到的气动加热，可用于弹道导弹、运载火箭等，然后不知哪天某个家伙发现这玩意竟可减阻，和潜射弹道导弹头部的减阻杆道理差不多。

减阻杆是啥？受潜艇空间的限制，潜射导弹需要做得很紧凑，不信你看潜射导弹都是圆圆胖胖的。尖锥虽好但太长且内部空间利用率低，所以潜射导弹头部一般都做成钝钝的。可是这样的钝体在超声速气流中会产生弓形脱体激波，波阻很大，怎么办？减阻杆诞生。

减阻杆利用头部先产生一道激波，这个激波虽然也不弱，但好在减阻杆头部面积很小，波后气流对它的压力也就不大。弹头和弹身藏在减阻杆拨开的气流中，这部分气流的压强没有波后那么大，这就成功降低了弹身受到的阻力，而且降低的阻力比减阻杆本身受到的阻力要多。如果你把减阻杆的头部和弹头连起来，你会发现它和尖锥形差不多，增加了导弹的等效长径比。

减阻杆通常做成上图中那样可伸缩的，平时缩在导弹里面，发射之后再伸出来。光靠这根杆儿，三叉戟C4的助推段阻力从18吨降到9吨，射程增加300多公里。

同减阻杆类似，反向喷流用气体制造了一个虚拟减阻杆，撑起保护伞使弹体免受高速气流直接冲击，避免被高压和高热摧残。不过，反向喷流减阻需要喷流的参数在合适的范围内，不然你要是在头部装个大推力火箭发动机，那就不是减阻了，成减速了。

含气泡的液体，其声速远低于纯气体和纯液体中的声速。

我们知道常温常压下，空气中的声速约为340m/s，水中的声速约为1500m/s，那么掺杂了很多空气气泡的水，其声速是多少呢？直觉告诉我们应该介于340和1500之间。然而结果是，当气泡水中空气的体积含量在10-90%时，气泡水中的声速竟只有20-30m/s左右！

要解释这个问题，需要先回顾下声音的概念及声速如何计算。

声音是一种在介质中传播的微扰动波，当声源发生振动时，会对周围的介质产生微弱的扰动，使介质发生微弱的压缩和膨胀，这种扰动以机械波的形式在介质中传播开，就是声音。

对一维微扰动波波前波后列连续方程和动量方程，可得到声速的表达式（这里不推导了，详细可参见任何一本气体动力学教材）：

这个表达式是通用的，不管气体还是液体还是固体或者什么混合物，其中的声速都满足这个式子。这个式子什么意思呢？就是当一个微弱压缩波在这种介质中传播的时候（不失一般性地，为了描述方便，我们认为这个波是压缩波），波前未受扰动的介质在被压缩波扫过之后，压强会有微弱的升高，密度也随之微弱增大，而声速就是这两个微弱变化的比值的开方。由这个式子可以看出，同样的压力升高导致的密度增加越多，声速越低，即介质可压性越强，声速越低。论可压性，一般而言（不绝对）气体＞液体＞固体，所以声速是气体＜液体＜固体。理论上，不可压介质中的声速为无穷大。

扯得有点远了，回到气泡水的问题。以一半空气一半水为例，由于水的可压性相比气体几乎可以忽略，我们可以近似只考虑气体的体积减小，那么同样的压升，混合物的体积收缩率约为纯气体的一半。假如纯气体体积会收缩1/10000，那么同样压升，混合物的体积会收缩约1/20000，即纯气体密度会增加约1/10000，混合物密度会增加约1/20000。但是由于水的密度约为空气的800倍，所以混合物的密度约为空气的400倍，也就说，同等压升导致混合物的密度增量是纯空气密度增量的约200倍。回到最初那个公式，混合物的声速约为纯气体声速的 倍，算下来确实只有20多m/s。

可以说，气泡水声速低是因为它兼具气体的易压性和液体的高密度，对于刚才的例子，相对于气体，混合物的可压性下降一半，但是因为混入了液体，密度增加了几百倍；相对于液体，混合物密度下降了一半，但是因为混入了气体，可压性增加了几个量级。

同一型航空发动机红黄色尾焰的温度高于蓝紫色尾焰。看到这，很多人可能会有两个直觉。

直觉1：以前学的都是说蓝色火焰比黄色火焰温度高，燃气灶就是这样。再说幽蓝色比亮黄色看起来高大上多了，冒蓝火难道不比蜡烛那样的黄火厉害？

直觉2：热辐射的普朗克定律告诉我们，物体温度越高，其发出的电磁波中，短波占比就越高，蓝光波长短于红光，那应该是蓝色火焰温度更高呀，学天文的小伙伴可能还会联想到恒星的颜色。

但是，这里需要注意个前提——同一型发动机。

航空发动机加力时，因为燃气尚未反应完全就被喷出，所以才产生尾焰。尾焰的发光机制很复杂，主要为基团电子跃迁发光和炭黑颗粒热辐射发光。

基团电子跃迁发光机制与焰色反应类似，激发态的基团不稳定，发生能级跃迁回到基态，跃迁产生光子，能量以电磁波形式释放。由于每种粒子或基团有其特有的结构，其电子跃迁也只会释放特定大小的能量，产生特定波长的电磁波。航空发动机的燃料是煤油，煤油燃烧过程中产生很多小分子和基团，比如H2O、CO2、CH、C2、CO、O、H、OH。航空发动机尾焰的蓝紫色主要来自于CO2、CH、C2的跃迁。

尾焰中红黄色光的产生原理就简单多了：不完全燃烧产生的炭黑颗粒在高温下释放出的热辐射。

由于尾焰中燃烧正在进行，必然伴随着跃迁发光，所以蓝紫色总是有；但炭黑颗粒需要不完全燃烧才能存在，所以红黄色不一定有。不过，固体颗粒的热辐射发光比分子基团的电子跃迁发光强不少，基本只要炭黑出现，亮黄一般会掩盖幽蓝。

重点来了，对于同一型发动机，红黄色尾焰产生自不完全燃烧，说明喷了更多油，而航空发动机内是贫燃燃烧，更多的油会使温度更高！为避免断章取义，要强调一下：不同型号发动机的尾焰颜色不能用来判断彼此的温度高低。

关于航发尾焰颜色更详细的解释：

螺旋星系的密度波理论。

上图这种银河系的图像大家应该很熟悉了，一条条旋臂呈漩涡状绕着星系中心旋转，我们的太阳系就位于猎户臂上。直觉上告诉我们，旋臂应该由同一批物质组成，这种想法很自然，但有个大问题：星系自转时，内部角速度应该较外部的大，几条旋臂会越缠越紧，但我们看到的星系并没有拧成麻花。

上世纪40年代，瑞典天文学家林德布拉德受水波启发，如果把星系想象成大量星体构成的连续介质，并把星系比作流体而不是刚体，那旋臂结构可以看成是种流体波，即密度波或压缩波，只不过支配星系这个流体的力不是分子间作用力，而是万有引力，密度波理论诞生了！

刚诞生的密度波理论还比较初级，后来一个跟天文学八竿子打不着关系的行外人用他扎实的流体力学和数学功底建立了系统的密度波理论，这个行外人就是解决了海森堡在博士论文中遗留的湍流难题的林家翘先生，这是后话了。

密度波理论认为星系的螺旋结构是一种波形图案，这个波不与物质相关联。密度波理论成功解释了星系螺旋结构的本质和能够维持的原因。星系自转过程中，恒星有进有出，并不会在旋臂中停留，但进入旋臂的恒星会减速挤在一起使密度增大。星际气体进入旋臂时受到压缩，可触发恒星形成，能解释明亮年轻恒星集中分布在旋臂上的现象。

我觉得用交通拥堵沿车流的传播来类比，比用水波更恰当。日本研究人员拍的视频：

其实密度波这东西本身不反直觉，在连续介质里各种机械波比如声波就很好理解。密度波理论反直觉在于它的研究对象，星系自转的时间和空间尺度太大了，动辄几万光年的尺寸、几亿年的旋转周期，远远超出人类直观感受的认知范围，几百年时间那些星系看起来就像从没变过，让人先入为主地认为它就像个刚体一样。

同一个轨道上同向运行的两颗卫星，后面那颗要想追上前面那颗，它得先反向喷一下减速，再正向喷一下加速。减速后卫星能量下降，掉入一个更低的轨道，低轨比高轨角速度更大，快追上时再加速一下回到原来的高度。不过这种适合于相距较远的两个卫星，近的话，如对接的时候，直接怼过去就行。

从地球上发射物体飞向太阳需要耗费的能量比飞出太阳系要多得多。反直觉的地方在于，飞向太阳有太阳引力相助，怎么还会比克服太阳引力飞出太阳系要更难？

从初始动能的角度看，地球发射一枚炮弹命中太阳需要耗费的能量是逃离太阳系的4.78倍。
从地球摆脱太阳引力飞出太阳系需要相对太阳42.1km/s的速度，地球绕太阳公转提供了29.8km/s的初始速度，所以飞出太阳系只需沿着地球公转方向发射炮弹，补齐剩下的12.3km/s。
如果要命中太阳，有个最容易想到的方式是把炮弹随着地球绕太阳公转的29.8km/s速度减为0km/s，然后炮弹会直线掉向太阳，这就需要沿着地球公转反方向以29.8km/s的速度发射炮弹。不过还有更省能量的方式，考虑到太阳半径较大并不是一个点，只要以椭圆轨道方式在近日点擦到太阳背面也算命中，最终计算结果是需要向地球公转反方向以26.9km/s的速度发射炮弹，这个动能是逃离太阳系的需要的动能的4.78倍。

这部分数据引自小火箭的文章《奔向水星！小火箭详解人类水星探测的历史与未来》，语言重新组织了下。计算中不考虑其他行星，只考虑太阳和地球，并且把地球视为一个点。

从计算中可以看出，造成这种反直觉的原因关键在于地球的公转速度太大。

需要注意的是小火箭的计算中没有考虑地球引力的作用，如果考虑摆脱地球引力所需要的动能（对应第二宇宙速度11.2km/s），上述发射速度都要再提高一点，比如逃离太阳系需要从12.3km/s提高到16.7km/s（12.3^2+11.2^2≈16.7^2），即第三宇宙速度。尽管如此，结论仍是飞出太阳系比飞向太阳要容易。

家里的罐装液化气，只要环境温度不变，不论里面的液化气还剩多少，里面压强都是一样的。或者说充液化气的时候，不管你充多少进去，只要没充满，里面压强都是一样的。原因在于，液化气罐内的压力等于当前温度下液化气的饱和蒸汽压，只要温度不变，这个饱和蒸汽压就不变。

2020.06.25

2021.07.05 更

马拉高尼（Marangoni）效应。

狼和小羊的故事大家都知道，狼为了吃羊各种找茬，狼说小羊喝水污染了河水，小羊反驳说可我在下游喝水，怎么会污染到你上游呢？

事实上，还真的有可能会污染上游。先看个视频：

对该效应的解释如下：

由于具有高表面张力的液体相较于低表面张力的液体对周围液体的拉力更大，因此表面张力梯度的存在自然会导致液体从低表面张力的区域流走。

也就是说，由于各种原因，比如加入了其他物质，上下游流体的性质不同，上游的表面张力大于下游的表面张力，把下游流体表面的物质给拉过去了。

（嘘嘘的时候还有点孩怕呢）

沸腾传热中的莱登佛罗斯特（Leidenfrost）效应。思考这样一个过程：一个装满水的烧杯，一根没入水中的不锈钢细管，烧杯下有另外可控的加热使水保持饱和温度 （对于水，标准大气压下约为100℃）。现对不锈钢管通电加热使其表面产生沸腾汽泡，不锈钢管也维持一个恒定温度 ，这样就存在一个过热度 。现在问题是，不锈钢管向水散热的热流密度 （单位时间、单位表面积传递的热量，W/m2）随过热度 如何变化？直觉告诉你，不锈钢管表面越热，散热速度应该越快是吧，也就是 应该是随 单调增加对吧？事实上 随 的变化曲线是这样的：

从图中可以看到，随着 的增加， 是先增后降然后再增。具体原因如下：

简而言之，过渡沸腾区热流下降的原因是，水遭遇热表面时汽化产生的水蒸气不能及时排除，汽泡覆盖在热表面阻碍传热进行。

该现象有时需要避免，有时也可以加以利用。

对于用冷却水吸热的核反应堆是需要避免：在核反应堆中，我们能直接控制的是核反应速率（改变控制棒插入程度），即放热速率或热流密度是可控的，此时就要限制热流密度，使其小于核态沸腾区的热流密度峰值 ，因为一旦超过该峰值，其工作状态会直接沿着前面曲线图中虚线跳到稳定膜态沸腾区（不可能停留在过渡沸腾区，因为过渡沸腾区能提供的散热能力小于堆芯放热能力，热量积累会使堆芯温度持续上升进入膜态沸腾区，直至堆芯放热与冷却水吸热达到平衡），过热度 会猛升至近1000℃，可能导致设备烧坏甚至堆芯熔毁。

利用的该现象的也有，比如迅速地把手插入液氮再拿出，由于手温度与液氮温度差大约200多℃，热流密度在 附近，人手表面产生的汽泡会把手保护起来，阻碍传热，不会冻伤（勿长时间停留）。液氮冰桶挑战、湿脚走炭火、湿手放入熔融铅用的也是这个原理。

很多大厨都会的无油煎鸡蛋不糊也不粘同样用的这个原理，可以看到图中锅都烧红了，鸡蛋中的一小部分水遇到锅瞬间沸腾产生了一层气膜把鸡蛋和锅隔绝开了，保护了起来。火箭发动机中有时也会利用该现象，在喷管内表面喷一层液膜，保护喷管使其免被高温燃气烧蚀。

不定期想起一个反直觉案例就会更...

告诉我你们是怎么理解原子核这个概念的？

是不是像图片中那样，原子核就是一堆质子和一堆中子紧密地排聚集在一起形成的东东？

如果是这样的话，那我只能遗憾的通知你：你对原子核有着极大的误解，你脑海中的原子核图像跟真实原子核相去甚远。

先写到这，有时间再更新，我想看看有多少人对原子核感兴趣，如果没人的话那就不更了。

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1、既然有人点赞那就更新一些。首先要解释的一个问题是：原子核中是不是只有质子和中子？

我们接受的知识一直都是：原子核是由中子和质子组成，人们会想当然地认为原子核中只有质子和中子。

但是很遗憾，事实并非如此，原子核中还有一些不太为人所知的成分，比方说：介子云。

1935年，日本物理学家汤川秀树提出假说，认为核子和核子之间通过交换虚介子来产生强相互作用，并尝试根据该假说计算了了一些原子核结构，发现跟实验数据符合的很好。汤川秀树因此获得了诺贝尔物理学奖。

根据量子场论，两个粒子之间通过交换虚粒子来产生相互作用，所谓的虚粒子是与实粒子相对应的东西，与真实的粒子有很大的不同。但是如果能量足够高，虚粒子可以变成实粒子。当一个核子因为被激发而拥有较高的能量时，它的周围会围绕着幽灵一样的介子云。

不只是高能核物理，中低能核物理中往往也要考虑介子本身对核子的影响。总之，在计算原子核内部结构时，介子已经成为有必要考虑的一个成分。

另外答一送一，简单说一下核子内部的成分。质子和中子是由夸克构成，这是没有问题的，但是，质子和中子的内部并不只有夸克。

做一道简单的算术题：质子和中子的质量都是900MeV左右，质子由uud夸克构成，中子由udd夸克构成，其中u表示上夸克，d表示下夸克。那么一个合理的猜测是:u夸克和d夸克质量差不多，都是300MeV左右。

但是，这个猜想错了，大错特错。实验中经过测量得到的结果让人大跌眼镜：u夸克的质量只有3MeV，d夸克的质量只有4.5MeV，三个夸克的静止质量加在一起只占核子质量非常小的一部分。

那核子的质量来自何方？答案是胶子，核子中还有胶子的存在，它们占了核子质量中相当大的一部分。

什么是胶子这里就不解释了，请各位自行百度。

2、原子核内的质子和中子是不是紧紧的靠在一起，相互之间很少发生相对运动？

这是一个很合理的假设，人们在一开始就意识到原子核是一个极难被压缩的东西，因为核子和核子之间的相互作用实在是太强了，人们自然就认为核子和核子是紧紧地靠在一起，相互之间很少运动，并因此提出了液滴模型。什么是液滴模型这里不细说，但液滴模型的一个重要特点就是：原子核和周围的核子之间有非常强的相互作用，就像水滴一样。

但问题是，费米整出来了一个费米气体模型。

费米气体模型几乎跟液滴模型完全背道而驰，在费米气体模型中完全不考虑核子核子之间的相互作用，核子在这个模型中自由自在地运动，就像理想气体一样，所以被称为费米气体模型。

费米气体模型作为一个理论模型实在太粗糙了，我相信费米当初提出这个模型本身也只是因为它计算简单而已，但奇怪的是，虽然费米气体模型的很多计算结果准确度不高，但它在一些方面却做的不错，描述的结果居然还挺好，这可真是太奇怪了。这说明这个模型一定有什么合理的地方。

于是乎，壳层模型问世了。

1949年，梅耶夫人和詹森提出了著名的壳层模型，震惊了核物理学界。原子核的壳层模型与原子中核外电子的壳层模型很像，即认为原子核中存在着一定的壳层结构，不同的核子填充在不同的壳层上，如果一个原子核正好处在满壳层上，那么这个原子核就会比较稳定。

壳层模型的思想跟费米气体模型有相似的地方，那就是忽视核子和核子之间的相互作用，认为核子在原子核内独立运动。这简直就是在跟液滴模型过不去，也大大违反了人们之前的对原子核的认识。你能想象一个已经被一大堆足球塞得满满的箱子里面足球却在高速运动吗？但就是这样的一个壳层模型，却获得了极大的成功。于是人们必须解释：为什么在原子核内部那种密度极其高、相互作用极其大的区域内，核子竟然能独立运动？

善于为实验事实找理论依据的理论家们很快就找到了解释：泡利不相容原理。原子核内部的壳层被核子们占据了，由于一个核子周围的能级都被其它核子占据了，所以核子很难通过碰撞来改变自己的状态。因此，原子核内的核子可以独立地运动。

今天就更新到这，如果反响不错的话我明天就接着往下更新：壳层模型的缺陷和原子核的转动、振动及其它现象。

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在介绍下一个问题之前，先介绍一个知识点：原子核的形状。

绝大多数的原子核的形状是一个轴对称椭球，形状如下图所示：

（摘自卢希庭《原子核物理》）

有人可能会问：哪些原子核是球形的呢？答案是：满壳层的原子核。

直觉告诉我们，当一个原子核是球形时，由于球形本身的高度对称性，它应该非常稳定才对。事实也确实如此，当一个原子核的质子和中子壳层都填满时，它的形状确实是球形，而满壳层核往往也比较稳定，这跟我们的直觉是相符的。

这里顺便补充一句：原子核中质子和中子各有一套属于自己的壳层，这与核外电子不一样。

本来我打算介绍一下原子核的转动，但考虑到原子核的转动没什么吸引人的地方，所以略过不谈，直接谈另一个话题：原子核的振动。

根据量子力学，球形核是没有转动的，但是球形核有振动，而且球形核的振动方式还不止一种。

（球形核的振动方式，摘自杨福家《原子核物理》）

上图中给出了球形核的几种振动模式，第一种振动模式中，原子核形状不变，依然是球形，只是时大时小，就像一个气球一样：可以膨胀也可以收缩，就好像....原子核在呼吸一样。

第二种振动是相对于质心的平移，没有形状的变化。

第三种振动比较诡异，球形核变成长椭球，再变成球形核再变成扁椭球。

第四种振动即八极振动，这振动属于难以用语言描述的那种，所以我就放弃了描述它的想法。

非球形核也有振动，不过没有球形核那么好玩，这里就不说它了。

我为什么要介绍原子核的振动？

我们前面介绍过原子核的壳层模型，壳层模型中认为核子在原子核中是独立运动，并不受其它核子的影响。壳层模型获得了成功，但这并不等于说壳层模型是完全正确的。壳层模型之前，液滴模型也获得了巨大的成功，它成功解释了原子核的聚变和裂变，为人类利用核能提供了巨大的理论支持，但那又如何？液滴模型还是有自身的缺陷，它无法解释原子核的壳层结构。同理，壳层模型也有自己的问题，这个问题就处在壳层模型的基础假设上：原子核内的核子，真的不受其它核子的影响吗？

原子核的转动、振动现象告诉我们：不是这样。原子核为什么会产生振动？通俗点说，原子核产生振动的根本原因就是原子核内的核子受到了其它核子的影响，单个核子的运动不再是独立的了，于是原子核内部就产生了一群核子集体做运动的现象。这证明了壳层模型存在着缺陷，需要加以修正，于是就诞生了集体模型。

事实上，除了振动和转动以外，其它一些现象也证明了原子核内的核子与核子之间存在着相互作用，比方说：对关联。

人们早就发现原子核内的核子有凑成一对的传统，当原子核内的中子数和质子数都是偶数时，原子核的基态会更稳定些。人们从凝聚态物理中获得了灵感，把凝聚态物理中的BCS理论拿到核物理中，很好地解释了原子核的成对现象。

在系统的学习原子核物理之前，我脑海中的原子核是一个静态的模型：质子和中子被强相互作用牢牢地束缚在一起，相互之间没有任何移动，形成了一个固定的、静止的原子核。但是现在呢？静态的模型被动态的模型所代替，核内的核子无时无刻在在做着自由的运动，当核子运动到核力势垒的边界上时被“碰”的一下子反弹了回来，如果势垒非常薄弱或者核子能量足够高，它就会逃离原子核，而原子核本身还在进行振动和转动；核子与核子之间通过交换介子产生核力，而交换的介子本身又会对其它核子产生影响.....这实在是太出乎我的意料了。

今天就先更新到这里吧，有机会把中子晕和中子皮补上，不过不要有太多指望，这两个现象我也不太懂，就看能不能找到资料解释清楚了。

想到哪写到哪吧！

1、落米问题：米从高处的出米口处落下，初速为零，流量不变。米落在一个秤盘上，当秤的示数为50kg瞬间，关闭出米口，待空中的米落下，稳定后的示数还是50kg！（当然理想物理模型和生产实际之间是有差别的）违反【直觉：不会这么巧】

2、彩虹：仔细观察，会发现彩虹圈内天空的亮度比圈外天空的亮度要大。（补充1每个人看到的彩虹位置并不相同。补充2在开阔而平静的水面上，甚至可以同时看到6～8条彩虹）违反【直觉：肉眼看似无差别的就真的无差别】

3、流体问题：漏斗大头朝下，含着漏斗出口往下吹气，竟然能把漏斗入口处的乒乓球吸住。违反【直觉：A在大多数情况表现如何，就该在所有情况如何表现】

4、电磁感应：一个磁铁分别从一个铝管和一个塑料管中落下，下落时间会差别很大！违反【直觉：A和B在静止时无相互作用力，则AB在其他情况下也无相互作用】

5、惯性问题：一刹车，大家都向前倒去，而小孩手里拿的氢气（氦气）球却是向后倒去的。违反【直觉：大多数物体如何表现，所有物体都该如此表现】

6、落体问题：纸片和重物落的一样快，不需要在真空管里做这个实验，实验方法是把小纸片放在重物（比如手机）上面，从高处释放手机～（有网友质疑纸片是由于静电、气压或湍流将纸片吸住或压住的，能激起大家的质疑和讨论，多敲点字也值了）违反【直觉：质量悬殊的物体落速不同】

7、恒星寿命：恒星通过烧燃料（核聚变）来发光发热，燃料用光就算挂了，然而~燃料越多的恒星越短命~违反【直觉：大的多的就时间长】

8、波的干涉：一个喇叭对你嚷嚷，你嫌吵怎么办？再开一个喇叭发同样的声音，在合适的位置，你感觉很安静~类似的例子还有远航轮船那无比难看的“球鼻艏”（其实干涉的条件是苛刻的，想用随便两个喇叭在一个随便的屋子里整出这种现象是不容易的）违反【直觉：叠加则增】

9、眼镜贴膜：眼镜上贴的增透膜，入射光一部分在薄膜前表面反射，一部分在薄膜后表面反射，其他光透过薄膜。薄膜厚度合适的话，在某个波段，那两部分反射光会互相抵消，导致透射光增强！什么鬼？两部分反射光抵消就抵消呗，关透射光什么事！？摘下眼镜，拿眼镜当镜子去看日光灯在镜片里的虚像，你会看到不一样的日光灯。违反【直觉：机械式的因果关系】

10、波粒二象性：电子束通过狭缝，一开始在光屏上打出一个一个的点，后来点连成片，竟然形成明暗相间的波纹。往深了想足可以颠覆三观。违反【直觉：电子像子弹一样是粒子】

11、热功当量：把一壶凉水烧开的能量，可以将把一个人向上提升两千米。违反【直觉：特殊任务和日常任务定有天壤之别】

12、液面升降：水杯里漂浮的冰块如果熔化了，水面不升也不降。（而南极冰盖并不是漂浮的，所以熔化后海平面会上升）违反【直觉：熔化后体积不变，即肉眼无差别则真的无差别】

13、光的折射：光在空气中跑的快，在水中慢，光从空气中A点到水中B点，光想都不用想，就能选取最佳路径（保证时间最短）违反【直觉：不会这么巧】

14、万有引力：宇航员们在神舟飞船内部飘着的时候，其实他们受到的万有引力只比在地面上受到的万有引力小了一点点而已。钻进很深的矿洞里，重力会减小。违反【直觉：A在某一范围的规律可以拓展到其他范围】

15、月亮自转：月亮的自转周期竟然和她的公转周期一样！这也导致我们只能看见月亮的一个面。违反【直觉：不会这么巧】

16、潮汐现象1：潮汐现象主要是由于月亮引力作用导致的，靠近月亮的海洋受到的引力大点，有潮汐就罢了，远离月亮的海洋竟然也有几乎一样大的潮汐现象。古人对这个问题很苦恼。违反【直觉：吸引则靠近】

17、潮汐现象2：太阳的对地球水域的引力要比月亮的引力大几百倍，结果潮汐的主要成因却是月亮的引力。违反【直觉：引力大则靠近得多】

18、电磁炉：铁锅烫的不行不行的，炉子自己倒是相对没那么烫。违反【直觉：热从A传到B必然使传输路径也变热】

19、光速不变原理：真空中光速不变，这个都不是反直觉了，直接颠覆三观。（你追车，车相对于你的速度减小了。你追光，光的速度还是那么大，你说气人不？）违反【直觉：相对速度就是速度做差】

20、水的反常：水极其常见，但它的性质又和其他物质极其不同，比如暴大无比的比热容（升温或降温的困难程度）反常膨胀（人家一般都热胀冷缩、它却在某一温度范围内热缩冷胀）违反【直觉：常见的东西必普通】

21、两波相“撞”：打南边来一波（机械波、比如水波），打北边来一波，两波相“撞”，该怎么叠加怎么叠加，完事后各走各的路，就像没碰着一样。违反【直觉：波和小球差不多】

22、物理玩具：抓不住的蛇、平衡鸟、饮水鸟……

23、卫星变轨：从低轨道到高轨道，中间至少经过两次喷射加速，最后变轨后的速度反而减小了。

24、漂浮：漂浮时，浮力等于重力，而不是大于重力。

25、进动：重心都偏了～怎么就不倒呢？经典力学中没有什么比进动更反直觉了。

26、帕斯卡裂桶实验：就那么一点点水就把桶弄炸了～

27、傅科摆：摆着摆着怎么就偏了呢？

28、牛顿摆：五个等大等重的钢球并排悬吊，抬起三个球，放手，三撞二，竟然撞出去了三个球而不是两个球。

29、摩擦力1：最大静摩擦力竟然比滑动摩擦要大！什么鬼！

30、摩擦力2：滑动摩擦力在很大范围内竟然和接触面积及速度几乎无关！太扯了吧～

31、摩擦力3：有些情况下，表面越平整，摩擦力反而越大～说好的光滑呢？

32、摩擦力4：绳子在桩子上随便绕几圈，摩擦力就暴大无比～

33、牛顿第三定律：壮汉和你掰手腕，壮汉把你秒了，是壮汉对你的力大？还是你对壮汉的力大？

34、台球反弹: 大力击球，使台球斜着撞击边缘，台球在平行的两边缘之间多次反弹。台球的路线将趋向于垂直边缘（反射角越来越小）

35、帆船的逆风航行（涉及简单的力的分解、以及船体形状导致的水阻各向异性）

36、高尔夫球的形状：表面到处都是凹坑的球比表面光滑的球所受空气阻力更小、飞的更远。

37、简谐振动的周期：同一个弹簧，拉长1cm后松手与拉长2cm后松手，两种情况恢复原长的时间相等（单摆的等时性，周期与振幅无关）

38、越快、力反而越小：适用于动物、机器（撞击力除外）

39、棉被可以保暖也可以保冷：反正“小猪”觉的很反直觉。违反【直觉：冷和热是对立的】

40、举头吞片剂、低头咽胶囊。嗓子大的人可能要说“吃个药还分情况？”，但这绝对是吃药困难者的福音，不信你试试。（浮力原理）

先写这么多，语言不甚严谨，请见谅

感谢大家捧场～逐一回复评论后颇有些感想和思考，这些对我未来的教学工作也是很有帮助的。在此分享一下：

1、所谓直觉，即直观感觉，没有经过分析推理的观点。比如野外看见老虎，直觉告诉你赶紧跑！而理性和经验会告诉你别的处理方式。靠直觉办事反应速度快、不易拖沓，且在生活中大部分场合奏效，所以直觉对于人类是至关重要的。人人都拥有最原始的直觉，那也是你宝贵的财富。

2、物理中的理性，物理是一门非常讲理的学科，通过观察、实验、分析、抽象、验证得来的诸多结论，很有可能是反直觉的。人类在这些反直觉理论的基础上构建起不可思议的现代世界。

3、一个人如果同时拥有理性和直觉（其实几乎所有人都如此），那理性和直觉的矛盾冲突将激发出好奇、惊叹、甚至灵感！这种体验是美妙的。而如果一个人只有直觉，那他/她只是动物，连一些动物都是有分析能力的。如果只有理性，那他/她就是台高级电脑而已。

4、少部分网友评价这些现象：“只是中学课本上的东西”、“不怎么反直觉”、“都是些常识”、“学过高中无压力”、我为了避免争论，违心的回复你们“你真牛！”之类，在这里向你们道歉，不该欺骗你们。以下是我的真心话：

（1）出现这类情况的网友，可能是被应试教育摧残到自己的直觉已经休眠，只有备战考试的记忆和常识保持活跃，直到高考后很长时间都没能恢复。另一方面，又瞧不起摧残过自己的中学知识，毕竟咱已经是大学生了，所以凡是中学课本中的东西都是低端的。

（2）也可能是你可能已经学了十年以上的物理，你的理性确实已经完全战胜了你的原始直觉，但扪心自问，这是因为你的理性太强大，还是你的直觉太容易认输？爱因斯坦、普朗克作为量子力学奠基人，终生都觉得量子力学不可思议、难以理解。初二就学过的摩擦力，到现在都没有满意的理论解释。所以我说“你好牛”也不完全是假话。

（3）还可能是你觉得好奇是不成熟的表现，对自己听说过的事处变不惊那才叫范儿。

（4）如果你们不改变自己的这种状态，是不适合做原创性工作的，就跟着大牛后面做些修补和应用的工作好了（当然这类工作也是非常有价值的），不过千万别来中学教书，这会进一步摧残孩子们的好奇心的。

没有哪个物理规律是不反直觉的

比如牛顿第一定律就是反直觉的

否则为什么能坑到亚里士多德，还坑了一千多年

你现在觉得不反直觉，是因为你中学学过了好不好？

光速不变
不仅仅是光速不变反直觉，由于光速不变导致的洛伦兹变换和狭义相对论告诉我们不同惯性系不具备同时性，同一段距离和时间以及速度在不同惯性系看起来会不一样，唯一不变的是光速。

双缝实验
微观粒子（如电子）通过双缝时，将自己与自己干涉造成干涉条纹，此实验证明了所有微观粒子都是波粒二相性的。

不确定性
动量与位置不能同时测定，机械唯物主义宣告破产。

宇称不守恒
镜像的世界并不遵循同样的规则。

强等效原理
引力场与加速度等价，直接推论是引力将导致光线偏折。

说几个不是量子物理相对论的吧，因为量子物理和相对论里面反直觉的东西一抓一大把。

超导体
某些物体在一个较低的温度电阻将等于零。

光是电磁波
可见光是特定频率区间的电磁波。

单摆的周期是固定的
单摆的周期与振幅无关，只与摆绳的长度有关。

人眼无法区分复合色和纯色
简单说单一频率的橙色，和红色与黄色的叠加，人眼是分不出来的，看起来两个都是一样的橙色。

纸船烧水
用纸叠一个小船，装上水，放在酒精灯上烧，由于水会吸收热量，导致纸永远也到不了燃点。

陀螺仪可以一端支在手指上，因为角动量很大，旋转轴会一直稳定指向一个方向。

甚至一端悬于一根绳上

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灯泡能放进嘴里，不代表能拿出来。

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