大脑少了一半，还能转吗？ | No.433

学术 2024-11-01 17:01 北京

如果大脑少了一半

那会失去哪些感知能力？

我能够做什么？

不能做什么？

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Q1 检测地暖漏水的机器原理是什么？
Q2 无尘粉笔和普通的有什么区别，为什么能做到无尘？
Q3 地球上的树最高能长多高呢，有没有一个最高极限？
Q4 储存卡（例如固态硬盘、U盘等）是如何通过物理方式存储信息的？
Q5 如何快速完全去除汤表面的油渍？
Q6 人一出生能带有其他的发色吗（比如灰色，白色）？
Q7 上火和发烧有区别吗？
Q8 阿伏伽德罗常数是怎么测量的?
Q9 沙子中亮晶晶的是石英吗？它有什么作用?
Q10 夏天开车远处看向是有水，靠近这滩水又不见了，这是一种海市蜃楼现象吗？
Q11 为什么透明胶撕开来的时候，如果快速撕就可以保持透明，慢慢的撕就会有不透明的条纹出现?
Q12 人少了半个脑子会发生什么?

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Q1

检测地暖漏水的机器原理是什么？为什么扫描一下就能看到哪里漏水？

by 马薯丸子

答：
传统检测地暖渗漏的方法是给分管路打压，通过管道内压力的变化，判断该管路是否有漏水的问题。然而这种方法无法准确定位漏水点，效率低，还会给业主带来较大经济损失。为了解决这一问题，红外热像仪作为一种高效的检测工具应运而生。
红外热像仪图像，图源网络
不同温度的物体辐射红外线的强度不同。红外热像仪通过捕捉物体发出的红外辐射，能够有效检测地暖系统中的漏水点。其工作原理是利用红外传感器将辐射信号转化为电信号，并生成热图像，直观显示出地面温度分布。当地暖管道发生漏水时，漏出的热水会导致周围地面的温度变化，红外热像仪能够快速捕捉这些温度异常区域，从而帮助维修人员准确定位问题。
参考文献：
暖通渗漏源难定位？红外热像仪来支招！
by Sid
Q.E.D.

Q2

无尘粉笔和普通的有什么区别，为什么能做到无尘？

by 匿名

答：
普通粉笔的制作一般会用到熟石膏，也就是无水硫酸钙，将生石膏加热到一定温度使其脱水而形成熟石膏，然后和颜料搅拌成糊灌模成型。
而无尘粉笔除此之外还会加入油脂类或聚醇类物质作为粘合剂，再加入比较紧密的填料，如粘土、水泥等，这样可使粉笔的密度和体积都增大，不易飞散。这些粉尘会固定在黑板表面附近，而不像传统粉笔一样产生大量飞扬的粉尘。
不过这也只能使粉尘减少，而不能做到彻底无尘，如果黑板表面不平整或使用时力度较大，仍有可能产生较多的粉尘。此外，长时间使用黑板时，积累的粉尘可能会逐渐增多。因此，即使使用无尘粉笔，也不能完全排除粉尘污染问题。
by 蓝多多
Q.E.D.

Q3

地球上的树最高能长多高呢，有没有一个最高极限?

by 匿名

答：
从物理学的角度来考虑，树木需要将水分从根部输送到叶片，高度越高，重力对水分输送的阻力就越大。树木主要通过蒸腾作用和水的内聚力（即水分子之间的吸引力）来拉动水柱向上。但水柱的连续性可能会因为高度增加而受到破坏，导致“空穴”（气泡）的形成，影响水分输送。另外在生物上，高大的树木需要将更多的碳分配给非光合组织（如树干和支持结构），相对于叶面积，碳收益率下降；随着高度增加，树干和枝条需要更加坚固以支撑自身重量，但木质部材料的强度有其极限。目前世界上最高的树木一般认为是位于美国加利福尼亚州红保德红杉树州立公园的一棵被命名为“亥伯龙神”（英文Hyperion，本意为希腊神话中的泰坦巨神）的巨型红杉树。2007年测量的高度就达到了115.85米，一方面是杉树科植物可以长到这种高度，另一方面是当地山脉纵横，山谷较多，在这里生长的大树可以免受狂风与雷电摧折。2004年Nature上一篇文章综合考虑水力限制、光合作用效率下降及叶片结构变化因素预测红衫最大高度在122至130米，感兴趣的同学可以看看下面参考文献的第一篇文章。
参考文献：
Koch, G. W., Sillett, S. C., Jennings, G. M., & Davis, S. D. (2004). The limits to tree height. Nature,428(6985), 851-854.
Niklas, K. J. (2007).Maximum plant height and the biophysical factors that limit it.Tree Physiology, 27(3), 433-440.
by 十一
Q.E.D.

Q4

日常生活中常用到的储存卡（例如固态硬盘、U盘等）是如何通过物理方式存储信息的？怎么能够在不通电的情况也能存住信息?

by 匿名

答：
这些储存设备的核心技术是闪存（Flash Memory），它是一种非易失性存储。这意味着，即使在没有电力供应的情况下，数据也不会丢失。
闪存的工作原理基于一种特殊的电子元件，称为浮栅晶体管（Floating Gate Transistor）。每个存储单元实际上就是一个微小的晶体管，与常规晶体管不同的是包含两个栅极：控制栅和浮栅层。浮栅层被两层绝缘材料包围——上面的绝缘层和下面的隧穿层。
当我们要在这个存储单元中写入数据时，给栅级高电压，电子会通过量子遂穿效应注入浮栅层。当栅极加低电压时，被困的电子不会参与导电，栅极下面下面形成沟道的导电性被改变，从而会影响整个晶体管的阈值电压。通过检测D和S极之间这个阈值电压的变化，我们就可以判断这个单元存储的是“1”还是“0”。
因为隧穿层本质上也是绝缘体，电子一旦进入，就很难逃脱。这就是即使在断电的情况下，数据也能长期保存的原因。这些电子能储存多长时间也就是固态硬盘可以存储数据的年限一般是十年，随着时间的流逝，不断有电子从浮栅层越狱成功，等到一定数量，我们保存的“数据”。就消失不见了。如果想有意擦除数据，我们只需通过在衬底施加高压，将被囚禁的电子从浮栅层中吸出，即删除了这些数据。
然而，闪存也有一些局限性。由于写入和擦除数据需要高电压，这会对材料产生一定的损耗；电子通过隧穿层进进出出，也会对其造成损坏，当隧穿层再也不能阻隔电子从浮栅层流出，就会失去它的作用。因此，闪存的擦写次数是有限的。不过，现代的储存设备通过磨损平衡算法，尽量均匀地使用每个存储单元，延长设备的寿命。
那该如何长久保存数据呢？
唯有刻在石头上的信息可以最长久的保存。即使是人类不复存在，石头上的信息依旧还在那，而那时候依靠半导体这些存储的数据即使能保存，下一类高等动物还能否看懂呢？
参考文献：
固态硬盘SSD是如何存储数据的？为什么固态硬盘不能长时间保存数据？NANAD FLASH的工作原理？U盘存储卡这些是如何存储数据的
by Chocobo
Q.E.D.

Q5

如何快速完全去除汤表面的油渍？

by 涛

答：
先看你的汤里油脂的来源，对于多数动物油脂和部分植物油脂（例如花生油和棕榈油），由于组成其油脂（甘油三酯，由一份甘油+三份脂肪酸形成）的脂肪酸更多的是饱和脂肪酸，所以这些油脂的凝固点比较高，可以通过降温使表面油脂凝固从而去除（可以去看看冰块吸附火锅表面的大量牛油的视频）。
而对于多数植物油脂，因为其凝固点更低，甚至低于水（大豆油的凝固点在零下），降温凝固去除的方法便不再适用，如果实在不想要表面的油层，不妨买淘宝上那种隔绝上层油脂的勺子，只取下层的液体。
但无论是凝固去除还是分层去除，你都无法完全去除汤里的油脂成分，因为相当部分的油脂会发生乳化，稳定存在于汤中而非表面。真想完全去除汤里的油脂，只能诉诸于分馏了。但只是不想喝油就进行分馏，着实太折腾了，而且有油脂的汤一般会更鲜美，比如有丰富油脂乳化的大骨汤。
by 某大型裸猿
Q.E.D.

Q6

人一出生能带有其他的发色吗（比如灰色，白色）？

by 赤星red_star

答：
的确有人出生的时候头发是白色的，而且他们的皮肤也是白色的，但这并非是正常的状态，而是一种罕见遗传疾病，被称为白化病。白化病病人的黑色素合成会减少甚至完全没有，轻症患者可能只是头发和瞳孔颜色变浅，重症则有粉红色的瞳孔和白色的皮肤和头发。由于缺少色素沉积，白化病患者的视力通常会很差，对紫外线也更加敏感更容易晒伤。白化现象不仅存在于人中还存在于其他动物中，例如生物医学实验中常用的小白鼠BALB/c品系其实也是白化病的产物。
by 某大型裸猿
Q.E.D.

Q7

上火和发烧有区别吗？

by 范文波

答：
这是两个概念。“上火”指的是身体出现了轻微的热象（热性不适感），属于中医“欲病”的范畴。“上火” 的症状大非常之多，口干舌燥、咽痛、口腔溃疡、舌苔黄白腻等等，都有可能是“上火“所致。其诱因也是五花八门，比如 “补过头” 了、抽烟饮酒、进食过于辛辣油腻、熬夜等等。”上火“是机体免疫力下降，容易引起感染，形成皮肤疖肿。多数的“上火”者可通过补充水分、饮食调理、休息、增强锻炼等方式调理痊愈。
“发烧” 即发热，是机体面对病原体入侵时产生的一种积极的非特异性反应，促使免疫细胞释放炎症因子，进而导致大脑前列腺素介导的体温升高。发热的原因包括感染性因素（如细菌、病毒、真菌等病原体感染人体后，释放致热原，引起发热）和非感染性因素（如自身免疫性疾病、恶性肿瘤、中暑等）。
不过这俩还是有个很显著的共同疗法的——如身体不适，应及时就医，对症下药。【注：本条回答所有关于“上火”、发热等说法均来源于参考文献。】
参考文献：
梁嵘,陈冬宁,王召平,等. 对主诉“上火”者中“已病”舌象的观察与思考＊[J]. 世界科学技术-中医药现代化,2015(10):2020-2023.
吴金飞,梁嵘,王盛花,等. 758例体检者"上火"体验的回顾性调查[J]. 世界科学技术-中医药现代化,2007,9(5):39-44.
林富祥,陈玮莹. 1051例大学生“上火”的调查研究[J]. 世界科学技术-中医药现代化,2012,14(1):1306-1310. DOI:10.3969/j.issn.1674-3849.2012.01.034.
齐聪聪,杨瑞涵,苏铄涵,等. 基于网络药理学与实验验证探讨麻桂柴石方治疗发热的作用机制[J]. 世界科学技术-中医药现代化,2024,26(2):400-418.
by 4925
Q.E.D.

Q8

阿伏伽德罗常数是怎么测量的？

by 匿名

答：
自19世纪阿伏伽德罗提出“在相同的温度和相同的压力条件下，相同体积中的任何气体总具有相同的分子个数。”许多科学家致力于测出这个常数的准确数值。1865年德国人约翰·洛施米特首次根据气体和液体的布朗运动测出。20世纪初爱因斯坦根据扩散系数计算得出6.56x10²³，1971年密立根用油滴实验精确测的元电荷的数值，导出阿伏伽德罗常数为6.062x10²³，不确定度为千分之一。
X射线晶体学的发展更加有利于阿伏伽德罗常数的测量，劳厄和布拉格先后发现射线在晶体中的衍射效应，利用衍射效应计算晶格常数为：
其中为晶体密度，M为晶体的摩尔质量，a为晶格常数，n为单位晶胞体积内的晶格数。
对硅晶体而言n=8，为阿伏伽德罗常数，同时可以得到晶格常数的侧量公式为：
两式结合可得
参考文献：
沈乃澂.阿伏伽德罗常数的测量及物质的量的新定义[J].物理,2018,47(10):648-659.
by 蓝多多
Q.E.D.

Q9

沙子中亮晶晶的是石英吗？它有什么作用？

by 匿名

答：
如果是江河中的泥沙，轻矿物以石英、长石为主，普遍含有方解石但含量不高，重矿物中包括金属矿物、角闪石、黑云母、绿帘石等。其中对光线反射能力更强的，即为题中的“亮晶晶”物质，在这种情况下，有可能是石英、黑云母、云母等。如果是变质岩、岩浆岩等岩石附近的沙砾，含有钛铁矿、磁铁矿、锆石、放射性物质等，这时的“闪亮”物质就有可能是金属矿物、黑云母等等。沙漠中的沙物质与江河边的不同，此处的轻矿物含量更高（一般>90%），而重矿物含量较低（常在5%左右），轻矿物中主要是石英、长石、方解石等。因此，这里的“闪亮”物质可能是石英等。
关于这些物质的作用，下面分享几种常见的“闪亮”物质的用途：
云母是钾、铝、镁、铁、锂等层状结构铝硅酸盐的总称。黑云母夹杂在花岗岩、火山岩、火山灰等岩石或碎沙里。云母具有良好的绝缘性、耐热性、耐腐蚀性等特点，在电气绝缘材料、化妆品、塑料、橡胶等领域有广泛应用。而黑云母含铁高，绝缘性能远不如白云母，常被加工成各种各样的薄片，被广泛应用于建材、消防和灭火剂等化工工业。
石英是主要造岩矿物之一，一般指低温石英。石英主要成分是 SiO₂，无色透明，常含有少量杂质成分，而变为半透明或不透明的晶体，质地坚硬。河沙里的石英可以作为建筑用沙的重要组成部分。
参考文献：
王腊春,陈晓玲,储同庆.黄河、长江泥沙特性对比分析[J].地理研究,1997,16(4):71-79.
Karina J. Lagos, Bojan A. Marinkovic, Anja Dosen, Marco V. Guamán, Víctor H. Guerrero, Emilio Pardo, Patricia I. Pontón,Data on phase and chemical compositions of black sands from “El Ostional” beach situated in Mompiche, Ecuador,Data in Brief, 2020(32):106214
钱亦兵,吴兆宁,石井武政,金井丰,奥村晃史,松久幸敬.塔克拉玛干沙漠沙物质成分特征及其来源[J].中国沙漠,1993,13(4):32-38.
沙土里面亮晶晶的是什么啊？
Why is sand shiny? - Geographic Pedia
by Sid
Q.E.D.

Q10

夏天开车远处看向是有水，靠近这滩水又不见了，这是一种海市蜃楼现象吗？

by 游臻

答：
这的确是一种海市蜃楼现象，实际上是由于光的全反射现象造成的。这种现象通常发生在炎热的夏天，特别是在柏油马路上。因为柏油路面吸热温度上升，地面附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度仍然很低，根据热胀冷缩，接近地面的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，空气的折射率是下层小而上层大。
当远处较高物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射。这时，人逆着反射光线看去，由于错觉始终认为光沿直线传播，所以看到“公路远处似乎有水，水中还有汽车、电杆等物体的倒影，但当车行驶至该处时，水却消失了。
by 蓝多多
Q.E.D.

Q11

为什么透明胶撕开来的时候，如果快速撕就可以保持透明，慢慢的撕就会有不透明的条纹出现？

by 匿名

答：
主要是因为胶带与胶带背面之间粘附力的不同步释放以及胶带本身材料特性导致的。
粘附力的释放：当快速撕开胶带时，胶带上的粘附力迅速被克服，胶带上的胶层来不及和表面充分接触，因此胶层保持了较好的完整性和透明度。
当慢慢撕开胶带时，胶带上的胶黏剂在拉力作用下发生形变，甚至在显微镜下可以看到类似“拉丝”的形貌，这种拉伸和变形会使得胶层的透明度降低，从而出现不透明的条纹。
同时慢慢撕开胶带时，空气和尘埃有更多的机会进入胶层和被粘物之间，这些杂质会干扰胶层的透明度，导致出现不透明的条纹。
by 蓝多多
Q.E.D.

Q12

人少了半个脑子会发生什么？

by 赤星red_star

答：
回答这个问题之前首先要弄清楚大脑的结构，但由于大脑是人体最复杂的器官之一，详细介绍起来篇幅较长，下面简单介绍下大脑主要结构:大脑从外到内主要包括大脑皮层、白质和基底核等结构，其中，大脑皮层在人体的生理和心理活动中发挥着最主要的作用，其包含额叶、顶叶、颞叶、枕叶等脑叶，分别负责人体不同功能，比如额叶与运动、认知等相关，枕叶主要处理视觉信息。此外大脑皮层还含有海马体，杏仁核与扣带回等重要功能结构。
图源Wokimedia Commons
大脑还可以分为左脑与右脑，左右脑都包含上述的四种脑叶，两个脑半球的功能却有所不同。左脑常被称为逻辑性或分析性大脑半球，主要负责语言文字、逻辑推理和时间感知等线性处理任务，擅长处理细节，控制右半边身体运动；右脑常被称为创造性或直觉性的大脑半球，负责艺术与创造力、情感和空间感知等能力，擅长整体思维，控制左半边身体运动。左右脑通过胼胝体进行连接并传递脑信号，协同处理人体的思维、情感与运动等复杂活动。
以上便是大脑的主要结构，当大脑缺失一部分乃至一半时，由于上述不同区域的大脑负责不同的功能，因此缺失不同的区域会导致相应的功能障碍，如缺失枕叶可能会导致视野缺损或视觉障碍，缺失额叶可能会导致情绪失调、判断力下降或出现注意力缺陷；再如缺失左半球可能会身体右侧瘫痪或感觉障碍，缺失右半球则会影响身体左侧。
实际上，尽管大脑的各区域各司其职，但大脑具有非常高的自我重塑性，脑缺失患者在某些情况下能够部分或完全恢复正常生活。现实生活中也有脑部切除手术，常为了治疗某些严重的癫痫病，目前已经有很多做过脑部切除手术后，经过一些康复训练便完全恢复基本生活能力的人。能够完全恢复来自于大脑的自我重塑性，在缺失一部分后，大脑能够适应并长出更多的神经元，并将原有神经元之间的连接重塑，从而形成更发达的神经回路代替缺失部分大脑的功能。这种可重塑性尤其体现在儿童时期，该时期由于大脑仍处于快速发育阶段，使得儿童相较于成年人在大脑受损后恢复能力较强，恢复正常生活的可能性更高。
参考文献：
游文娟. (2020). 如果只有半个大脑,人生还有多少可能?. 世界科学(8).
Kliemann, D. , Adolphs, R. , Tyszka, J. M. , Fischl, B. , & Paul, L. K. . (2019). Intrinsic functional connectivity of the brain in adults with a single cerebral hemisphere. Cell Reports, 29(8), 2398-2407.e4.
Buckner, R. L. , Jessica R. Andrews‐Hanna, & Schacter, D. L. . (2008). The brain's default network. Annals of the New York Academy of Sciences, 1124(1).
by 凉渐
Q.E.D.