全世界的情景喜剧可以连续播放10年,但始终备受瞩目的《生活大爆炸》是其中罕见的部分。
目前《生活大爆炸》第9季国内引进版正在视频网站火热更新中,今年9月,这部最初以四个科学极客和一个美女为主角的情景喜剧也将迎来第10季。但是,你真的看懂《生活大爆炸》了吗?当你每周兴高采烈地追看着几个科学极客的搞笑生活,是不是偶尔也会像剧中的科学呆瓜潘妮一样,陷入根本听不懂他们在讲什么的窘境?
毕业于美国加州理工学院的戴夫·佐贝尔,写了一本连潘妮都能懂的科普书《生活大爆炸里的科学》,讲述了这部经典喜剧中所涉及的科学道理。《科学星期五》节目主持人,曾客串出演《生活大爆炸》的艾拉·福兰托推荐这本书时说:“注意了!读完这本精彩的书之后,你会明白谢尔顿在剧中到底在说什么。至于这会引发什么后果……Bazinga!”
【谢尔顿的消音耳机】
如果你的室友哭哭啼啼 你也对着他哭哭啼啼
谢尔顿:(莱纳德和潘妮)鲜有共同点,除了床笫之欢。这就是为什么我要买这副消音耳机。
——《普林顿的激励》(第3季第21集)
图片来源:网络
可怜的谢尔顿。要没有那副消音耳机,他便要不知所措了,尤其是莱纳德和潘妮要一起过夜的时候。
但是这引出了一些重要的问题:消音耳机的工作原理是什么?那些被消去的噪声到底怎么样了?是像烟雾一样消散了,还是被弹回来时的方向?如果森林里有棵树倒下砸在一副消音耳机上,它会发出声音吗?
要想理解消音过程,我们必须认识到声音是一种压力波,其构成是一个高压区域紧跟着一个低压区域,接下来是另一个高压区域,接下来是另一个低压区域,以此类推,循环往复。如果你能看见空气中传播的声波,它看上去会像是田地里的风吹麦浪,密度高低有别的区域形成琥珀色的波纹,在穗沉粒满的田野里互相追逐。
消音耳机被设计用来抑制从耳机外面传向你耳朵的声音,它有被动和主动两种设计。被动型的通常有一个坚硬的塑料外壳(为了反弹声波),里面装着泡沫挡板(为了消除从中通过的声波)。主动型与被动型类似,但是还能自己产生声波。这种声波经过特别设计,能够专门降低外来声波高压区域的压力,以及升高低压区域的压力。两个耳杯中各包含一个朝外的小麦克风,探测来自外面的声音。如果外源声波压力上升,对立信号的压力就会下降,反之亦然。在任意时刻,两个声波都会相互抵消(想象一下试图灌满一个龙头和排水管由同一个把手控制的浴缸)。外来的噪声,与根据它人工生成的相反声波,叠加到一起便会产生寂静。
用波形相反的声音可以消除掉原有的声音,但这与原本就没有声音还不一样。在这个过程中有能量的消耗。就像是一场完全势均力敌的拔河比赛:绳子一点都没有动,双方却还是都耗费了大量体力。每当来自外面的声音想要朝一个方向移动气压“绳子”时,消音电路就会将它移向相反的方向,其力道刚好抵消了噪声的努力。当麦克风探测到会将鼓膜向内推的压力升高,它就向外拉扩音器以降低压力。当它探测到会将鼓膜向外拉的压力降低,它就向内推扩音器以升高压力。在任意时刻,外来的噪声都会被扩音器的反向行为抵消掉。
这么说的话,针对制造噪声的室友,一个可能的解决方案是制造同等音量的反向噪声。如果你的室友气喘吁吁,你也对着他气喘吁吁;如果你的室友满腹牢骚,你也对着他满腹牢骚;如果你的室友哭哭啼啼,你也对着他哭哭啼啼。或者你可以把手指头插进耳朵眼里同时哇哇乱叫。
【往可乐里扔点曼妥思】
可能喷出4.5米高的泡沫
潘妮:那么,今天晚上咱们干点啥?玩《光晕》,看《太空堡垒》,往健怡可乐里扔点曼妥思?
莱纳德:你想看《太空堡垒》?
潘妮:怎么说呢——我的极客劲头上来了,小子们。
——《上位有道》(第2季第19集)
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玩《光晕》(一款科幻类电子游戏)要花10个小时甚至更长,看《太空堡垒》(一部科幻电视剧)要花10天甚至更长,但是把一块糖扔进汽水瓶,能在仅仅几秒内产生出无穷的乐趣。而且与《光晕》和《太空堡垒》不同,健怡可乐加曼妥思(注:一个薄荷糖品牌)是一个自己动手的实验,稳稳地植根于科学,没有幻想:
第一步:往刚刚开瓶的健怡可乐或者其他汽水中加一些曼妥思糖块;
第二步:收拾现场。
曼妥思接触到汽水的那一刹那,一股由泡沫构成的巨大射流从瓶口喷涌而出。如果条件合适的话,喷射高度可达4.5米甚至更高。
这种壮观的效果并不是糖和汽水之间化学反应造成的。从化学的角度来看,并没有新物质生成,构成喷泉的一切都是从一开始就存在了。只不过所有东西都一下子被释放了出来——这是个物理变化的例子。
二氧化碳(CO2)是让汽水嗞嗞冒泡的气体。在密封的瓶子里,CO2保持着溶解状态,以小到看不见的气泡的形式四处飘荡。内部的压力阻止了它们结合成更大的气泡。这就是为什么未开瓶的汽水看上去平静无异。开瓶会释放压力,让那些小气泡开始聚集在一起形成大气泡,而大气泡会向上漂浮。扔进去一块曼妥思会让这个过程快得多,也变得非常混乱。曼妥思越多,冒泡便会越快,造成的局面也会更加“壮观”。但这是为什么呢?
拿一杯汽水,你会看到细小的气泡仿佛无中生有,形成一股稳定上浮的涓涓细流。它们其实形成于玻璃中那些几乎看不见的划痕和瑕疵的边缘。事实上,制造商常常会在啤酒杯的底部刻上精心设计的花纹,以创造出多个成核位置,促使具有养眼效果的气泡在那些位置上形成。
肉眼看来,曼妥思糖块的表层光滑得几乎发亮,然而在显微镜下,就会看到它疤痕累累的真实面貌,有无数细小的凹坑和裂痕,尺寸刚好适合溶解的CO2微气泡附着。所以,曼妥思粗糙的表面会迅速地析出溶液中的二氧化碳,形成的气泡不会只是慢条斯理地上浮,再从瓶口飘散,而是会喷涌而出。任何挡在路上的液体都会被卷挟出来——有时候可多达半瓶。
【世界上最好的数字是73?】
你可以用“的士数”的故事来反驳
谢尔顿:世界上最好的数字是什么?提示一点,正确答案只有一个。
拉吉:5318008?
谢尔顿:错。是73。你肯定想知道为什么。
莱纳德/霍华德/拉吉:没有。/不不。/并不想。
——《外星寄生虫假说》(第4季第10集)
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《生活大爆炸》的编剧似乎决定以这几句台词致敬73这个数字,因为本集是整部剧的第73集,同时电视剧的主演吉姆·帕森斯也出生于1973年。为什么73是“最好”的数字?谢尔顿的理由如下:
73是第21个质数(比1大的整数中,只能分解成“1×它本身”这种形式的就是质数,即除了1和它本身,无法再被其他自然数整除);
73反过来写是37,21反过来写是12;
37刚好是第12个质数;
73的两位数字相乘得21;
73对应的二进制数字是1001001,正好是个回文数(也就是从前往后读和从后往前读一样的数字)。
其中第一条和第三条都没什么问题,但是其他三个就只能算是耍聪明的强拉硬拽了。没错,73确实是一个反质数(也就是反过来写还是个质数),但这只是因为人类用十进制计数,才有这么巧的事情。这种数学偶然的出现完全是因为人类把手指当作计数工具。
至于他说73对应的二进制数是回文数,这根本没什么值得大惊小怪的。二进制里只有0和1两个数字,很多十进制数字换算成二进制后都是回文数,比如73对应质数的序数21(10101),21反过来写的12(001100),但37(100101)就不是。
数字的“好”要怎么计量?有些数字本身就怪怪的,有些数字只是名字怪怪的。比如,有一类数字的名字叫作“的士数”。20世纪早期,有一天数学家斯里尼瓦萨·拉马努金(美国哥伦比亚广播公司的犯罪剧集《数字追凶》中的一个角色就是用他的名字命名的)正躺在伦敦某家医院的病床上。他的好朋友数学家G.H. 哈代前来看望。哈代说,他注意到了自己过来乘坐的出租车车牌号(这还用说?这应该是数学家的通病吧),车牌号是1729,他觉得这个数字非常乏味,没准还有点不吉利。
但是,拉马努金特别兴奋。他说1729其实是一个特别有趣的数字,因为它是能够用两种方式表示成两个立方数之和的最小数字。也就是说,如果用x3表示x的立方,有一对数字a和b能满足a3+b3=1729,其中0
为了纪念这段逸事,而且鉴于每位数学家都有一颗超越诗人的文艺心,这类数字就被冠以“的士数”的名字。最小的的士数是2,它能够用1种方式被表示成两个立方数的和(2=13+13)。哈代乘坐的那辆出租车车牌号1729是第二个。这个数也被称作哈代——拉马努金数。
很多有类似古怪性质的数后来都被发现有出乎意料的妙用。不管怎样,如果有人要反驳无趣的73这个数一点都不配被称为“最好”的数字的话,这个小故事是个不错的例子。