編輯 | 陳航

編譯 | 陳航

物 理

Physics

騎車去月球需要多久？

How long would it take to bicycle to the moon?

「騎自行車你能騎多遠？能騎到一條路的最末端？還是能從四川騎到西藏？或者能騎到月球上去？」

圖片來源：Google圖庫

月球到地球的平均距離約為38.4萬千米。

從地球到月球要花的時間為：

開汽車（速度為每小時90千米）：約178 天

乘火箭（速度為每小時3.6萬千米）：約10小時40分鐘

光速前進（速度為每小時10.8億千米）：約1.28秒

騎自行車去月球要多長時間呢？抱歉，你不能騎自行車去月球。

確實，有些人已經去過月球了。不過，他們絕對不是騎自行車去的。但是，有時候我們去做一些事情不是因為它們很容易，而恰恰是因為它們很難，所以，我們就要在此一本正經地分析一下，騎車去月球到底需要多長時間^[1]。

也許你會想，一個人可以每小時騎行20-25公里，我們可以用它來計算旅行的時間，但事實卻並非如此。你可以在平坦的路上以每小時20-25公里的速度行駛，但在騎往月球的情況下，你會隨著距離的變化而受到引力的影響，而這讓數學模型變得複雜：首先，因為引力的作用，你會經歷一個類似上坡的騎行過程；隨後，當你離地球越遠，引力就會越小，每天同樣的努力會讓你騎行得更快更遠。當你騎行到離月球足夠近的位置時，旅途又會變成一個下坡的過程，你甚至可以毫不費力地開始滑行並準備著陸。

所以，在分析這一問題時，我們摒棄了騎行速度這一概念，因為騎行速度會隨著距離（引力）而變化，這無疑會使計算變得複雜。因此，我們採用騎行者的輸出功率作為衡量標準。作為一個專業的騎行愛好者，在6小時的騎行中大約輸出200瓦特的功率^[2]。假設此人的重量是75公斤，那麼上坡騎行1米的距離大概需要3.675秒（計算公式如下圖）。

計算公式

時間看起來很長對嗎？好吧，答案是也不是。是的，你可以在1秒鐘內爬上1米高的樓梯，但是你會輸出超過200瓦特的功率。所以，想像一下連續6個小時保持這個速度，這個結果看起來也許不錯。

但是，我們能在整個月球騎行之旅中都利用這一數值進行計算嗎？這恐怕不行。因為，在這個過程中，重力值是隨著距離變化的。從地球開始，重力加速度是9.8 m/s^²。在月球表面，重力加速度方向相反，大小為1.6 m/s^²。所以，在大部分的旅程中，重力的影響雖然不是零，但是它們的影響非常小。也許在開始的時候（騎出地球表面一定距離時）騎行會很困難，但是一旦到達16萬千米左右的距離時，地球的引力變得只剩下10%，在此之後你就可以加快速度騎行了，在最後的最後，在接近月球表面的地方，也許只需要一分鐘就可以著陸了。

分析完整個騎行過程中各個因素的漸變過程，我們要開始編程計算最終騎行到月球的時間了^[3]。假設保證6小時200瓦特的輸出功率並進行24小時高強度不間斷的騎行，那麼需要大約267天就可以到達月球啦。

騎行時間仿真分析結果^[3]

所以，誰說不能騎行去月球呢？

對於這件事，我們同樣可以這樣形容：「這雖然是個人邁出的一小步，但也是人類邁出的一大步。」

[1] https://www.wired.com/story/how-long-would-it-take-to-bicycle-to-the-moon/

[2] https://www.strava.com/activities/2517789956#

[3] 開原始碼：https://trinket.io/glowscript/2027fb6f19

生 物

Biology

《海底總動員》：小尼莫，長大後你就是女孩子了

Active feminization of the preoptic area occurs independently of the gonads in Amphiprion ocellaris

皮克斯的動畫作品《海底總動員》（Finding Nemo）讓小丑魚尼莫走入了公眾視野，這種酷似小丑的可愛小萌物，也一躍成為海族館裡的常客，深受小孩子們的喜歡。然而，現實中的小丑魚則更加的神奇，它們的變性能力一直被科學家稱之為「巧奪天工的奇蹟」。

小丑魚 | 圖片來源：L. Brian Stauffer

小丑魚是一種可以進行「性別變換」的動物。它一開始是雄性的，但在環境允許的情況下，例如，當在場的唯一雌性死亡或消失時，小丑魚可以把性別切換到雌性，這一特性已被科學家廣泛研究^[1]。但在一項最新的研究中^[2]，研究人員發現，雄性到雌性的性別變化首先發生在小丑魚的大腦中，之後才涉及到性腺的變換，而這有時會延遲幾個月甚至幾年。

「我們發現，當你把兩隻雄性小丑魚配對在一起時，它們會打架，勝利者就變成了雌性，」該項研究的領導者，伊利諾伊大學（University of Illinois）心理學教授、行為神經學家Justin Rhodes說。「但首先發生變化的是大腦，尤其是大腦中控制性腺的那部分。」

[1] https://mp.weixin.qq.com/s/439aMeo_z38oocoDar-b9A

[2] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0018506X18305063?via%3Dihub

食品科學

Food Science

一顆蘋果=1億個細菌？

An Apple a Day: Which Bacteria Do We Eat With Organic and Conventional Apples?

「An apple a day keeps the doctor away（一天一蘋果，醫生遠離我）」。我們從小聽到大的這一諺語，其實是美國果農為了更好的銷售蘋果而編出來的營銷故事^[1]。那麼，蘋果有益健康是否有其科學依據？7月24日Frontiers in Microbiology雜誌發表的一項最新研究就從一個全新的角度解釋和分析了蘋果是如何促進人體健康的^[2]。

圖片來源：Google圖庫

該研究分析了蘋果中的細菌含量。研究表明，一顆蘋果大約含有1億個細菌，而這些微生物大多來自蘋果內部。那麼問題來了：這些細菌是如何對健康有益的？

該項研究的領導者，Gabriele Berg在分析了有機種植蘋果和傳統種植蘋果後表示：「在腸道健康方面，多樣性（細菌）是生活的調味劑——在這方面，有機蘋果似乎更有優勢。與傳統種植蘋果相比，新鮮採摘的有機蘋果擁有更多樣化、更均勻和更獨特的細菌群落，而這會更好的抑制人類病原菌的數量。」

看來，無論哪種蘋果，其所包含的種類繁多的菌群都會給人體健康帶來好處，但在一定程度上，有機種植的蘋果似乎更有優勢。

總之，祝你好運，但願你能把蘋果洗得乾淨。

[1] https://www.jianshu.com/p/aea58a9bc81f

[2] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.01629/full

社會科學

Social Science

近20年首次：美國聯邦政府將恢復對死囚執行死刑

Attorney General William Barr orders first federal executions in nearly two decades

美國有死刑，但是因為種種原因，使得死刑執行困難重重。具體來說，美國目前有30個左右的州和聯邦政府及軍隊有死刑法律，其餘的州、海外領地和首都華盛頓特區沒有死刑。

紅色區域為美國擁有有效死刑法規的州 | 圖片來源：Wikipedia

在這些沒有死刑的地區，絕大多數的最高刑罰是「終身監禁、不得假釋」。另外，美國對於死刑是分開審理的（各州規定不一）——也就是說，如果控方希望被告被判死刑，必須事先提出，且只能在死刑與非死刑之間抉擇（不能審理過程中改判有期徒刑）。再加上，在美國罪犯有權利選擇陪審團制度，而陪審團制度又要求100％通過，因此流審率極高，所以，中國訪問學者章瑩穎遇害一案中，美國伊利諾州聯邦法院沒有做出判處兇手死刑的決定，也是由於12人組成的陪審團無法就判處死刑達成一致，所以使得克里斯滕森免於一死。因此，除了罪惡滔天的罪犯（比如連環殺手、恐怖分子），其他罪犯難以判處死刑。就算能夠判處死刑，又因為美國的審判周期極長，一般拖延至十幾年乃至數十年才被執行死刑都是正常範疇；而且州和聯邦兩方的上訴程序每多曠日持久、且費用不菲，以致超過執行終身監禁的成本的兩、三倍^[1]。

綠色區域為廢除死刑法規的州；深藍色區域為法定死刑，但正式暫停執行的州；黃色區域為法定死刑，但事實上的中斷-至少10年沒有執行死刑的州；紫色區域為死刑在成文法中，有其他特殊情況可以執行的州；紅色區域為嘗試執行死刑的州 | 圖片來源：Wikipedia

近期（7月25至26日），美國司法部（Department of Justice）宣布，聯邦政府將恢復對死囚執行死刑。司法部長威廉·巴爾（William Barr）指示監獄管理局（Bureau of Prisons）安排處決五名犯有謀殺罪和其他罪行的囚犯。處決計劃將在2019年12月和2020年1月進行^[2]。同時，司法部宣布，將在未來執行更多的死刑。

威廉·巴爾在聲明中稱，司法部維護法治，有責任給受害者和家屬一個交代。正義有可能遲到，但希望它絕不會缺席。

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Capital_punishment_in_the_United_States

[2] https://www.cnbc.com

自然植物

Nature & Plants

你知道寄生植物有多努力嗎？它們甚至可以竊取基因！

Convergent horizontal gene transfer and cross-talk of mobile nucleic acids in parasitic plants

一些寄生植物可以從寄主植物中竊取遺傳物質，並利用這些偷來的基因更有效地吸收寄主的營養。賓夕法尼亞州立大學和維吉尼亞理工大學的研究人員進行的一項新研究顯示，寄生植物菟絲子可以從宿主身上竊取大量的遺傳物質（包括100多個功能基因）反哺己身。這些偷來的基因有助於菟絲子牢牢的「抓住」宿主並從宿主那裡偷取營養物質。目前，這項研究已於7月22日在線發表在雜誌Nature Plants上^[1]。

菟絲子 | 圖片來源：Claude dePamphilis, Penn State

研究人員表示，「我們只觀察了菟絲子，它只是4000多種寄生植物中的一種。功能基因的水平轉移在其他物種中是否也同樣存在?在非寄生植物中也可能存在嗎?在其他複雜的生物體中呢?這項研究也許只是冰山一角。」

[1] https://www.nature.com/articles/s41477-019-0458-0

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