物 理
Physics
骑车去月球需要多久？
“骑自行车你能骑多远？能骑到一条路的最末端？还是能从四川骑到西藏？或者能骑到月球上去？”
图片来源：Google图库
月球到地球的平均距离约为38.4万千米。
从地球到月球要花的时间为：
开汽车（速度为每小时90千米）：约178 天
乘火箭（速度为每小时3.6万千米）：约10小时40分钟
光速前进（速度为每小时10.8亿千米）：约1.28秒
骑自行车去月球要多长时间呢？抱歉，你不能骑自行车去月球。
确实，有些人已经去过月球了。不过，他们绝对不是骑自行车去的。但是，有时候我们去做一些事情不是因为它们很容易，而恰恰是因为它们很难，所以，我们就要在此一本正经地分析一下，骑车去月球到底需要多长时间[1]。
也许你会想，一个人可以每小时骑行20-25公里，我们可以用它来计算旅行的时间，但事实却并非如此。你可以在平坦的路上以每小时20-25公里的速度行驶，但在骑往月球的情况下，你会随着距离的变化而受到引力的影响，而这让数学模型变得复杂：首先，因为引力的作用，你会经历一个类似上坡的骑行过程；随后，当你离地球越远，引力就会越小，每天同样的努力会让你骑行得更快更远。当你骑行到离月球足够近的位置时，旅途又会变成一个下坡的过程，你甚至可以毫不费力地开始滑行并准备着陆。
所以，在分析这一问题时，我们摒弃了骑行速度这一概念，因为骑行速度会随着距离（引力）而变化，这无疑会使计算变得复杂。因此，我们采用骑行者的输出功率作为衡量标准。作为一个专业的骑行爱好者，在6小时的骑行中大约输出200瓦特的功率[2]。假设此人的重量是75公斤，那么上坡骑行1米的距离大概需要3.675秒（计算公式如下图）。
计算公式
时间看起来很长对吗？好吧，答案是也不是。是的，你可以在1秒钟内爬上1米高的楼梯，但是你会输出超过200瓦特的功率。所以，想象一下连续6个小时保持这个速度，这个结果看起来也许不错。
但是，我们能在整个月球骑行之旅中都利用这一数值进行计算吗？这恐怕不行。因为，在这个过程中，重力值是随着距离变化的。从地球开始，重力加速度是9.8 m/s2。在月球表面，重力加速度方向相反，大小为1.6 m/s2。所以，在大部分的旅程中，重力的影响虽然不是零，但是它们的影响非常小。也许在开始的时候（骑出地球表面一定距离时）骑行会很困难，但是一旦到达16万千米左右的距离时，地球的引力变得只剩下10%，在此之后你就可以加快速度骑行了，在最后的最后，在接近月球表面的地方，也许只需要一分钟就可以着陆了。
分析完整个骑行过程中各个因素的渐变过程，我们要开始编程计算最终骑行到月球的时间了[3]。假设保证6小时200瓦特的输出功率并进行24小时高强度不间断的骑行，那么需要大约267天就可以到达月球啦。
骑行时间仿真分析结果[3]
所以，谁说不能骑行去月球呢？
对于这件事，我们同样可以这样形容：“这虽然是个人迈出的一小步，但也是人类迈出的一大步。”
[1] https://www.wired.com/story/how-long-would-it-take-to-bicycle-to-the-moon/
[2] https://www.strava.com/activities/2517789956#
[3] 开源代码：https://trinket.io/glowscript/2027fb6f19
生 物
Biology
《海底总动员》：小尼莫，长大后你就是女孩子了
皮克斯的动画作品《海底总动员》（Finding Nemo）让小丑鱼尼莫走入了公众视野，这种酷似小丑的可爱小萌物，也一跃成为海族馆里的常客，深受小孩子们的喜欢。然而，现实中的小丑鱼则更加的神奇，它们的变性能力一直被科学家称之为“巧夺天工的奇迹”。
小丑鱼 | 图片来源：L. Brian Stauffer
小丑鱼是一种可以进行“性别变换”的动物。它一开始是雄性的，但在环境允许的情况下，例如，当在场的唯一雌性死亡或消失时，小丑鱼可以把性别切换到雌性，这一特性已被科学家广泛研究[1]。但在一项最新的研究中[2]，研究人员发现，雄性到雌性的性别变化首先发生在小丑鱼的大脑中，之后才涉及到性腺的变换，而这有时会延迟几个月甚至几年。
“我们发现，当你把两只雄性小丑鱼配对在一起时，它们会打架，胜利者就变成了雌性，”该项研究的领导者，伊利诺伊大学（University of Illinois）心理学教授、行为神经学家Justin Rhodes说。“但首先发生变化的是大脑，尤其是大脑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
食品科学
Food Science
一颗苹果=1亿个细菌？
“An apple a day keeps the doctor away（一天一苹果，医生远离我）”。我们从小听到大的这一谚语，其实是美国果农为了更好的销售苹果而编出来的营销故事[1]。那么，苹果有益健康是否有其科学依据？7月24日Frontiers in Microbiology杂志发表的一项最新研究就从一个全新的角度解释和分析了苹果是如何促进人体健康的[2]。
图片来源：Google图库
该研究分析了苹果中的细菌含量。研究表明，一颗苹果大约含有1亿个细菌，而这些微生物大多来自苹果内部。那么问题来了：这些细菌是如何对健康有益的？
该项研究的领导者，Gabriele Berg在分析了有机种植苹果和传统种植苹果后表示：“在肠道健康方面，多样性（细菌）是生活的调味剂——在这方面，有机苹果似乎更有优势。与传统种植苹果相比，新鲜采摘的有机苹果拥有更多样化、更均匀和更独特的细菌群落，而这会更好的抑制人类病原菌的数量。”
看来，无论哪种苹果，其所包含的种类繁多的菌群都会给人体健康带来好处，但在一定程度上，有机种植的苹果似乎更有优势。
总之，祝你好运，但愿你能把苹果洗得干净。
[1] https://www.jianshu.com/p/aea58a9bc81f
[2] https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.01629/full
社会科学
Social Science
近20年首次：美国联邦政府将恢复对死囚执行死刑
美国有死刑，但是因为种种原因，使得死刑执行困难重重。具体来说，美国目前有30个左右的州和联邦政府及军队有死刑法律，其余的州、海外领地和首都华盛顿特区没有死刑。
红色区域为美国拥有有效死刑法规的州 | 图片来源：Wikipedia
在这些没有死刑的地区，绝大多数的最高刑罚是“终身监禁、不得假释”。另外，美国对于死刑是分开审理的（各州规定不一）——也就是说，如果控方希望被告被判死刑，必须事先提出，且只能在死刑与非死刑之间抉择（不能审理过程中改判有期徒刑）。再加上，在美国罪犯有权利选择陪审团制度，而陪审团制度又要求100％通过，因此流审率极高，所以，中国访问学者章莹颖遇害一案中，美国伊利诺伊州联邦法院没有做出判处凶手死刑的决定，也是由于12人组成的陪审团无法就判处死刑达成一致，所以使得克里斯滕森免于一死。因此，除了罪恶滔天的罪犯（比如连环杀手、恐怖分子），其他罪犯难以判处死刑。就算能够判处死刑，又因为美国的审判周期极长，一般拖延至十几年乃至数十年才被执行死刑都是正常范畴；而且州和联邦两方的上诉程序每多旷日持久、且费用不菲，以致超过执行终身监禁的成本的两、三倍[1]。
绿色区域为废除死刑法规的州；深蓝色区域为法定死刑，但正式暂停执行的州；黄色区域为法定死刑，但事实上的中断-至少10年没有执行死刑的州；紫色区域为死刑在成文法中，有其他特殊情况可以执行的州；红色区域为尝试执行死刑的州 | 图片来源：Wikipedia
近期（7月25至26日），美国司法部（Department of Justice）宣布，联邦政府将恢复对死囚执行死刑。司法部长威廉·巴尔（William Barr）指示监狱管理局（Bureau of Prisons）安排处决五名犯有谋杀罪和其他罪行的囚犯。处决计划将在2019年12月和2020年1月进行[2]。同时，司法部宣布，将在未来执行更多的死刑。
威廉·巴尔在声明中称，司法部维护法治，有责任给受害者和家属一个交代。正义有可能迟到，但希望它绝不会缺席。
[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吗？它们甚至可以窃取基因！
一些寄生植物可以从寄主植物中窃取遗传物质，并利用这些偷来的基因更有效地吸收寄主的营养。宾夕法尼亚州立大学和弗吉尼亚理工大学的研究人员进行的一项新研究显示，寄生植物菟丝子可以从宿主身上窃取大量的遗传物质（包括100多个功能基因）反哺己身。这些偷来的基因有助于菟丝子牢牢的“抓住”宿主并从宿主那里偷取营养物质。目前，这项研究已于7月22日在线发表在杂志Nature Plants上[1]。
菟丝子 | 图片来源：Claude dePamphilis, Penn State
研究人员表示，“我们只观察了菟丝子，它只是4000多种寄生植物中的一种。功能基因的水平转移在其他物种中是否也同样存在?在非寄生植物中也可能存在吗?在其他复杂的生物体中呢?这项研究也许只是冰山一角。”
[1] https://www.nature.com/articles/s41477-019-0458-0
编辑 | 陈航
编译 | 陈航
特 别 提 示
《返朴》，一群大科学家领航的好科普。国际著名物理学家文小刚与生物学家颜宁共同出任总编辑，与数十位不同领域一流学者组成的编委会一起，与你共同求索。二次转载或合作请联系fanpusci@163.com。
