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飞行中的科学 [:1700041523]
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飞行中的科学 一分为二的机场
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机场对于陆侧（非航服务区）和空侧（航空服务区）的划分是很严格的。你从一个区域进入另一个区域，尤其是进行国际间飞行的时候，必须经过一个技术障碍，接受身份核查以及检查是否携带了危险物品。如果可以的话，他们还会在你经过的时候顺便测量你的体重（在航空的早期发展阶段就是这样做的）。这是因为飞机降落对于重量颇为敏感，航空公司需要根据平均体重来估算乘客们累积的总重量。
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但靠平均重量做估计也会带来问题，至少曾经出现过一次这样的情况。一架飞机从德国某个机场起飞，脱离跑道的时候有些困难，最终才可谓是“爬”上了天空。后来大家才意识到，之前这个城市举办了一场钱币展销会。这趟航班的很多乘客都是钱币商人，袋子里都塞满了新入手的硬币。他们之所以随身携带，是因为不想冒险，怕托运丢失掉新买的好东西。就是这些未曾预料的些许增重累计在一起使得乘客重量明显高过预期。加上飞机本身的重量，飞行员没能预料到飞行需要承受那么多的负重，所以才会出现起飞时的紧张场面。
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飞行中的科学 [:1700041524]
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飞行中的科学 行李过检
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你遇到的第一个有趣的技术应该是安全扫描装置。你把随身行李放在传送带上，接受一个强大的X射线扫描仪检验。“X射线”这个科技名词并非来自于某个特别的科学现象，而仅仅是发现者威廉·伦琴（Wilhelm Roentgen）第一次意识到这种射线可以穿透实心的固体后觉得它神秘不可知而给它取的名字（伦琴的原话是X-Strahlen）。后来，它被官方定名为伦琴射线，可人们还是更喜欢伦琴之前给取的昵称，叫着叫着这个名字就保留下来了。
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事实上，X射线并非什么神秘之物，它仅仅是一种光而已，只不过这种颜色的光远在人类肉眼可识别的光谱范围之外。光是一种电磁波，它是电和磁发生某种特殊作用后的产物，并以跨度范围很大的“色彩”的形式呈现。除了那些彩色的光之外，无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、伽马射线都属于电磁波的一种，它们有着各种不同的能量（见图1）。现在人们已经知道光是由光子这种微粒组成的（之后我们会谈到光子）。X射线中光子的能量远远高于其他可见光。如果我们把光想象成一种波的话，那么X射线的波长要短于可见光的波长（波长指相邻两个波峰或波谷之间的距离）。
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图1 电磁光谱：可见光构成了中间的一小段
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当普通光照射在行李箱这样的物体上时，光束中的光子被吸收，使它不能完全穿透物体。这是因为光子中的能量被那些构成行李箱的粒子吸收了。我们身边的所有物体都是由原子组成的，而每个原子有一个非常小的核心部分——原子核，它占了原子质量的99%以上，环绕在原子核周围的是质量较小的电子。当光子遇上电子时，光子中的能量会被电子吸收。吸收了能量的电子将会更高效地运动。
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电子吸收或释放光子能量的过程被称为量子跃迁（quantum leap），现在这个术语被用来形容重大的、突破性的改变，虽然真正的量子跃迁完全是一种细微的变化。
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电子一旦吸收光子中的能量，就从低能级跳到高能级，就像跳台阶一样。不久之后，富余的能量又重新以新光子的形式被释放出来，电子失去能量后又回到低能级。我们不清楚光子会朝哪个方向被电子射出来，不过总有一些光子能被我们的眼睛捕捉到。正是因为有了这些被电子释放出来的光子，我们才能看见周围的物体。
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X射线也是由光子组成的，与其他的光一样，它们的光速是每秒300000千米，不过X射线中光子的能量远远大于普通光线中的光子，这使它能够迅速突破物体原子中的电子层，减少与电子的相互作用。这意味着X射线可以穿透许多能阻挡普通光线的物体。
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X射线穿透物体时会破坏其中的分子（原子聚合在一起形成分子）。人体细胞中含有大量的DNA分子，它们携带着引导生命机能运作的指令。如果细胞中的DNA分子或是其他重要的化学物质被X射线损坏后，细胞就会病变，大大提高患癌症的风险。因此，需谨慎使用医用X射线，它通常都被控制在最小剂量。在20世纪60年代之前，人们并没有意识到X射线的危险，它甚至在鞋店里被使用，通过X射线装置，你能看见自己的脚趾在鞋子里扭动。
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对于无生命的物体来说，这样的损害就显得无关紧要了（不过，X光会使胶卷产生灰雾），因此用于扫描行李的X射线的强度比大多数医用X射线要大得多。那些你在机场看到的巨大的扫描设备使用的都是宽幅X射线，其中某些X射线的穿透能力要比另一些强。X射线扫过你的行李及其中的物品后，它就会到达检测器，检测器的工作原理类似于相机。检测器中有前后两套传感器，由一块金属板隔开。强度较小的X射线被挡在金属板之外，只能被前面的传感器检测到，但是强度较大的X射线能够穿透金属板，因此，较强的X射线能被前后两个传感器一起发现。
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由于使用两种强度不同的X射线，操作屏幕上会显示出两幅色彩不同的影像。因此，操作者能够分辨出植物、塑料或爆炸物之类的“软”物品，它们在屏幕上呈现出橘色，而那些较难穿透的物品（只有强度更大的X射线才能穿透）则显示为绿色。最后，图像被放大以显示物体的更多细节，使操作者在扫视间就能判断出行李中不同种类的物品。
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飞行中的科学 检测空气
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有时你的行李也会接受嗅探器的检测，嗅探器通过分辨气味来排查爆炸物。和许多物质一样，爆炸物容易挥发。爆炸物中的化学分子会在室温下挥发，飘浮在空气中。固体和液体中的分子总是处于不断运动中，有些分子能量大些，运动得也更剧烈，最后会散逸出去。无论是玻璃杯里醉人的酒气还是烤面包令人垂涎的香味，都是通过这些摆脱了母体的分子让我们闻到了物体的气味。这也是为什么即使在室温下，一池水最终也会蒸发完。
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有时这种嗅探器会是一只狗。可以说，狗是所有先进技术中最古老的一项，而且到目前它们也还在被人们使用。也许你觉得把狗称作“技术”是一种奇怪的说法，狗是一种活生生的动物。但是在人类有意识地培育下，狗成为了一个具有特定功能的独特品种，它们是最早的能行使自动化功能的“工具”。狗能自主完成各项任务，相比之下，与之同样古老的工具——斧子——还得借助人力才能开展工作。现在狗已经可以为人类提供多种服务，从导盲、放牧到通过它们灵敏的嗅觉排查爆炸物等。
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当然，人类在最初研发这项了不起的“技术”时，并无意将它们培养成这样的“多面手”。这一切很可能起源于某个意外事件。那时，狼群还在人类聚居地附近游荡。狼虽不像我们印象中那样作恶多端——比如，实际上它们很少袭击人类——但是这些食腐的动物们会时不时光顾，偷走死去的猎物，于是，我们恼火的祖先决定想些办法阻止它们。
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不难想象，最初是经历了怎样试探性的接触，我们的祖先才开始不再与狼为敌。也许是在某个寒冷的冬天，一只狼悄悄地靠近火堆取暖，突然，其他猎食者闯入人类的营地，它一跃而起，和人类并肩作战，作为奖励，它得到了一块肉。也许，从那一刻起，在自然选择的作用下，改变就开始了。时间流逝，狼的幼仔出生，幼仔温顺听话，更符合人们对“畜”的要求，它们也更愿意和人待在一起，被人喂养，受人关爱。几百年后，就有了狗。
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