当物理学家们说“大统一”的时候,他们到底在说什么?

这是一篇科普大统一理论和模型相关问题的文章。这方面的问题可以讲很多,而且讲得很深。这里我只挑其中的一部分来讲,而且讲得非常浅。为了能突出不同的点,文章会采用问答的形式,并且按照从易到难的顺序排列。在解释某些问题的时候,我可能并不会按照历史发展的顺序来讲(因为我也不清楚历史的顺序),而是按照(我认为)能最好地解释问题的思路来讲。


这次也加了很多括号,括号中的部分涉及到一些量子场论的知识;不看也不影响阅读。


一些常见的科普层次的问题:


这个理论的名字是"大统一"还是"大一统"?

我们正在讨论的这个理论叫做"大统一"而不是"大一统"。"大一统"指的是一个国家在政治权力、税收等经济制度和思想文化上的高度集中。比如,汉武帝时期,中央集权,独尊儒术,这是"大一统"。"大统一"只是英文grand unified theories的翻译。非专业人士可能会把这两个相似的名词搞混,但是把人家的名字搞错很不礼貌。


"大统一"想要统一什么?

这个理论想要统一的是电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用这三种(Yang-Mills类型的规范)相互作用。一般的大统一理论和唯象都不涉及到统一引力的问题。大统一理论也不讨论引力的量子化问题。


这个理论也不是想把上面提到的三种相互作用都量子化。这三种相互作用的量子化早就已经解决了。物理学家们想做的事情是把这三种(规范)相互作用写成同一种(规范)相互作用。


"大统一"如果实现,对我们的生活/现在的物理理论有什么影响吗?

除了上报纸、称为科幻爱好者的谈资之外,对我们的生活几乎没有任何影响。之前的文章(这个专栏下的第一篇文章)中也介绍了,现代物理学的一个信念是"physics laws at different scales never talk to each other"(在不同尺度上有不同的物理规律)。并且,现在的大统一模型在低能情况下肯定是要变成粒子物理的标准模型的。如果粒子物理的标准模型对于解释人们能日常接触到的问题没有任何帮助(事实上它们确实没有),那么大统一模型也不会有任何帮助。


对于物理理论,个人感觉,大统一理论更像是在规范场论和超对称理论的框架下搭建粒子物理的新模型。它更侧重于唯象而不是研究场论本身的问题,所以对物理理论的发展的影响也不大。(当然,出现这种印象也可能是因为我之前做的是大统一的唯象学。)


一些硬一些的问题:


标准模型中的规范相互作用不是已经统一成 U(1)_Y\times SU(2)_W\times SU(3)_C 了吗?

这并不是我们想要的"统一"。我们想要的是把规范群 U(1)_Y\times SU(2)_W \times SU(3)_C 看成是一种规范相互作用(即,一个半单李群作为规范群的相互作用)在破缺后剩余的部分。这看起来是一个很任性的要求,但是我们在下一个问题中会给出支持这个观点的证据。


大统一理论的动机是什么?

(圈图水平的)量子修正会让相互作用的耦合常数——电磁相互作用中的电荷e、弱相互作用中的弱荷和强相互作用中的色荷不再是常数,而是随着粒子(质心系中)的能量(能标)的变化而改变。量子场论可以计算这些耦合常数的变化。

没有超对称时,标准模型中三个耦合常数随能标的变化


我们发现,标准模型中的三种耦合常数——电荷(图中的红线)、弱荷和色荷(图中的绿线和蓝线)对应的线在能量很高时会相交。不过这三条线并不是严格的交于一点。然而,在加上超对称之后,我们发现,这三条线几乎真的交在同一个点上。这表明在一个能标上,这三种相互作用的耦合常数相等,从而它们有可能被看成是同一个(规范)相互作用。

有超对称时,标准模型中三个耦合常数随能标的变化

超对称在过去很长的一段时间内曾被认为是解决标粒子物理准模型中的large hierarchy问题的标准答案(这个问题又是另一个故事了,这里不展开讲),观测到超对称是迟早的事情。(现在看来似乎被打脸了。)所以如果加上超对称之后的标准模型中,三种相互作用的耦合常数能在某个能标上相等,那么它们的"统一"看起来也非常有前景。(这也是大部分的大统一模型都会加上超对称的原因。)


(这两张图片来自Savas Dimopoulos, Stuart Raby, Frank Wilczek三个人的文章。这篇文章首次计算了在有超对称的情况下耦合常数的跑动。搜这三个人的名字,就可以看到那篇古老的文章。)


另一方面,宇宙学的观测暗示,我们需要能破坏重子数的相互作用,而大统一理论中自然地会带有重子和轻子相互转变的项。目前的宇宙学观测表明,正物质要比反物质多,但是粒子物理中,正反物质在相互作用中是"对称"的。(比如,初末动量分别相同时,电子对到电子对的散射截面和正电子对到正电子对的散射截面是一样的。)自然界没理由偏袒正反物质中的一种,所以早期的宇宙中正反物质应该是等量的。但是,这样就会导致,宇宙降温后,正反物质相互湮灭,几乎剩不下重子物质。为了得到我们现在观测到的宇宙,需要正物质中的重子物质要比反物质中的重子物质多一点点(定义一个量 A=(n_b-\bar n_b)/n_b ,其中 n_b是单位体积内的重子数密度, \bar n_b 是单位体积内的反重子数密度。根据现在的观测,可以推出 A=3\times10^{-8},即,在1亿个正重子所占的体积内,正重子只需要比反重子多3个。)。如果它们一开始是等量的,那怎么演变成一个比另一个多呢?这就需要存在轻子和重子相互转化的过程。某种涨落导致正物质这边有一部分轻子转化成重子即可。而大统一理论中恰好带有这种相互作用。(当然,也有不用大统一理论也能让重子和轻子相互转化的模型。但是目前实验上没观测到重子和轻子的相互转化,强行在拉氏量总加上这么一个相互作用感觉不太自然。如果有大统一的话,这一项就会变得自然很多。)


大统一理论有可观测的效应吗?

有的。几乎所有大统一理论的模型都会预言质子会衰变,但是不同的模型给出的寿命不一样。从 10^{31} 年到 10^{36} 年不等。2015年,日本的超级神冈探测器给出了质子的寿命的下限约为 10^{34} 年。


(质子的寿命如此长,我们如何观测质子的衰变?其实粒子的"寿命"是一个统计概念,它反映的是粒子衰变的概率。粒子衰变的概率越小,它的寿命就越长。我们可以囤积大量的某种粒子,然后观测这一堆粒子中是否有粒子衰变,从而定出粒子的衰变概率或者至少定出衰变概率的上限,从而推测出粒子的寿命。)


大统一理论还预言了一些耦合常数之间的关系。在Polchinski的string theory第一册第一章第一节中,他提到了"It (指大统一理论) also successfully predicts one of the three parameters (the weak mixing angle) and possibly another (the bottom-tau ratio)."不确定现在的测量结果是不是还符合预言。


大统一理论中,还有重子和轻子的相互转化。不过我们目前没有观测到这种反应。


"大统一"要如何统一各种相互作用?

这个问题可以换一个问法: U(1)\times SU(2)\times SU(3) 能作为哪些群的子群?只要我们找到了这些群,那么我们就可以通过适当的机制将这个更大的群破缺/约化成 U(1)\times SU(2)\times SU(3) 这个子群。


有许多种办法来寻找这些可能的群。这里我们主要介绍规范群是 SO(10) 的模型。选择这个模型的原因也会在下面提到。


一些办法会先介绍Pati-Salam模型(规范群是 SU(4)_C\times SU(2)_L\times SU(2)_R ,其中四种color中前三种就是QCD的色,第四种color是轻子数)和SU(5)模型,然后说它们都是 SO(10) 的子群( SO(10) 是最小的能同时包含这两个群作为子群的群),从而确定规范群是 SO(10) .


当然,有更聪明的办法来确定这个群是 SO(10)


如果规范相互作用都被统一了,那么每代费米子中的部分或者全部将被看成是一个表示的不同分量。最好的大统一的结果应该是每代费米子(两个夸克、两个轻子)的所有自由度(这里,自由度指的是外尔费米子,或者说是不可约旋量表示中的旋量。夸克和轻子分别有左手和右手两个自由度,每个夸克还有三种颜色,一共是 2\times2+2\times2\times3=16 个自由度)统一成一个旋量表示。每个外尔费米子是一个2分量旋量,所以16个自由度/16个2分量旋量形成一个32分量的旋量,其左、右手部分各有16个分量。熟悉群表示的同学应该知道,这正是 SO(10) 的旋量表示的特点。所以每代的费米子形成一个 SO(10) 的旋量表示,那么对应的规范群就应该是 SO(10) 。(这也是我选取这个模型来讲的原因。)


大统一没有统一什么?

除规范相互作用外其他的相互作用——Higgs和其他场的Yukawa相互作用。(不过与标准模型不同,大统一理论中,每一代的费米子都被统一在一起变成 SO(10) 的不可约旋量表示 \mathbf{16} ,Higgs和 \bf{16} 耦合而不是和每种费米子单独耦合。这减少了一些参数。超对称也给 \bf{16} 的超对称伴子和Higgs场的耦合加上了限制。)


"大统一"的模型有什么缺点?

标准模型的一个问题就是参数太多,大统一理论的模型中的参数也不少。大统一看上去减少了很多参数,但是为了让搭建的模型的预言和实验结果能对上,我们需要手动加入破坏超对称的项。除此之外,我们还需要限制Yukawa相互作用中能取的项,这需要我们引入Froggatt-Nielson states和一些新的离散的 global对称性。这些东西引入了新的参数,使得大统一的参数并没有比标准模型的参数明显减少,甚至可能还更多。(1505.00264这篇文章中用到的模型就一共有24个自由参数。)


而且模型里引入了越来越多的对称性,但是依然没能直接回答,为什么要有这些对称性。看起来唯一的理由就是"这样构造的模型的预言和实验数据能对上"。这让人很烦躁。


大统一的能标是 10^{15} GeV,而Higgs的真空稳定性在 10^{11} GeV左右出现问题。也许在 10^{11} GeV之前就会出现新物理,从而让现有的大统一模型失去基础。即使不考虑Higgs的真空稳定性问题,我们也不知道,在大统一能标和目前的实验能标这巨大的能量差之间是不是还有新物理。


当然,对于使用超对称的大统一模型,最大的问题就是实验上还没看到超对称。相应地,这些模型需要调整自身的参数,让使用的超对称粒子的质量超过实验给出的超对称粒子质量下限。但是,这种参数调整可能会让其他可观测量的拟合变差。差到一定程度,一个模型就被排除了。随着实验数据精度的提高,一部分模型已经被排除,而没被排除的模型的参数空间也被压缩了很大一部分,几乎只能"苟活"。


现在还可以从事大统一的理论或者唯象方面的研究吗?

如果你想在学术圈生存下去的话,不建议再去做这方面的研究。唯象的话,实验上长期没有发现相应的粒子,导致人们已经逐渐不再关注这个领域。发这方面的文章很难获得引用。理论的话,个人感觉这个理论中除了用到了超对称,几乎没有超出规范场论课程的新的东西。


更新预告:下次就是讲单粒子的单圈和闭弦的单圈了!



来源:知乎 www.zhihu.com
作者:鸟雀呼晴

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在建筑中看见弯矩图

iStructure的一个理念是:形是力的图解。小i写了一年多文章,很多时候都是在探讨形与力的关系。

结构工程师是一群有着特殊审美偏好的人,形与力如果能够统一,那在我们眼中是一种和谐的美。虽然普通人没有学过结构力学,但是我相信如果处理得好,人们的直觉也会认为那是美的。

今天就来讲讲形与力高度统一的项目,甚至结构工程师看到这个建筑时,脑子里浮现的必然是弯矩图。

特拉弗西那桥

(Frist Traversina Bridge/1996)


特拉弗西那桥位于瑞士境内,跨度48m,横跨偏远的维亚马拉河大峡谷。桥的形态与简支梁在均布荷载下的弯矩相同。

这座桥是木和索相结合的一个优秀作品,木材用于受压,拉索用于受拉。且木材自重轻,所有构件重量均小于4.3吨的直升机最大载重量。

桥的主要结构由三部分组成,U形桥面板。H形框架为U形桥面板加强侧向刚度。断面为三角形的桁架支撑着上面两个结构,桁架底部为两根拉索,桁架竖腹杆是木材,其间设置对角钢拉索。H形框架与桁架腹杆牢固连接。

特拉弗西那桥上部很窄,其侧向刚度比较弱。所以,特拉弗西那桥用三角形的腹杆将底部的拉索向外撑开,越往跨中,撑的越开。其稳定性大大增强。

拉索与木结构的节点处理也很值得称道。但可惜的是,这座桥在1999年一次雪崩中被摧毁。同年,在另外一个地方建造了另外一座桥"SecondTraversina Bridge"。新的桥也很有意思,下次有机会再写。


滑铁卢国际车站顶棚

(the Waterloo International Station/1992)


滑铁卢国际车站靠近滑铁卢主车站,拥有2层的车站大厅与车棚,曾经是欧洲之星(通往比利时与法国)在伦敦的起始站。

滑铁卢国际车站顶棚是NicholasGrimshaw & Partners(建筑)和Anthony Hunt Associates (结构)合作设计的。这是一个借助弯矩图发展出形态的典型范例。

车站共有五条轨道,受列车通行要求控制,轨道上方的净高是有要求的,这是设计的前提条件。其中一条轨道由于运营要求需要被放到最左(西)侧,这样的话左侧屋盖需要迅速抬升。同时业主本来想在右(东)上方造另一个建筑,整个屋面被限高15m,右侧屋盖希望尽可能低。(虽然后来英国轨道公司放弃了这一计划,但因为当时设计已进入很后期,所以,右侧屋盖保留了比较低的形态。)

同时,由于其轨道下方还有数层建筑,可能存在不均匀沉降。另外,火车的进站、出站会使下部结构产生竖向变形,加速、刹车会对下部结构产生水平推力。所以,为了减少下部结构不均匀变形对屋盖的影响,安东尼·亨特采用了三铰拱的结构形式。三铰拱是静定结构,支座变形不影响内力。

最终,火车站屋盖的形式确定为一侧陡然升起、一侧较为平缓的三铰拱。这种非对称三铰拱在重力荷载作用下,两侧分别产生上、下两个不同方向的弯矩。弯矩图也不用画了,就是拉索的形态。

整个屋顶的造型既与内部的使用功能高度统一,又实现了材料的优化布置,同时借助非对称的结构形态活跃了建筑形象。

屋盖对于构件的设计同样非常精妙。车站屋盖覆盖的范围很长,从一端到另一端其跨度也由48.5m变化到32.7m。如果每一榀都重新设计,不仅设计工作量大,而且加工也很复杂。所以,安东尼·亨特根据不同的跨度将结构直接按比例缩放,类似于cad的scale。但是构件直径保持不变,只是长度发生变化。

同时,为了使节点的制作简单,受压拱的圆管共仅三种规格。小i不清楚它的变径圆管之间是怎样连接的,从外观上看是突变的,有了解的读者可以在文末留言。

复杂节点采用了可焊接的铸钢件,在当时,这是非常先进的技术。同时,桁架的腹杆采用了锥形管,用于连接较大直径的钢管和较小直径的拉索。椎管是采用两个半圆弧钢板拼起来的,从照片上完全看不出来拼缝。所有这些细节方面的追求,使滑铁卢车站成为经典的项目。

柏林中心火车站站台雨棚

(Platform Roof of Central Station /2002)


这个项目结构是SBP,建筑是GMP。位于欧洲中心的铁路枢纽,新的柏林中心火车站(前身为莱特火车站)由两个地下铁路段(斯德哥尔摩—帕勒莫线、巴黎—海参崴线)和六条地上区域快线组成。

▲火车站马镫形建筑之间的视角

巨大的东西向站台雨棚随着曲线的轨道延伸,设计长450m(后由于工期原因,只实施了320m)。屋顶首尾的跨度分别为44m和56m,而在中间的两个马镫形建筑处增加至66m。在两个马镫形建筑之间,是另一个南北向的雨棚。

今天的主角是东西向站台雨棚,跨度44~66m,采用了传统火车站常用的拱形结构。与滑铁卢车站类似,由于两边有列车通行的净高要求,拱在两个支座处需快速上升,无法做成悬链线。

SBP通过交织于室内外的拉索,将拱结构的受力由弯矩为主调整为轴力为主。跨中拉索位于室内,两侧拉索位于室外。在竖向均布荷载下,钢索的穿越点是弯矩零点。

由于竖向均布荷载下,拱架几乎只承受轴力。所以拱架只需要略微加强,以承担不对称雪压和抵抗侧面风压。拉索与拱的连接为铰接,腹杆交叉拉索为2对1的布置方式,节点很精致。

两榀拱之间的距离是13m,在两榀拱之间覆盖了矢高很小的圆柱形网壳。杆件整体的平均结构高度仅175mm。小i忍不住又赞叹一下,构件的厚度与跨度之比为1/75,必然是利用了壳体效应。而这个壳体支承在不算太刚的两榀拱上。小i是心里是没底的,不知道大神们是怎么考虑的。
由于结构高度很小,1.4~1.6m的网格和对角线方向的直径为12mm的双股拉索组成的屋面,视觉效果非常轻盈。

同时,圆柱形网壳是可展开直纹曲面,所以每个网格的四个角点都在一个平面内,以便于覆盖平面玻璃。在某些位置,玻璃面上还覆盖有太阳能电池板。


小结


画弯矩图是结构工程师的必修课,甚至一注建筑也会考弯矩图。但是能把弯矩图应用到实际的工程形态中又是另外一回事。特别是滑铁卢车站顶棚和柏林中心车站顶棚,通过弯矩图的布置,既实现了合理的受力,又实现了很好的结构表达。希望以后也能在自己的项目中诠释"形是力的图解"。


参考资料
1)《结构大师—构筑当代创新建筑》 萨瑟兰·莱尔

2)《The Aestheticisationof the Steel Framework: the Contribution of Engineering to a Strand of ModernArchitecture that Became Known as High Tech》AngusMacdonald

3)《轻·远》

4)《建筑形态的结构逻辑》 卫大可

5)本文图片均来源于网络,版权属于原作者或网站


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来源:知乎 www.zhihu.com
作者:iStructure

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解惑“法医学”专业各种问题——(一)专业和职业基本介绍篇

又是一年高考季。

每年这个时候前后,知乎上都会有很多的小朋友(相当数量是女孩纸)前来提问:

读法医有什么要求?
文科能不能选法医?
哪个学校的法医专业好?
我想读法医,要多少分?
以及,最重要的——我是女生,我想读法医!

我平时也会收到很多的私信和问题邀请来让我回答这些类似的问题。其实有相当多的问题答案在网上进行搜索都是可以找到的,以往我也有或零散或系统的回答过一些,不过总是有一些"不会搜集信息"或者"懒得自己去找"的小盆有。

所以,这一次就专门详细的写一写,希望可以"一篇解决问题"。

(可能是……做梦!)

(写了一半发现果然做梦!!!只好分篇了!!!)

这一篇是关于法医学专业和法医学职业的基本介绍,关于如何就读,选择大学,需要了解的一些细节和个别典型的问题的,请看下一篇:

死者代言人:解惑"法医学"专业各种问题——(二)法医专业求学、就业的各种问题篇

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先做一些提前的说明:

很可能看了下面的文字之后,你可能会发现"法医学"并不是像之前所想象的那样,甚至可能会有失望、感觉梦想被打击、甚至感觉有愤恨等等负能量情绪。

这都很正常,毕竟这篇文字面向的主要对象是高中生,是已经准备上大学的成年人了。

关于未来、关于社会,其实很多东西并不应该等到大学阶段甚至是毕业找工作的时候才去考虑,一个人的职业规划开始的早一点没什么坏处。这个过程中必然要有一些想象起来或者"看起来"很美好的事情被打破,很多这些东西大学以前都是被父母、学校、社会灌输"一切为了上大学,上了大学就轻松了"之类的话遮掩过去了,但是现在到了做出人生职业选择的第一步了,有些东西该面对总是要面对的。

俗话讲:男怕入错行,女怕嫁错郎。实际上啊,男女都怕入错行啊!!!

很多关于法医专业、职业的问题,并不是说是不可更改的,不可调和的矛盾,这其中按照不同人的不同具体情况,是可以有不同的应对方案的,只是很可能带有风险。

这次的文字中,我把我知道了解的信息、一些经历过的事情、一些当前的情况写出来,自认为客观吧,提供给大家做一参考,而自己如何做出抉择还要自己来决定。

无论做出什么选择,谨记:

想得到什么样的利益,就要做好承担相应风险的准备。

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一、法医学专业的基本介绍。

(1)法医学(定义):

应用临床医学、生物信息学、药学和其他自然学科理论和技能来解决法律问题,用于侦察犯罪和审理民事或刑事案件提供科学证据。

(2)专业培养目标:

培养具备医学基本理论知识和系统的法医学理论知识及基本技能,能在公安、政法机关从事法医学检案鉴定工作的高级科学技术人才。

(以上来自专业代码100601法医学专业介绍中相关内容)

培养适应现代化建设和社会发展所需要的具有坚实医学基本理论和系统法医学专业知识、良好思维判断及分析问题能力、熟悉司法鉴定程序、掌握司法鉴定技能,能公安、政法战线等相关机构从事法医学工作的高素质复合型专业人才。

(以上来自四川大学华西基础医学与法医学院专业介绍)

(3)本科专业核心课程:

专业核心课程:法学理论、人体解剖学、病理学、内科学、外科学、刑事侦察技术、法医病理学、法医毒理学、法医临床学、法医物证学、法医精神病学、法医毒物分析。

(以上来自四川大学华西基础医学与法医学院专业介绍)

(4)本科专业详细课程:(以四川大学为例)

基本课程:

军训、军事理论、大学计算机基础、体育、形势与政策、大学英语、思想道德修养与法律基础、中国近现代史纲要、马克思主义基本原理概论、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、中华文化。

基础性课程:

大学化学、大学物理(医学物理)、医科数学、有机化学。

医学类课程:

医学生物学、解剖学、组织学与胚胎学、生物化学、医学免疫学、生理学、人体寄生虫学、医学微生物学、药理学、医学影像诊断学、诊断学、病理生理学、病理学、儿科学、妇产科学、精神病学、系统整合临床课程(内科学、外科学)。

专业类课程:

刑事诉讼法、刑事科学技术、法医病理学、法医临床学、法医毒理学、法医毒物分析、法医物证学、法医精神病学、法医学进展与实践。(这几类门课大多自带实验、见习、实践类课时,不再单独设置实验课程了)

实验、实践类课程:

大学物理实验(医学)、大学化学实验、有机化学实验、组织学与胚胎学实验、生物分子基础实验、病原生物学实验、机能学实验、精神科实习、外科实习(法医学)、妇产科实习(法医学)、内科实习(法医学)、法医学临案实习、法医学专业强化实习。


以上都是必修类的课程,除此之外还有一些预置类的选修课,也就是算是带有一定强制性的选修课。比如:民事诉讼法、法医学概论、法律心理学、专业外语、神经病学、眼科学、耳鼻咽喉科学、医学统计学、信息检索与利用等等。

除此之外就是各种自由的选修课了,理论上可以选择全校各种各样的课程,只要上课时间不冲突,觉得自己能搞定就去选吧,不过一些特别的课程除外,比如一些艺术类的课程,比如绝大部分的实验课程。

然而学医的生活。。。。。额,也并没有那么大的发挥空间。

值得一提的是,医学课程都是相当成体系的,基础性的内容是一环扣一环的,前面基础不牢,后面学起来会懵的,在这个基础上再来法医专业内容,就很容易"知其然而不知其所以然"。

所以,基础很重要!医学课程学起来很是醉人心脾的,所以会流传很多的传说:比如10个学分上一整天的解剖学,还有"生理生化,必有一挂",还有"寄生虫,何生我?"。。。


(5)法医的各类分支学科:

上面在专业类课程里有一些带有"法医"字样的课程,这些就算是法医学自己的专业课程了,相应的,这些课程也对应着法医学同名的一些二级学科。

在本科阶段不区分专业方向,都要学习。研究生阶段可以选择其中某一个方向深造

1.法医病理学

利用病理形态学的技术手段研究与法律相关或与案件侦查相关的医学问题。研究内容涉及死亡原因、死亡机制、死后变化、死亡时间及损伤时间、致伤物推断、阐明损伤、疾病、中毒等与死亡的关系等方面。法医病理学的任务是研究各种情况下人体死亡规律与死后变化的时间规律,从而为判断死亡原因、死亡方式、死亡时间等提供技术支持。

这也就是传统意义上认为的"法医"做从事的工作——解剖尸体的那个专业学科。

2.法医临床学

以活体为主要研究对象,包括伤、残、病的检查和轻、重损伤的评定,护理依赖程度(生活自理能力),犯罪嫌疑人涉及需保外就医的相关疾病及残疾评定,损伤与疾病的关系。活体鉴定着重研究各种物理因素、化学因素、生物因素和精神因素所致的人体损伤及其严重程度;研究性犯罪、猥亵行为对人体身心的伤害,性功能不全;虐待儿童、老人的检验,以及医疗纠纷中医疗侵权损害的鉴定和伤残等级评定,活体年龄推断等。

3.法医物证学

法医物证以其生物成分和特性来证明案件事实,通常包括血液、精液、阴道分泌液、乳汁、唾液、鼻涕、尿液、羊水及其斑痕,毛发、指甲、骨骼和牙齿,人体各种组织器官及其碎块等。最为人熟知的工作是,通过使用DNA技术、血清学技术等等来解决司法实践中的个人识别及亲子鉴定问题

4.法医毒理学

主要是各种毒物的作用机理,中毒表现等等。主要任务是确定是否发生了中毒;确定何种毒物中毒;确定进入体内毒物的量;分析毒物进入体内时间、途径和形式;推断中毒死亡方式(自杀、他杀、意外、灾害事故等)。

5.法医毒物分析

应用化学、药学、医学等学科的现代科学理论、技术和方法对涉及或怀疑涉及由毒物引起的伤害或死亡事(案)件中的有关物质进行分析鉴定。针对提供检材进行有关毒物分析鉴定,判明有无毒无、毒物种类、毒物量,分析毒物与事件关系,为澄清当事人在事件中是否负有法律责任提供依据,为涉及中毒案件提供侦破线索和证据。

6.法医精神病学

对疑似精神障碍的违法者或诉讼当事人的精神状态和法律能力的鉴定,提供法医精神病学鉴定意见。具体任务:确定精神疾病诊断;作案时是否由处在精神疾病状态下,其责任能力、行为能力、诉讼能力、受审能力、服刑能力、性自我防卫能力等法律能力的评定。


除了上面这几个主要的之外,还有诸如法医人类学、法医昆虫学等更细小的分支,这些一般不作为主要的核心课程,一般会安排在法医病理学课程之中讲授(四川大学)。具体简介一下:

法医人类学:

应用体质人类学的理论与方法研究、解决法律实践中有关人类学指标问题。以骨骼为主要研究对象,包括进行种属鉴定、推断年龄、性别、身高,骨骼容貌识别,颅相复原等等。

也就是类似美剧《Bones》(识骨寻踪)中通过对各种各样骨头展开研究而破案的学科。

法医昆虫学:

应用昆虫及其他自然科学的理论与技术,研究并解决司法实践中有关昆虫问题的一门科学。

比如在我曾经的一个回答中应用的,死者代言人:关于尸体上的虫子,法医会怎么处理?

利用围绕尸体的各种各样的昆虫的种类、数量来进行有关死亡时间、死亡性质等等一系列推断的学科。

除此之外,还有诸如"法医法学"、"法医现场学",人卫有这几本教科书,实话讲对于工作之后更加深入细致的研究更为有用,单纯用课程来讲,体会没那么深,实用性可能并不是很大。

法医学是一门经验类的实践学科!其实医学本身就是!

所以,这注定了书本知识固然重要,但是动手实践这些知识更为重要!

本科阶段囫囵吞枣的把各类知识都先灌进去,什么都知道个大概,可也什么都不精,这就要工作之后结合实践,慢慢的融会贯通,慢慢的形成自己的认识、经验和见解。

以及,不断的学习、学习、再学习,思考、思考、再思考。

(六)法医学专业本科情况

法医本科不分专业方向,学习所有内容。

修业年限:一般为。。。。五年 学位:医学学士

双学位问题:

取决于具体学校的要求,一般学校的法医学专业本科生,可以选择"法学"、"英语"类的第二学位。

而反过来,其他专业的能不能修"法医学"为第二学位,还是取决于具体学校的文件规定。

其实。。。通常是不能。

其实对于这个第二学位,其地位、能不能得到承认、有什么用处、未来能否作为报考或者一些要求的证明都是存在这样那样的小问题的。

根据自己的情况,未来再选择吧。不过课程更多,学费更多,需要花费更多的时间精力这是肯定的了。

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二、法医职业的基本介绍

(一)工作单位选择

绝大多数人得知"法医"这个职业的途径都是各种影视剧,尤其是当网络信息发达的现在, 通过网络极大的扩大了信息的来源。

但是很多人仍然认为:法医=出现场、做尸检。

也不能说错,只是这是一个相当狭隘的认识。产生这种印象的逻辑是这样的:

首先,法医的工作确确实实是与案件相关,这里面又大量是刑事案件。加之公安一线的法医是数量巨大的,他们所从事的最主要的工作也确确实实的解剖尸体,而既然都解剖尸体了,那必然是可能与凶杀、命案等相关的,恰好迎合了喜欢看看热闹、喜欢逻辑推理等等心理。再加上,网络上一些知名的科普法医也是公安机关哒。

所以,以上种种就让大家产生了:法医=尸检=公安警察,这样的观念。

实际上,当前从事法医本职类的工作选择一般有:公安、检察院、法院、社会鉴定机构。

具体介绍介绍:

1.公安

这可以说是人数最多的,也算是最广为人知的。

其中根据单位级别不同,一般会设置病理法医、临床法医、DNA物证鉴定法医、毒物分析法医等等。

占最大头的就是病理法医和临床法医了,在基层,这两个专业一般是同一人承担,即既负责法医病理工作,也负责法医临床工作,既验尸,也验活人。

一般工作是24小时值班,几组人轮班制。不同地区的工作量差别巨大。一般同地区而言,越是基层工作越繁忙。基层的主要工作是:

出现场。那些需要法医提供专业技术支持的现场勘查,比如命案现场;强奸猥亵现场等等。现场勘查对于法医工作来说相当的重要,很多围绕死亡的信息都是要结合具体现场情况的,诸如自杀、他杀这种死亡性质的判断更是绝对不能离开现场勘查。此外,现场勘查专业的警察也需要法医协助发现和搜集各类痕迹物证,一同参与研究分析案情等等;

做尸检。法律涉嫌犯罪的,死因不明的尸体都应当进行尸检来明确死因。尸检又可以具体分为尸表检验、解剖检验、组织病理学检验等等步骤。需要说明,部分地区的尸检是由法医亲自动手,全程自己来做的,而有些地区,比如广东,存在"解剖工"这一工种,他们来进行具体操作,法医在一旁记录,拍照。

个人而言是支持"法医亲自动手"的,不单单是个人技能水平,更是从专业角度出发,围绕专业问题可以利用专业知识随时调整,也能知道重点、细节等等。

损伤程度检验、鉴定。这里就是指因故意伤害、寻衅滋事等受伤之后,被害人的伤情严重程度需要由法医进行检验,出具鉴定意见来作为未来起诉的证据。此外,如强奸案中被害人的身体检查也会由法医来进行,当然这里也可以由警察陪同,让专业的妇科医生检查,但是最后的鉴定还是要由法医来做。

其他工作。公安法医首先的身份是一名警察,在此基础上,是警察队伍中的专业技术人员。所以,与警察有关的工作,公安法医也是需要承担的,比如一些执勤类的勤务工作等等。

在公安法医的实际工作中,除非专门区分了病理和临床专业,否则,就同一个人承担两类工作而言,一般都是临床类的验伤工作要多于病理类的验尸工作的。

所以,法医≠尸检,法医≠只和死人打交道

无论是验尸还是验伤,工作之后都有与家属沟通交流的重要环节,这个环节中能接触到各种各样的人,往往他们因为死了人、伤了人而情绪都不怎么稳定,这种情况下,沟通交流技巧绝对是门艺术。所以说,法医的"医患关系"也远远不是那么稳定的。

DNA物证鉴定法医:公安机关的这一类法医主要是在市级、省级以上的公安机关,部分发达地区在区级也有设立。一般而言不需要出现场,大量时间是在实验室里度过,接受病理法医或者是现场勘查人员送来的检材,通过仪器设备及专业知识分析进行个人识别和亲子鉴定工作。这里的亲子鉴定一般是指打拐、落户这类过程中的鉴定,个人怀疑被绿的那种需要找下面的社会鉴定机构进行。

毒物分析法医:一般也不出现场,也是在实验室里工作。主要检验送来的检材中是否含有有毒物质,是否含有某种特定物质等等。


2.检察院

检察院也是有着相当数量的法医存在的。作为我国刑事诉讼法律体系中重要的一环,起诉环节放在检察院,这就要求检察院在审查公安移送起诉的案件证据时,需要有专门审查公安法医制作的鉴定意见的人员。要求非专业的人审查专业的内容并不合适,所以,检察院也需要有自己的法医来从事这类审查工作。

这类工作更倾向于书面的文案工作,对公安机关移送的案件材料进行审查。因为案件在公安阶段时候,公安法医并不能接触到案件的全部材料,而检察院法医则可以看到与案件相关的全部材料,尤其是口供类的记录,这对于了解案件中的一些细节有很大的帮助。这个过程中就经常可以发现公安机关欠缺的部分,可以及时提出补充证据的建议,为案件证据的完整提供帮助。

此外,根据法律规定,在监狱、看守所等监管场所死亡的案件,需要由检察院介入,由检察院主持死亡原因的鉴定等工作,这个过程中就可以选择由检察院法医来完成这个检验鉴定工作。

3.法院

在2005年以前,法院也是有大量法医的,而且这些法医可以从事鉴定工作,在2005年全国人大颁布了《全国人民代表大会常务委员会关于司法鉴定管理问题的决定》,大大规范了此前已趋向混乱的司法鉴定局面,其中明确规定了:

人民法院和司法行政部门不得设立鉴定机构。

所以,这之后法院减少了大量的法医岗位,仅保留一少部分,从事类似检察院法医审查的职能,为案件审理阶段提供专业性的意见提供支持。

4.社会鉴定机构

前面的公、检、法都属于国家机关,社会司法鉴定机构属于公司、企业性质的。还是按照前面的《全国人民代表大会常务委员会关于司法鉴定管理问题的决定》所规定来设立的。社会鉴定机构工作的法医更确切的说是在给鉴定机构老板打工,这里从事的更多是与民事相关的工作,比如法医临床中的伤残鉴定,工伤鉴定,物证中的亲子鉴定等等。

各个大学的"司法鉴定中心"也是归属于社会鉴定机构一类的。


除了上面这4大类主要从事法医本职工作的职位以外,部分保险公司也会对法医有所需求。

在这里法医主要是进行审查、核保,出险之后理赔阶段材料的审查等工作。

依靠医学或者法医学知识,对于伤残啊,护理依赖啊等等问题进行把关。


(二)鉴定资格问题

结合上面第一大点中介绍的法医分支学科,在上面这些工作地点还可以从事不同的分支工作。这些从事法医工作的人都可以称为"法医",取得了相应鉴定资格的则还可以称为"法医鉴定人"。这里的鉴定资格可以类比于医生的"执业医师资格"。

具体的鉴定资格是分别管理的,公、检的分别归属相应的国家部委管理——公安部、最高人民检察院。社会鉴定机构的管理部门是司法行政部门,具体是国家的司法部,下面的司法局、司法厅等。

公、检、司三家对于鉴定人资格的管理规定分别有各自的文件规定,其内容基本大同小异,核心的条件都相差不多,毕竟来源都是中央那份《全国人民代表大会常务委员会关于司法鉴定管理问题的决定》:

四、具备下列条件之一的人员,可以申请登记从事司法鉴定业务:
(一)具有与所申请从事的司法鉴定业务相关的高级专业技术职称;
(二)具有与所申请从事的司法鉴定业务相关的专业执业资格或者高等院校相关专业本科以上学历,从事相关工作五年以上;
(三)具有与所申请从事的司法鉴定业务相关工作十年以上经历,具有较强的专业技能。
因故意犯罪或者职务过失犯罪受过刑事处罚的,受过开除公职处分的,以及被撤销鉴定人登记的人员,不得从事司法鉴定业务。

最相关的就是这个第二条了,相关专业本科+五年工作经验。所以,法医本科毕业的学生并不能直接取得鉴定资格,需要有至少5年的工作经验。在这五年中可以作为助理,辅助有鉴定资格的鉴定人从事法医实践工作,待时间满后,向相应的管理机关申请鉴定资格,通过考试等审查后取得鉴定资格,也即相当于"考证"了。

关于"职称"问题,法医职业的专业职称分为五级——"法医士、法医师、主检法医师、副主任法医师、主任法医师"。其中"法医士"很少见了,以前是给专科毕业的人员的,现在已经基本都过渡到本科起步了。

但是目前这个职称问题存在很多现实问题。首先,2017年,中共中央办公厅和国务院办公厅印发了《关于深化职称制度改革的意见》,其中要求:"公务员不得参加专业技术人才职称评审。"所以,公检法的职称就成了问题。社会鉴定机构则不受影响。目前,公安系统正在进行改革中,这方面可能会建立相应的评价体系,并与原有的五级进行对应。


(三)如何从事法医工作

如前所述,公、检、法三类是属于"体制内"的法医工作,都是需要通过公务员考试来进入的。具体的公务员考试又可以分为国考和省考两大类。

国考一般每年10月举行,其中与法医有关的岗位一般是三类:中央部委,如公安部,水上公安如各地长江航运公安局,铁路公安如各地铁路局公安。中央部委就不用说了,一般学历要求研究生以上。水上公安和铁路公安本科即可,但是工作比较艰苦,常常需要长时间跟船,或者跟火车巡逻这种。

省考各地时间就不同了,一般集中在国考前后的下半年和上半年的3、4月份左右。

这类一般都是学历要求本科及以上即可,因此,法医学专业本科毕业即可参加工作,对于公务员考试而言,研究生学历一般并没有很特别的优势,不过从未来工作晋升,个人学习来讲还是有好处的,各有利弊吧,根据自己情况进行取舍,这一点接近毕业时候考虑即可,高考报志愿阶段做一了解即可。

需要强调一点:公务员考试不像高考,学校招生计划基本保持稳定,今年招生,明年还会招生。公务员考试岗位是根据实际需要的,每年都在变化,不是固定不变的!!赶到自己毕业的那一年,自己想去的城市有没有计划,有没有岗位基本是没办法提前预知的。这一点需要提前了解一下。

至于社会鉴定机构,大学的一般而言是由老师们兼任的,通常在本校读书深造,最后留校来进入的比较多一些。其他的则与其他职业去求职面试没什么不同了,招聘、投简历、面试等等。


(四)法医的工作情况和待遇

一般情况下,公安的工作可以说是最繁忙的,也是最累的,光是值班制就很可能打乱正常的作息时间,而且越是节假日越是有勤务,这样也会对家庭生活造成一定的影响。

检察、法院相对工作会规律很多,通常就是标准的朝九晚五的上下班,节假日也很标准。

社会鉴定机构嘛。。。。那就要取决于各家的"买卖"如何,老板的要求如何了。

当然,这些东西也只能说个一般情况。

某某地区的公安没事做≠全国公安都很闲。某某鉴定所忙到死≠全国鉴定所都这样。

至于收入、待遇问题,公务员会因在不同地区、不同级别单位而有很大的差异,这个是没办法绝对的量化比较的。一般而言,越发达的地区,相对工资待遇会越好一点,但同时生活成本可能更高。

公检法同属于公务员,按照目前的情况来看,公安通常比同地区、同级别的检察、法院要高一点,因为多了一些补贴。未来的话,公安系统正在进行改革,相应的待遇问题也会有调整,具体还需要观望。这些差是肯定差不到哪里去的,但是身处公务员队伍,想发大财那也是基本没戏的。

社会鉴定所的工资待遇则取决于老板愿意让渡多少利润作为工资啦,以及生意是否兴隆。

"有无鉴定资格"在社会鉴定机构会对工资待遇有比较大的影响。


关于法医学专业就读、就业的问题,请看:

死者代言人:解惑"法医学"专业各种问题——(二)法医专业求学、就业的各种问题篇



来源:知乎 www.zhihu.com
作者:死者代言人

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他们找到了迄今为止地球上最古老的“脚印”

近半个世纪前的1969年,阿姆斯特朗在月球向全球观众直播说:"我个人的一小步,是人类的一大步"。

毫无疑问,月球上的第一个脚印,是属于人类的。

(谢谢@Alan 的指正,下面这张图右侧的脚印,其实是同行的巴兹·奥尔德林的。)

图左为阿姆斯特朗,图右为巴兹·奥尔德林留在月球上的脚印

然而,当我们把视线转回地球时,你是否曾想过,地球上的第一个脚印是什么时候踩下的?这个脚印的主人又会是谁呢?

由中国科学院南京地质古生物研究所和美国弗吉尼亚理工大学组成的早期生命研究团队的新发现,为我们理解这些问题提供了最新的答案。

2018年6月6日,美国《科学》(Science)杂志子刊《科学进展》(Science Advances)在线报道了该研究团队在湖北宜昌三峡地区发现的、保存于5.51—5.41亿年前的埃迪卡拉系灯影组地层中的足迹化石,这也是迄今为止,地球上最古老的足迹化石。

三峡地区远眺

至此,这个深藏了近5.5亿年的"脚印"展现在了世人面前。


这些足迹究竟长什么样?

在南京古生物所研究员陈哲的办公室里有一个托盘,里面放着两片看上去灰灰的、没有规则的"瓦片"。

这两块不起眼的"瓦片",其实是灰岩,来自5.5亿年前。四五年前,陈哲从宜昌市三斗坪雾河村三峡地区埃迪卡拉系灯影组地层中发现了它们,细心的他觉得这个有可能是遗迹化石,便将它们放在包里背了回来。

三峡地区埃迪卡拉系地层化石发掘现场

回到南京的办公室后,陈哲对这件化石进行了细致的研究。观察发现,这件足迹化石上,有两列由生物行走过程中,附肢(或疣足)在沉积物表面形成的凹坑,我们可以称之为足印。化石上的这些足印,有着相近组成及结构,在一个运动过程中,所有的参与的附肢运动一次,形成了一个系列。

此次发现的遗迹化石由两组足迹和三条潜穴组成,其中一组足迹(TW2)穿过两条潜穴(UB1和UB2),并与潜穴(UB3)相连。TW2与UB1空间上相连

从化石上还可以看出,这些生物的足迹化石与潜穴相连(原来,它们不但"散步",还会"挖洞")。这说明,该生物在爬行时轨迹较为复杂,一会在水底沉积物表面爬行,一会钻入沉积物里打洞,比较"调皮"。


地球上的首个"脚印"的主人究竟是谁?

"'脚印'的主人,应该是身长约2厘米、宽1厘米,两侧对称的且有附肢的节肢动物、环节动物,或者它们的祖先。"陈哲补充道:"形象一点说,是类似虾一样的生物"。

陈哲研究员

那么,科研人员是如何确认这个"调皮的它"一定是"两侧对称的且有附肢"的动物的?

"同一种生物由于不同的行为,可以形成不同的遗迹,同一种生物相同的行为方式,沉积物底质不同也可以形成不同的遗迹。"陈哲等人将此次足迹化石与几乎所有已知的动物门类的足迹进行了比较,并层层筛选。


图为部分节肢动物的行迹
一些依靠身体伸缩或蠕动的无附肢动物,在沉积物表面形成连续的爬迹,会形成一条凹陷的拖槽


"从这些足迹可以看出,留下遗迹的生物可以通过附肢支撑身体,脱离沉积物表面(也就是说,这个生物爬行时肚子是离地的)。所以,遗迹明显是由两侧对称的后生动物形成,而且它们具有成对的附肢。"陈哲表示。

大家可以想象一下,在距今5.5亿年的海底,一个长约2厘米的爬虫,悠哉悠哉,漫不经心的闲逛着。时而在铺满藻类的沉积物表面散步,时而在沉积物表面快速爬行,时而又钻入藻类下觅食或者获取氧气。

"脚印"主人留下足迹的动画模拟


这个发现有什么意义?

三叶虫、蜘蛛、虾蟹、蟑螂、蜈蚣等均属于有附肢的两侧对称动物,这些有附肢的两侧对称动物几乎承包了现生以及地质历史时期最丰富的动物门类。

部分具有附肢的两侧对称动物门类

动物有了附肢,就可以用来四处活动,建造家园,争斗捕食,繁殖交配,因此,附肢的出现对动物演化的重要性不言而喻。

一直以来,具有附肢的两侧对称动物出现于何时,都是生物学家和古生物学家所关注的问题。曾有科学家推测它们的祖先可能出现在距今6.35—5.41亿年前的埃迪卡拉纪,然而一直以来都没有发现确切的化石证据。

此次发现表明,具有附肢的两侧对称后生动物,在寒武纪之前的埃迪卡拉纪便出现,这也将寒武纪大爆发的序幕再次向前推进。

对地球来说,动物附肢的出现也是一个非常重要的事件,因为它们可以用来搅动沉积,改造地貌,对彼时的地球化学循环和海洋环境产生重大影响。

因此,最早动物足迹的发现,让我们知道了在埃迪卡拉纪晚期动物第一次长出了附肢,并开始以特定的方式(使用它们的附肢)改变地球环境,推动着生命与环境的协同演化。


作者:中国科学院南京地质古生物研究所 盛捷 陈孝政

出品:科学大院

科学大院是由博览运营的院官方科普微信公众号,欢迎订阅(ID: kexuedayuan),一起找脚印:)



来源:知乎 www.zhihu.com
作者:中国科普博览

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化工史话6:水流不息——流体输送设备发展史

上回说铅室法的时候谈到如何给铅室内连续加水是一个相当棘手的问题,从这一点我们引申开来讲一讲流体输送尤其是液体输送的例子,说一说水泵是如何诞生和演变的。泵的诞生可以说是化工领域革命性的发展,因为有了泵,连续地输送物料成为了可能,因此才能出现连续工艺,化工生产的产能才能成倍提高。做过化工设计的人都知道,一个工厂设计,可以没有反应釜,可以没有精馏塔,但不能没有泵和配管。

而泵的出现,最早还是为给水系统服务的。水可以说是生命之源,是人类最重要的资源之一,但是在相当长的一段时间内,人类的给水方式是相当原始的,城市供水系统是根本不存在的。古代人类都是依水而居的,所有文明的发源地都在大江大河边上。古代的四大文明古国更是各有各的母亲河,甚至今天的城市布局都受这一历史惯性的影响。总归到底还是因为古人的流体输送技术在很长的一段时间内没有任何进步,无法长距离的输送水,对水的获取更多地依赖人工或牲畜搬运。

但是要是说人类在给水的问题上一点功夫都没下,那也不尽然,随着城市的发展,城邦的规模逐渐扩大,古代还是出现了市政供水系统。在这一点上古罗马人做的最好,现在发现的古罗马给水系统可以追溯到公元前300多年,也就是我们的春秋战国时代。那时候的供水主要还是依靠水渠系统,依靠重力差来进行输送的,找一个位置较高的河或者湖,然后依靠地形挖水渠将水引入城里。当然在这一点上,我国也不甘落后,几乎每个朝代都有可以吹一波的水利工程,就在同一时期,我们有郑国渠,灵渠等类似的工程。就连被视为文明荒漠的南美也有类似供水设施。可见,水对人类来说才是真正的刚需。

南美高原的纳斯卡线条,在广袤的高原上雕刻着巨大图案,必须借助飞机才能观看整体形状,一度被人猜测是外星文明的产物,而现在一般认为是古代南美文明的供水系统。


依靠重力输水虽然是个省事的方法,但是却不能解决所有问题。这种方法的实现必须依靠地形,因此应用受到的很大局限。相应地,这些遗址也只是零星地被发现,而非普遍存在,因为只有大型城市才有必要,有能力建造这样的系统。此外,对于一些地势较高的居住点,人工提水还是必要的。为此,古代人名发明出了各种输水工具。有记载比较早的是公元前300年,由阿基米德发明的阿基米德抽水机,据说是阿基米德在埃及期间方明的。

阿基米德抽水机,结构类似今天的螺杆泵,抽水机一端插入水中,用人力转动另一端的手柄,带动螺杆转动将水抽出。

而古代中国,也出现了筒车等设备,这些设备至今都可以在一些古镇和景点里看到,甚至相当一部分设施我小时候都见过,毕竟大面积普及自来水也就是这几年的事情。同时,中国还有一项技术也可以说是领先世界,那就是输水管道。要知道古代炼铁技术发展有限,相当长一段时间金属管道都是奢侈品,各地最早的给水管道都是木头的,而当西方人费尽心机地把树木做成管子的时候,我们却拥有天然可以作为木质管道的植物,那就是竹子,这种植物可以说是亚太地区特有。

中通国古代的给水工具,筒车,筒车的历史可以追溯到南宋期间,这种设备最大的创举就是能量利用方面,早先的提水设备都是人力或者骡马拉动的,而筒车实现了以水利驱动提水的进步,这样一来就大量节约了劳动力。

随后,流体输送设备不断发展,泵的技术也在不断改革,但是无论如何改革都无法有效地解决动力问题。实际上我们熟悉的离心泵,齿轮泵,旋片泵等概念大都是在中世纪也就是我国明代的时候就出现了。据说,达芬奇就曾经绘制过离心泵的草图,但是和他的大多数发明一样,由于当时的机械和动力条件限制这些构想没有可行性。

虽然工程技术上没什么发展,但是关于泵的理论进步却一点都没有停止。我觉得,这一点外国人思维确实和我们不一样,我们更实用一点,没有应用价值的东西就不去研究。而欧洲人在这一点上做得不错,大量的基础研究虽然短期看来没什么用,长期看来确实一种非常有益的技术储备,随着关键技术的进步,这些几百年前的构想会爆发性的变为现实,最终变为强大的技术优势。所以说不要把我们现在大学里的科学研究批判一遍,说什么假大空啊,脱离实际一类的话,谁知道以后没有有用呢。

在泵理论发展史上有两件事情可以说是里程碑的,首先是伯努利方程的提出,这个方程的提出大概是在乾隆初年。伯努利方程归根到底是能量守恒方程,体现了压力能,重力势能与水的动能存在的能量守恒的关系。这个在今天看来很简单,但是在那个年代,对能量守恒的概念还没有建立,非常多的工程师还在研究第一类永动机呢,能有这样的观点是非常不容易的。第二件事情就是欧拉方程,欧拉首次提出了流体力学中非常重要的欧拉方程,这为后来的各种泵的设计提供了坚实的理论基础。

伯努利家族在科学史上可以说是全家极品,我们所说的流体力学里的伯努利方程是丹尼尔-伯努利提出的。在微积分领域,还有一个伯努利微分方程,这个是由雅各布I-伯努利提出的。约翰I-伯努利是最速降线问题的提出者,这个问题的提出最终导致了泛函理论的诞生,今天数学系里所说的学了泛函心泛寒还要感谢他


强大的理论储备加上工程师们超越时代的设计,终于等来了关键技术的爆发,那就是蒸汽机。蒸汽机的出现进一步解决了能量来源问题。到了1849年,美国人亨利沃辛顿首次发明了具有蒸汽驱动的活塞泵,至此蒸汽动力泵登上历史舞台,而此时距离蒸汽机的发明已经过去了40多年了。

我们知道,泵主要分为两种类型,所谓旋转泵和容积式泵,早期投入使用的都是容积式泵,容积泵的特点就是可以达到很高的出口压力,但是泵流量不大。而另一种旋转泵,可以达到很大的输送量。遗憾的是旋转泵投入使用一直要等到20世纪了,在早期虽然有人设计旋转泵,但是这种泵一直没有使用,其原因主要是两点:1,蒸汽动力难以获得高转速,旋转泵要求有高转速,转速越高泵的流量和扬程越高。现在的离心泵转速分为两档2900转与1450转,这在当时以蒸汽动力难以做到,而电动机的发明要等到19世纪80年代,这个时代孙中山才刚刚开始干革命。2,比高速电机难度更大的是轴密封问题。我们知道高速旋转的泵叶片必然由一根轴带动,这根轴的密封和润滑是当时的一个大问题,而端面机械密封要到1900年才出现。

终于现代泵需要所有技术条件都已成熟,一系列之前停留在图纸上的构想终于有了实现的机会。20世纪30年代,现代螺杆泵,计量泵相继出现。在今后的几十年发展中终于形成了我们现有的产品系列。

首台计量泵在1936年由米顿罗公司发明,值得一提的是现在这个公司还存在,依旧是计量泵的主要供应商之一,可谓是百年老店。

泵的故事就说道这里,这两期内容我们始终绕不开一点那就是蒸汽机以及与之相关的第一次产业革命,那么从下一期开始我们来说说蒸汽与热力学的故事。



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如何自学蝶泳?

怒答!!!以下回答仅针对新手的学习。

蝶泳自学我来分为入门和进阶。先来说说入门。还有,蝶泳对于力量较强的男性来说更容易学。
仍然强调游泳学习原则:先腿后手。众所周知,蝶泳和蛙泳一样,是双手双脚的动作循环,都很强调节奏。

腿:在学习蝶泳腿的时候,只要两腿并拢上下打就行。但是在上下打腿的时候,一定,千万,绝对,不要把膝盖弯的太厉害!!要想象自己的腿像鞭子一样柔和有力,如果你膝盖弯的太厉害,那就是用小腿打水,那就很难用到腰啦!你已经看过一些视频,应该对什么叫"像鞭子一样打腿"有所了解。照着那个方向练就好。只不过,要有一个重点,那就是确保你在腿打下去的时候屁股要提起来!久而久之,你会慢慢的找到动腰的感觉和节奏。当然,在练打腿的时候你的上身不要跟着胡乱的上下。上身稳定,由胸口部开始发力一直到腿。

分解练习:在腿已经能够掌握一些的时候,我是说能够不用想就会腿打下去屁股提起来的时候。你可以开始练单臂分解练习。找到一部视频海爬泳。视频当中的分解动作是抬头动作,当然你也可以做侧头呼吸动作,就像自由泳一样。由视频中可以看出,蝶泳是推水的时候抬头吸气,前伸的时候头也要下去了,而且就算在做分解动作的时候手也是直着甩的。不要像自由泳那样曲臂啦~分解练习可以一直只做一只手臂,也可以两手交替动作,两手交替的话请至少每只手臂做两次动作。并且每次都需要把动作做完整再换手!新手做分解的时候很容易在换手的时候节奏混乱,从而少打一次腿。

加黑加粗加长的节奏掌握:蝶泳是两次腿一次手的。推水的时候一次腿,可以稍轻一些,前伸的时候一次腿,重一点。因为你在前伸的时候重一点的打腿意味着臀部可以提到较高的位置,从而让你更容易把手臂和胸部前伸下压。节奏是你在做分解练习的时候就需要重点感觉的。

在以上练习已经难不倒你的时候,你就可以尝试着游双手配合啦!配合的时候仍是要非常注意节奏的掌握,另外就是不要手都已经入水了都还卡在上面。。。头要主动点下去,比手早点入水,或者和手一起入水,这样才能让你前伸更到位。蝶泳如果力量不够真的会很难练的。。。

当然,蝶泳的分解练习,是从你初学到熟练都必不可少的!!!就算你已经会游了,也要经常做分解练习找感觉!

进阶的话其实就是一个重点,就是在确保提臀手臂前伸下压的情况下尽量平稳的做动作。虽然看上去蝶泳是波浪形的前进,但好的蝶泳其实幅度都不大的。这里放一个个人最佳系列蝶泳教学菲尔普斯示范视频。

希望我的答案能对你有所帮助。有疑问可在评论中提。

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