科学星球

最近金价一路狂飙，成了全民话题。
但我猜，当你手里捏着一颗沉甸甸的金豆子时，可能从未想过一个极其简单、简单到有点“傻”的问题：黄金，它为什么偏偏是金色的？
你可能会说：“这算什么问题？金子金子，当然是金色的啊！”
但你仔细回想一下，在化学元素周期表里，那些出身显赫的金属——银、铂、钛、铝、铬……放眼望去，几乎全是白茫茫的一片银白色。
唯独黄金，像是个不合群的叛逆者，固执地披着那层耀眼的、充满神性的黄橙色。
我想告诉你，为了让你一眼就能从一堆破铜烂铁里认出这抹值钱的颜色，宇宙动用了两套最顶级的“物理大招”：一套是量子力学，另一套是相对论。
如果这个宇宙的物理常数稍微偏一点点，或者光速再快那么一点点，黄金就会瞬间“泯然众金”，变成一种和银子没什么区别的银白色金属。到那时，人类几千年的文明史、战争史，甚至你的一切理财故事，可能都要推倒重来。
更神奇的是，在地球上所有天然金属里，只有黄金的金色，同时证明了量子力学和相对论都是正确的，这是从地球诞生那天起，大自然就悄悄留给人类的“一封密信”。
咱们一起揭开这个的秘密，听完你一定会忍不住感叹：原来金子值钱，真的有它的道理！
【收听指南】
00:19 黄金的颜色之谜：化学元素中的叛逆者
07:12 双剑合璧：量子力学与相对论如何塑造"金色"
15:19 菲涅尔效应：金属区别于普通材质的核心
18:48 材质视觉魔法：菲涅尔效应下的反射率对决
25:19 量子虚态：光子与电子的能量交换游戏
45:21 黄金滤镜效应：相对论在颜色中的具象体现
50:08 相对论奇迹：电子以58%光速运动
01:01:14 颜色的本质：大脑为电磁波贴标签
01:03:19 黄金的科学诗篇：从电子舞动到宇宙法则
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本期一些有助于你理解的参考图：
图1：
车田正美的漫画《圣斗士星矢》，通过线条和颜色的组合，让我们认为纸上呈现的东西是金色。

图2：
即便是纯黑白色的画面，也可以只凭感受到黄金与青铜的区别

图3：
一张图展示菲涅尔效应，当我们看近处的水面，视线几乎与水面垂直，能清晰地看到水底。但当你远眺湖面时，水面就像一面完美的镜子，倒映着远山。

图4：
菲涅尔效应告诉我们的视觉：这是个大理石球。

图5：
菲涅尔效应告诉我们的视觉，左边是一个光滑的塑料球，右边是一个光滑的金属球。

图6：
菲涅尔效应的本质，就是一个光遇到电子的概率问题。

图7：
一张元素周期表，大部分位于左下方的元素都是金属，少量位于右上方的是非金属。金元素是79号。

图8：
左边是一个表面很光滑的、黄色的塑料球，右面是一个黄金的球，除了菲涅尔效应的不同，同样的白色灯泡倒映出的倒影颜色也不同（黄金的反射颜色是由相对论效应造成的），所以我们的眼睛能分辨光滑塑料和黄金表面。

图9：
我们日常所说的一束光基本都是频率从高到低的光波组成的光，我们的眼睛只对从紫色到红色这一段有反应，所以这一段被叫做可见光，频率比紫光更高的，叫紫外线，频率比红光更低的，叫红外线。

今天我想和你聊聊，科学历史上最著名的一场世纪大辩论，咱们今天总挂在嘴边的量子纠缠，就是从这儿来的。
如果你能回到 1927 年布鲁塞尔那个阴沉的秋日午后，走进大都会酒店的餐厅，你可能会觉得自己穿越进了一个科学版的“诸神黄昏” 。在那间充满雪茄烟雾和低沉讨论声的宴会厅里，29 位当时地球上最聪明的头脑正围坐在一起，里面有我们熟悉的薛定谔、泡利、狄拉克、普朗克、居里夫人、洛伦兹、还有海森堡（可能很多朋友是在绝命毒师里第一次听到这个名字，这当然是老白的致敬）。
这 29 个人里有 17 个已经或者即将拿到诺贝尔奖。
把这些人召唤到一起的，是第五届索尔维会议。会议为期6天，那些著名的物理学家在这次会议上发表了重要的演说，但比起那次著名的「世纪大对决」，这些演说都显得黯淡无光了。
我把那次会议的合影放在下面，第一排坐在中间的，就是留着标志性乱蓬蓬灰发、眼神中带着一丝顽固与悲悯的阿尔伯特·爱因斯坦；第二排最右边，就是身材高大、语调温和，但眼神如剃刀般锋利的尼尔斯·玻尔。

这次会议，为爱因斯坦和波尔的世纪大辩论拉开了帷幕。
这场横跨三十年、被称为物理学史上最伟大的智力对决，本质上是两位伟人对于“到底什么是真实”的理念之争。换句大白话，就是：当我们不看月亮的时候，月亮到底在那儿吗？
爱因斯坦总共发起了三次进攻，三次都被玻尔加以反驳，每次攻防战，都让人们对鬼魅一般的量子力学有了新的认知。接下来，我就带你复盘这三次改变人类命运的“世纪对决”。

当你仔细观察一个人，头顶那片浓密的黑发，为什么到了脖颈处就悄悄变淡，而且过渡还很自然，再往下又成了几乎透明的绒毛？难道我们的身体里，藏着一份标注每根毛发颜色的 “说明书”吗？
当你深呼吸感受空气涌入肺部时，你有没有好奇过：小小的胸腔里，怎么装得下能铺满一个网球场的肺泡？3 亿个肺泡像迷宫一样排布，它们的位置是一个个被规划好的吗？
如果你把一片雪花放在显微镜下，能看到更小的雪花形状嵌套其中，这种 “重复又不单调” 的图案，是一种巧合还是有什么内在的机制？
这些看起来毫无关联的问题，答案其实都指向同一个听起来很 “数学”，却和我们息息相关的概念 —— 分形。
你可能会觉得，“分形” 这两个字听着就像课本里的难题，但实际上，它是大自然偷偷用了几十亿年的 “建造密码”—— 小到你身体里的血管、神经，大到窗外的树木、远处的山脉，甚至天上的云朵，都是用分形的逻辑 “长” 出来的。
只不过，我们人类在数学理论的发展过程中，是很靠后才了解到它的，所以初看起来它就很怪异。甚至曾经一度被人们称为“数学中的怪兽”，但这只怪兽，早就先于我们存在了亿万年，它是宇宙用最简洁的方式，制造最复杂的世界的秘密算法。而一旦我们掌握了它，就能利用它来改造世界。
今天，我们就来好好聊聊分形。
便于你理解，下面有一些图片可供参考。
康托尔集：

科赫曲线：

科赫雪花：

海岸线悖论：

介于2D和3D之间的纸团：

科赫曲线的维度：

不同图形的维度表：

谢尔宾斯基三角形：

用混沌游戏算法构建谢尔宾斯基三角形：

天气系统的蝴蝶形吸引子：

肺部的分形示意图：

肺的分形构造：

有朋友想让我说说，在物理学上刨根问底，无线电、广播和WIFI是怎么回事？我觉得这是个好问题，它们和电一样，都是我们日常在用的技术，但似乎稍一追问就会发现完全不理解它们到底是怎么回事。
仔细一想，无论是火、风、水，还是电、电磁波，它们都是自然界本来就存在的现象，但像是电和无线电，似乎又是非常“高级”的自然现象，不是简简单单就能拿来用的。
还是我在《刨根问底：电，到底是什么？》节目提出的那个问题，如果人类文明彻底毁灭了，所有机器都消失了，重新再来，你可以很容易地存下一些水、升起一堆火，那么你知道从哪开始，让我们重新拥有WIFI吗？大概率你答不上来，但这个问题肯定有明确的答案，因为人类就是从完全不会用无线电，一步步走到今天的，只不过这个过程对我们来说已经成了一个黑盒子了。
人类是从什么自然现象里，发掘出无线通信的能力的？
从电报到广播，从打电话到在线看电影，它们是怎样一条逐渐点亮的技能树？中间要回答哪些重要的问题？
无线网的传输速度，是可以无限变快，还是有物理学上的限制？
今天，我们就把这个黑盒子打开给你看。
如果你身边有正准备学习电磁学领域的年轻朋友，也可以把这期播客推荐给他听听，希望能激发起他的好奇心和学习的兴趣。

你买了台电视回家，把电源插在插座上，电视就亮了。
你知道，电从插座里跑到了电视里，插座里的电是从哪来的呢？应该是从发电站来的。
为什么发电站的电可以直接用？为什么不同的电器可以接同样的电源？这些恐怕你不知道。
如果再深问一句：仔细想想，你真的知道，电到底是什么吗？
如果你觉得自己知道，那我们换个问法，如果有一天人类文明彻底毁灭，任何工厂都没有了，当然也没有一台发电机，你可能很快都能想办法搞来火，搞来水，但你有办法重新获得电吗？
这么一想，我们对电这个东西，似乎真的是一无所知。
我小时候就总缠着父母问，电是从哪来的？好像它跟别的东西不一样，工厂从地底下挖出煤矿，送到我们家，于是我家就有煤了；水厂把水从河里搞出来，送到我们家，于是我家就有水了。那电呢？电厂是怎么把电搞来的，总不能等着天上打闪电吧？
后来，我总算搞明白，电这个东西，在整个人类文明史上，是非常特殊的一种自然资源，比起火、水、风，我们晚了几十万年才搞清楚它是怎么回事，又隔了很久才会利用它。
今天，我想把这整个故事讲给你。不过，我们讲述的顺序，是跟人类发现电、理解电、使用电的顺序正好相反，我们先从日常生活中那些习以为常的现象，不断的追问为什么，每一层追问，我们都顺着电线往上游走一点，也顺着时间线往过去走一点，这样一层层回溯，一直追到我们的祖先那里，再最终搞明白电是怎么回事。