[2413] Pulsar Analogy

Title Text:The #2 cause of astronomer hand injuries is trying to do vector math when the second axis points off to the right.

Origin:https://xkcd.com/2413/

https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/2413:_Pulsar_Analogy

脉冲星的类比

造成天文学家手部受伤的第二大原因,是他们试图当第二轴指向右时做矢量计算。

http://xkcd.in/comic?lg=cn&id=2413

脉冲星是一种古老的,收缩的,快速旋转的恒星。它们通常是中子星。它们不再向各个方向发光,而是从其磁极中产生辐射束,它们在旋转时以快速脉冲的形式闪烁。

这位漫画中的天文学家马尾辫以类似于卷尺缩回的类比解释了脉冲星的快速旋转。马尾辫选择的类比非常差。

由于类推确实会导致某些东西旋转,因此读者可能会认为,尽管他们没有立即看到它如何帮助理解脉冲星,但他们愿意保留判断力,以了解类推之后的结果。Cueball的回应可能暗示了这种观望态度。但是,由于卷尺开始旋转,因为缩回的磁带不仅仅沿径向(向内/向外)移动,所以这种类比可能是无用的或令人误解的。随着恒星在无法想象的多年内坍塌成脉冲星,其自然自转速度会被察觉不到,并最终因其惯性矩的缩小而大大放大。

相较而言,对类推的进一步阐述,而不是澄清问题,是越来越超现实的。比卷尺更具误导性的是,激光测量的概念“精确地”类似于脉冲星的发射,尽管两个脉冲(并且出于相同的原因,两个脉冲都将脉冲光表示保留在我们的时间轴上,但鉴于我们的神灵) ),它们的产生方式完全不同,充其量只是在帮助头脑把握这个概念。

当卷尺缩回时,卷尺外侧的卷尺部分不会直接朝向卷尺的中心,而是朝向侧面的孔。这意味着卷尺相对于卷尺具有一定的角动量。另外,当卷尺缩回时,卷尺内部的卷尺部分绕线轴旋转(将卷尺的一部分拉到卷尺内部),因此它也具有相对于卷尺的角动量。当卷尺完全缩回时,卷尺将不再相对于卷尺旋转。由于保持了旋转动量,因此卷尺此时将不再旋转。

由于角动量守恒,脉冲星也快速旋转,但确切的机理是完全不同的。当恒星由于不再进行足够的聚变以产生足够的热量和能量以抵消引力而坍塌时,形成脉冲星。这会导致恒星收缩,从而平均使恒星的质量更靠近其旋转轴,从而使旋转惯性(也称为惯性矩)减小。如果恒星的角速度保持恒定,这将导致角动量减小,因此恒星的角速度必须增加以抵消旋转惯性的减小,即恒星(现在是脉冲星)旋转得更快。此方法需要初始旋转,该旋转来自恒星。(恒星的自转来自气体云的动力学,气体云首先形成了太阳系。)

一些卷尺具有内置的激光线水平仪,而另一些具有内置的激光测距仪。脉冲星从其磁极发出电磁辐射,这类似于激光,但是与卷尺激光不同,脉冲星束是通过磁场轴发射的。脉冲星的脉冲特性来自于旋转轴与磁场轴未精确对准,以及光束扫过时观察者的位置。在卷尺的类比中,光束与旋转轴成直角,因此只要视角不与旋转轴平行,观察者就会看到激光随着旋转的卷尺而周期性地增加和减少指向观看者或远离观看者。

尽管脉冲星确实表现出令人难以置信的地震和旋转毛刺,但中子简并性是其最初形成机制的一部分。在中子星的形成过程中,通常以初始向内爆炸的形式发生,中子简并性(由于量子力学研究的物理学中的基本约束,中子不可能占据相同的空间)使爆炸不再发生并重新定向。冲击波向外传播,从而产生超新星爆炸。类比的是一个卷尺,由于其缩回的卷尺(内爆),它在快速旋转时会碰到手(约束),从而将部分能量重定向到手(超新星能量被重定向到外部)。

但是,天文学家通常不会经常放开激光卷尺,因此,它们可能不是任何类型的手部伤害的主要原因,正如马尾辫所说。

标题文本提到了三维空间中的右手定则。在典型的3D坐标系中,当从正Z轴向下看时,Y轴将逆时针指向X轴。在学术界,通常会教学生通过使用实际的左右手对准轴来记住许多数学惯例。当轴的顺序不同时,可以用左手代替右手,但是在工程和物理上有许多使用叉积的常见操作在第一轴可能相对于观察者绝对指向任何方向的系统中。使用手规则,拇指指向第一个轴,食指指向第二个轴,中指指向第三个轴,所有角度均为90度。因此,当第一个轴指向右侧时,右手腕会扭动到完全伸展的位置,以使拇指指向那个方向,而其他两个手指则没有。在考试期间,可以看到学生们正在表演这项壮举。在生命早期学习跨产品的人们可能会开发其他方法来记住这些东西,这些方法虽然不那么费力,但是一旦教过就采用通用方法。

这样做的人可能会被看作是让一些毫无戒心的待命者屈指可数。在那种情况下,伤害将由将其解释为侮辱并撞向物理学家的人造成。

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