7 einfache Fragen ohne Antworten

7 einfache Fragen ohne Antworten

Mundane Geheimnisse

Fragen Sie eine Physikerin nach dem Radius des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie, und sie wird Ihnen mehr erzählen, als Sie wissen wollten. Fragen Sie sie, wie ein Fahrrad funktioniert, und sie wird mit den Schultern zucken. Es mag Sie überraschen zu erfahren, dass Wissenschaftler keine Erklärungen für einige der einfachsten Fragen haben, die Sie sich stellen könnten. Lesen Sie weiter, um einen Vorgeschmack auf die vielen scheinbar banalen Fragen zu bekommen, die niemand beantworten kann.

Warum schnurren Katzen?

Von der Hauskatze bis zum Geparden geben die meisten Katzenarten eine „schnurrähnliche“ Lautäußerung von sich, so die Veterinärprofessorin Leslie Lyons von der University of California, Davis. Hauskatzen schnurren in einer Reihe von Situationen – wenn sie ihre Jungen säugen, wenn sie von Menschen gestreichelt werden und sogar wenn sie gestresst sind. Ja, Sie haben richtig gelesen: Katzen schnurren sowohl, wenn sie glücklich sind, als auch, wenn es ihnen schlecht geht. Das hat es den Wissenschaftlern schwer gemacht, die Funktion des Schnurrens herauszufinden.

Eine Möglichkeit ist, dass es das Knochenwachstum fördert, erklärte Lyons in Scientific American. Schnurren enthält Tonfrequenzen im Bereich von 25 bis 150 Hertz, und es hat sich gezeigt, dass Töne in diesem Bereich die Knochendichte verbessern und die Heilung fördern. Da Katzen Energie sparen, indem sie lange Zeit schlafen, könnte das Schnurren ein energiesparender Mechanismus sein, um Muskeln und Knochen gesund zu erhalten, ohne sie tatsächlich zu beanspruchen. Diese vorläufige Theorie erklärt jedoch nicht, warum Katzen in bestimmten Situationen schnurren. „Ich bin mir ziemlich sicher, dass dies ein Rätsel bleiben wird, denn ich kann die Katzen nicht dazu bringen, darüber zu sprechen, egal wie sehr ich es versuche“, sagte Lyons gegenüber Life’s Little Mysteries.

Wie funktionieren Fahrräder?

Wir fahren seit etwa einem Jahrhundert mit ihnen und dachten die ganze Zeit, dass irgendjemand da draußen wüsste, wie sie genau funktionieren. Aber wie sich herausstellte, wusste das niemand. Und sie tun es immer noch nicht.

Fahrräder können von ganz allein aufrecht bleiben, solange sie sich vorwärts bewegen; das liegt daran, dass sich die Lenkachse (die am Lenker befestigte Stange) jedes Mal, wenn sich ein fahrendes Fahrrad zu neigen beginnt, in die andere Richtung dreht und das Fahrrad wieder aufrichtet. Lange Zeit glaubte man, dass dieser Effekt aus einem physikalischen Gesetz resultiert, dem sogenannten Drehimpulserhaltungssatz: Wenn das Fahrrad wackelt, droht sich die Achse, die senkrecht zur Drehrichtung der Räder steht, zu verändern, und das Fahrrad korrigiert sich selbst, um die Richtung dieser Achse zu „bewahren“. Mit anderen Worten: Das Fahrrad ist ein Gyroskop. Außerdem wurde angenommen, dass der „Nachlaufeffekt“ dazu beiträgt, dass Fahrräder stabil bleiben: Da die Lenkachse etwas vor dem Bodenkontaktpunkt des Vorderrads auf den Boden trifft, ist das Rad gezwungen, der Lenkung des Lenkers zu folgen.

Doch vor kurzem hat eine Gruppe von Ingenieuren unter der Leitung von Andy Ruina von der Cornell University diese Theorie der Fahrradfortbewegung umgestoßen. Ihre Untersuchung, die 2011 in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, zeigte, dass weder Kreisel- noch Nachlaufeffekte notwendig sind, damit ein Fahrrad funktioniert. Um dies zu beweisen, bauten die Ingenieure ein spezielles Fahrrad, das keinen der beiden Effekte ausnutzen konnte. Das Fahrrad war so konstruiert, dass jedes seiner Räder ein zweites Rad darüber in die entgegengesetzte Richtung drehte. Auf diese Weise hebt sich die Drehbewegung der Räder auf, und der Gesamtdrehimpuls des Fahrrads ist gleich Null, wodurch der Einfluss gyroskopischer Effekte auf die Stabilität des Fahrrads aufgehoben wird. Der Bodenkontaktpunkt des Custom Bikes befand sich außerdem vor der Lenkachse, was den Nachlaufeffekt zerstörte. Und dennoch funktionierte das Fahrrad.

Die Ingenieure wissen, warum: Sie fügten dem Fahrrad an ausgewählten Stellen Massen hinzu, damit die Schwerkraft die Selbstlenkung des Fahrrads bewirkt. Die Arbeit hat jedoch gezeigt, dass die Stabilität von Fahrrädern von vielen Effekten abhängt – einschließlich Kreisel- und Nachlaufeffekten bei Fahrrädern, die über solche verfügen -, die auf äußerst komplexe Weise zusammenwirken.

„Die komplexen Wechselwirkungen sind noch nicht erforscht. Mein Verdacht ist, dass wir sie nie in den Griff bekommen werden, aber das weiß ich nicht mit Sicherheit“, so Ruina gegenüber Life’s Little Mysteries.

Warum entstehen Blitze?

Wir wissen, warum Blitze einschlagen: Er entsteht, weil sich positive elektrische Ladungen an den Spitzen der Gewitterwolken und negative Ladungen an den Böden aufbauen. Die elektrische Anziehungskraft zwischen diesen gegensätzlichen Ladungen und zwischen den negativen und positiven Ladungen, die sich am Boden aufbauen, wird schließlich stark genug, um den Widerstand der Luft gegen den elektrischen Fluss zu überwinden. Die Ladungen schießen plötzlich aufeinander zu und verbinden sich, wodurch ein elektrischer Stromkreis geschlossen und ein „Blitz“ ausgelöst wird, da die Ladungen entlang des Stromkreises, den sie gebildet haben, schießen.

Aber warum bilden sich entgegengesetzte Ladungen in verschiedenen Teilen der Wolken?

Das ist Gegenstand einer großen theoretischen Debatte. Eine Theorie besagt, dass Eispartikel, die in einer Wolke zusammenstoßen, dazu neigen, in kleinere Partikel mit positiver Ladung und größere Partikel mit negativer Ladung zu zerbrechen. Die Schwerkraft zieht die größeren, negativ geladenen Teilchen nach unten, und Aufwinde heben die kleineren, positiv geladenen Teilchen nach oben, wodurch ein Ungleichgewicht entsteht. Die gemessenen Werte der elektrischen Felder in Gewitterwolken scheinen jedoch nicht mit den Werten übereinzustimmen, die Wissenschaftler bei diesem Prozess erwarten würden. Eine andere Theorie besagt, dass hochenergetische Elektronen, die von kosmischen Strahlen aus dem Weltraum geliefert werden, durch die Wolke nach unten schießen und dabei mehr negativ geladene Elektronen abstreifen und sie zum Boden der Wolke ziehen, wodurch das Ladungsungleichgewicht entsteht. Welche ist die richtige Erklärung? Die Blitzforscher sind sich noch nicht einig.

Warum werden Motten von Lichtern angezogen?

„Schau! Die Motte ist direkt in die Glühbirne geflogen und gestorben!“, hat noch nie jemand gesagt. Wir sehen das so oft, dass es eher ein Gähnen als eine Diskussion hervorruft. Aber überraschenderweise bleibt der Grund für den selbstmörderischen Sturzflug dieser Insekten ein völliges Rätsel. Die besten Vermutungen der Wissenschaft darüber, warum sie es tun, sind nicht einmal sehr gut.

Einige Entomologen glauben, dass Motten auf künstliche Lichtquellen zusteuern, weil die Lichter ihre internen Navigationssysteme durcheinander bringen. Bei der so genannten Querorientierung navigieren manche Insekten, indem sie in einem konstanten Winkel zu einer weit entfernten Lichtquelle, wie dem Mond, fliegen. In der Nähe von künstlichen Lichtern wie einem Lagerfeuer oder einer Verandalampe ändert sich jedoch der Winkel zur Lichtquelle, wenn eine Motte vorbeifliegt. Jerry Powell, Entomologe an der Universität von Kalifornien in Berkeley, geht davon aus, dass Motten durch das Licht geblendet und irgendwie angezogen werden.“

Diese Theorie stößt jedoch auf zwei große Hindernisse, erklärt Powell: Erstens gibt es Lagerfeuer schon seit etwa 400.000 Jahren. Hätte die natürliche Auslese nicht die Motten ausgerottet, deren Instinkt ihnen sagt, dass sie jedes Mal, wenn sie sich vom Licht geblendet fühlen, Kamikaze machen? Zweitens nutzen Motten möglicherweise nicht einmal die Quernavigation; mehr als die Hälfte der Arten wandert nicht einmal.

Alternative Theorien sind ebenfalls mit Lücken behaftet. Eine davon besagt, dass männliche Motten von infrarotem Licht angezogen werden, weil es einige der gleichen Lichtfrequenzen enthält, die von den Pheromonen oder Sexualhormonen der weiblichen Motten abgegeben werden, die sehr schwach leuchten. Kurz gesagt: Männliche Motten könnten von Kerzen angezogen werden, weil sie glauben, dass die Lichter von Weibchen stammen, die Sexualsignale aussenden. Powell weist jedoch darauf hin, dass Motten eher von ultraviolettem als von infrarotem Licht angezogen werden, und UV-Licht sieht kein bisschen wie leuchtende Pheromone aus.

Mottensterben: nicht so gähnend, wie man denken könnte.

Warum gibt es Linkshänder (und Rechtshänder)?

Ein Zehntel der Menschen hat eine bessere motorische Geschicklichkeit mit der linken Extremität als mit der rechten. Keiner weiß, warum es diese Linkshänder gibt. Und warum es Rechtshänder gibt, weiß auch niemand. Warum haben Menschen nur eine Hand mit erstklassigen motorischen Fähigkeiten und nicht eine doppelte Dosis an Geschicklichkeit?

Eine Theorie besagt, dass die Händigkeit aus einer komplizierteren Verdrahtung auf der Seite des Gehirns resultiert, die für die Sprache zuständig ist (die ebenfalls feinmotorische Fähigkeiten erfordert). Da das Sprachzentrum normalerweise in der linken Hemisphäre des Gehirns sitzt – der Seite, die mit der rechten Körperhälfte verdrahtet ist – dominiert bei den meisten Menschen die rechte Hand. Warum das Sprachzentrum normalerweise (aber nicht immer) in der linken Gehirnhälfte sitzt, ist eine offene Frage.

Die Theorie, dass das Sprachzentrum die Händigkeit steuert, erhält einen schweren Schlag durch die Tatsache, dass nicht alle Rechtshänder die Sprache in der linken Hemisphäre steuern, während nur die Hälfte der Linkshänder dies tut. Wie erklären sich also die Linkshänder, deren Sprachzentrum sich in der linken Gehirnhälfte befindet? Das ist alles sehr verwirrend.

Warum ist Gähnen ansteckend?

Im vergangenen Jahr erhielten österreichische Forscher den Ig-Nobelpreis für ihre Entdeckung, dass Gähnen bei Rotfußschildkröten nicht ansteckend ist.

Wir wissen so viel über Schildkröten, aber das menschliche Gähnen? Immer noch ein Rätsel. Der Anblick des klaffenden Kiefers, der schielenden Augen und des tiefen Einatmens eines Menschen „entführt den Körper und veranlasst ihn, das beobachtete Verhalten zu wiederholen“, schreibt der Psychologe Robert Provine von der University of Maryland, Baltimore County, in seinem neuen Buch „Curious Behavior“ (Belknap Press, 2012). Aber warum?

Vorläufige Hirnscandaten deuten darauf hin, dass Hirnregionen, die mit der Theory of Mind (der Fähigkeit, sich selbst und anderen mentale Zustände und Gefühle zuzuschreiben) und der Selbstverarbeitung in Verbindung stehen, aktiv werden, wenn Menschen andere Menschen beim Gähnen beobachten. Viele autistische und schizophrene Menschen zeigen diese Hirnaktivität nicht, und sie „fangen“ das Gähnen nicht auf. Diese Hinweise deuten darauf hin, dass das ansteckende Gähnen die Fähigkeit widerspiegelt, sich in andere einzufühlen und normale emotionale Bindungen zu anderen aufzubauen, erklärte Provine.

Aber warum sollten unsere sozialen Beziehungen zueinander durch Gähnen entstehen, im Gegensatz zu Schluckauf oder Blähungen? Niemand weiß es genau, und das liegt daran, dass niemand genau weiß, warum wir gähnen. Embryos gähnen, um das Gelenk ihres Kiefers zu formen. Ausgewachsene Menschen gähnen, wenn sie müde und gelangweilt sind. Aber wie kann das Gähnen diese Beschwerden lindern?

Was verursacht statische Elektrizität?

Statische Schocks sind ebenso geheimnisvoll wie unangenehm. Was wir wissen, ist Folgendes: Sie treten auf, wenn sich ein Überschuss an positiver oder negativer Ladung auf der Körperoberfläche aufbaut, die sich entlädt, wenn Sie etwas berühren, und Sie neutralisiert zurücklässt. Sie können aber auch auftreten, wenn sich statische Elektrizität auf etwas anderem aufbaut – z. B. auf einem Türknauf -, den Sie dann berühren. In diesem Fall sind Sie der Austrittsweg für die überschüssige Ladung.

Aber warum die ganze Ansammlung? Das ist unklar. Die traditionelle Erklärung besagt, dass, wenn zwei Objekte aneinander reiben, die Reibung die Elektronen aus den Atomen des einen Objekts herausschlägt, die dann auf das zweite übergehen, so dass das erste Objekt einen Überschuss an positiv geladenen Atomen hat und das zweite einen Überschuss an negativen Elektronen erhält. Beide Objekte (z. B. Ihr Haar und eine Wollmütze) sind dann statisch geladen. Aber warum fließen die Elektronen von einem Objekt zum anderen, anstatt sich in beide Richtungen zu bewegen?

Dies konnte nie zufriedenstellend erklärt werden, und eine Studie des Forschers Bartosz Grzybowski von der Northwestern University gibt Anlass zu Zweifeln an der ganzen Geschichte. Wie letztes Jahr in der Zeitschrift Science beschrieben, fand Grzybowski heraus, dass es auf statisch geladenen Objekten sowohl überschüssige positive als auch überschüssige negative Ladungen gibt. Er fand auch heraus, dass ganze Moleküle zwischen Objekten zu wandern scheinen, wenn sie aneinander gerieben werden, nicht nur Elektronen. Was dieses Mosaik von Ladungen und die Migration von Material erzeugt, muss noch ermittelt werden, aber es ist klar, dass sich die Erklärung der Statik ändert.