7 yksinkertaista kysymystä, joihin ei ole vastausta

7 yksinkertaista kysymystä, joihin ei ole vastausta

Maailman mysteerit

Kysy fyysikolta galaksin keskipisteessä olevan mustan aukon säteestä, ja hän kertoo sinulle enemmän kuin halusitkaan tietää. Kysy häneltä, miten polkupyörä toimii, ja hän kohauttaa olkapäitään. Saatat yllättyä kuullessasi, että tiedemiehiltä puuttuu selityksiä joihinkin yksinkertaisimpiinkin kysymyksiin, joita saattaisit ajatella kysyväsi. Lue seuraavasta esimakua monista näennäisen arkipäiväisistä kysymyksistä, joihin yksikään tietäjä ei osaa vastata.

Miksi kissat kehräävät?

Kotikissoista gepardeihin useimmat kissaeläinlajit tuottavat Kalifornian yliopiston Davisin eläinlääketieteen professorin Leslie Lyonsin mukaan ”kehräämisen kaltaista” ääntelyä. Kotikissat kehräävät monissa eri tilanteissa – kun ne imettävät pentujaan, kun ihminen silittää niitä ja jopa silloin, kun ne ovat stressaantuneita. Kyllä, luit oikein: Kissat kehräävät sekä silloin, kun ne ovat onnellisia, että silloin, kun ne ovat onnettomia. Tämä on johtanut siihen, että tiedemiehet ovat joutuneet ponnistelemaan sen selvittämiseksi.

Yksi mahdollisuus on, että se edistää luiden kasvua, Lyons selitti Scientific American -lehdessä. Kehrääminen sisältää äänitaajuuksia 25-150 hertsin alueella, ja tämän alueen äänien on osoitettu parantavan luuntiheyttä ja edistävän paranemista. Koska kissat säästävät energiaa nukkumalla pitkiä aikoja, kehrääminen voi olla energiansäästömekanismi, jolla lihakset ja luut pidetään terveinä ilman, että niitä todella käytetään. Tämä alustava teoria ei kuitenkaan selitä, miksi kissat kehräävät juuri niissä tilanteissa, joissa ne kehräävät. ”Olen melko varma, että tämä jää mysteeriksi, en silti saa kissoja puhumaan siitä, vaikka kuinka yritän”, Lyons kertoi Life’s Little Mysteries -ohjelmassa.

Miten polkupyörät toimivat?

Olemme ajaneet niillä jo noin vuosisadan ajan ja luulleet koko ajan, että jollakin tuolla jossain on käsitys siitä, miten ne tarkalleen ottaen toimivat. Mutta kuten kävi ilmi, kukaan ei tiennyt. Eikä vieläkään.

Pyörät pysyvät itsestään pystyssä niin kauan kuin ne liikkuvat eteenpäin; se johtuu siitä, että aina kun liikkuva pyörä alkaa kallistua, sen ohjausakseli (ohjaustankoon kiinnitetty tanko) kääntyy toiseen suuntaan, jolloin pyörä kallistuu taas pystyyn. Tämän palauttavan vaikutuksen uskottiin pitkään johtuvan fysiikan laista, jota kutsutaan kulmamomentin säilymiseksi: Kun pyörä horjuu, pyörien pyörimissuuntaan nähden kohtisuorassa oleva akseli uhkaa muuttua, ja pyörä korjaa itseään ”säilyttääkseen” kyseisen akselin suunnan. Toisin sanoen pyörä on gyroskooppi. Lisäksi ”jälkivaikutuksen” ajateltiin auttavan pitämään pyörät vakaina: Koska ohjausakseli osuu maahan hieman etupyörän maakosketuspisteen edessä, pyörän on pakko seurata ohjaustangon ohjausta.

Hiljattain Cornellin yliopistossa toimivan Andy Ruinan johtama insinööriryhmä kuitenkin kumosi tämän polkupyörän liikkumista koskevan teorian. Heidän tutkimuksensa, joka esiteltiin yksityiskohtaisesti Science-lehdessä vuonna 2011 julkaistussa artikkelissa, osoitti, että pyörän pyöräilyyn ei tarvita gyroskooppi- eikä jälkivaikutuksia. Todistaakseen tämän insinöörit rakensivat mukautetun polkupyörän, joka ei pystynyt hyödyntämään kumpaakaan vaikutusta. Pyörä suunniteltiin niin, että sen jokainen pyörä pyöritti sen yläpuolella olevaa toista pyörää vastakkaiseen suuntaan. Näin pyörien pyöriminen kumoutui ja pyörän kokonaiskulmavauhti oli nolla, mikä poisti gyroskooppisten vaikutusten vaikutuksen pyörän vakauteen. Mukautetun pyörän maakosketuspiste oli myös sijoitettu sen ohjausakselin eteen, mikä tuhosi jälkivaikutuksen. Ja silti pyörä toimi.

Insinöörit tietävät miksi: he lisäsivät pyörään massoja valituissa paikoissa, jotta painovoima saisi pyörän ohjautumaan itsestään. Mutta työ osoitti, että polkupyörien vakauteen vaikuttavat monet vaikutukset – mukaan lukien gyroskooppi- ja trail-efektit niiden pyörien tapauksessa, joissa niitä on – jotka ovat vuorovaikutuksessa äärimmäisen monimutkaisilla tavoilla.

”Monimutkaista vuorovaikutusta ei ole selvitetty. Epäilen, ettemme tule koskaan pääsemään niihin käsiksi, mutta en tiedä sitä varmaksi”, Ruina kertoi Elämän pienet mysteerit -ohjelmassa.

Miksi salamointi tapahtuu?

Tiedämme, miksi salama iskee: Se tapahtuu, koska positiiviset sähkövaraukset kerääntyvät ukkospilvien huipun läheisyyteen ja negatiiviset varaukset kerääntyvät pilvien pohjiin. Näiden vastakkaisten varausten välinen sähköinen vetovoima sekä alla olevaan maahan kertyvien negatiivisten varausten ja positiivisten varausten välinen sähköinen vetovoima kasvaa lopulta niin voimakkaaksi, että se voittaa ilman sähkövastuksen. Yhtäkkiä varaukset ampuvat toisiaan kohti ja yhdistyvät, jolloin sähköpiiri sulkeutuu ja syntyy ”salama”, kun varaukset ampuvat muodostamaansa piiriä pitkin.

Mutta miksi vastakkaiset varaukset kerääntyvät pilvien eri osiin?

Se on suuren teoreettisen keskustelun aihe. Yhden teorian mukaan, kun pilven sisällä olevat jäähiukkaset törmäävät toisiinsa, ne pyrkivät hajoamaan pienemmiksi hiukkasiksi, joilla on positiivinen varaus, ja suuremmiksi hiukkasiksi, joilla on negatiivinen varaus. Painovoima vetää suurempia, negatiivisesti varautuneita hiukkasia alaspäin, ja nousuvirtaukset nostavat pienempiä, positiivisesti varautuneita hiukkasia ylöspäin, jolloin syntyy epätasapaino. Ukkospilvien sähkökenttien mitatut arvot eivät kuitenkaan näytä vastaavan niitä arvoja, joita tutkijat odottaisivat tämän prosessin seurauksena syntyvän. Toisen teorian mukaan avaruudesta tulevien kosmisten säteiden kuljettamat suurienergiset elektronit ampuvat alaspäin pilven läpi ja irrottavat mennessään negatiivisesti varautuneita elektroneja, jotka vetävät niitä kohti pilven pohjaa aiheuttaen varausten epätasapainon. Mikä on oikea selitys? Salamatutkijoiden tuomaristo on vielä epätietoinen.

Miksi valot vetävät koiperhosia puoleensa?

”Katso! Tuo koi lensi suoraan tuohon hehkulamppuun ja kuoli!” Kukaan ei ole koskaan sanonut. Näemme sen tapahtuvan niin usein, että se herättää pikemminkin haukotuksia kuin keskustelua. Mutta yllättävää kyllä, syy näiden hyönteisten itsemurhapyrähdyksiin on edelleen täysi mysteeri. Tieteen parhaat arvaukset siitä, miksi ne tekevät niin, eivät ole edes kovin hyviä.

Jotkut hyönteistutkijat uskovat, että yöperhoset zoomaavat kohti keinotekoisia valonlähteitä, koska valot sekoittavat niiden sisäiset navigointijärjestelmät. Käyttäytymisessä, jota kutsutaan poikittaissuuntautumiseksi, jotkut hyönteiset suunnistavat lentämällä vakiokulmassa suhteessa kaukaiseen valonlähteeseen, kuten kuuhun. Mutta keinotekoisten valojen, kuten nuotion tai kuistin valojen, lähellä kulma valonlähteeseen nähden muuttuu, kun koi lentää ohi. Berkeleyssä sijaitsevan Kalifornian yliopiston hyönteistutkija Jerry Powell sanoi, että ajatellaan, että koiperhoset ”häikäistyvät valosta ja tulevat jotenkin houkutelluiksi.”

Mutta tämä teoria törmää kahteen suureen kompastuskiveen, Powell selitti: Ensinnäkin leirinuotioita on ollut olemassa noin 400 000 vuotta. Eikö luonnonvalinta olisi tappanut yöperhoset, joiden vaisto käskee niitä ryhtymään kamikaze-iskuksi aina, kun valo sokaisee ne? Toiseksi koiperhoset eivät välttämättä edes käytä poikittaissuunnistusta; yli puolet lajeista ei edes vaella.

Vaihtoehtoiset teoriat ovat myös täynnä aukkoja. Esimerkiksi erään teorian mukaan urosperhosia houkuttelee infrapunavalo, koska se sisältää muutamia samoja valotaajuuksia kuin naarasperhosten feromonit eli sukupuolihormonit, jotka hehkuvat hyvin heikosti. Lyhyesti sanottuna urosperhosia voitaisiin houkutella kynttilöihin siinä väärässä uskossa, että valot ovat naaraiden lähettämiä seksisignaaleja. Powell huomauttaa kuitenkin, että koiperhosia houkuttelee enemmän ultraviolettivalo kuin infrapunavalo, eikä UV-valo näytä yhtään hehkuvilta feromoneilta.

Koiperhosten kuolemat: ei niin haukottelevaa kuin luulisi.

Miksi on olemassa vasenkätisiä (ja oikeakätisiä)?

Kymmenesosalla ihmisistä on parempi motorinen näppäryys vasemman kuin oikean raajansa avulla. Kukaan ei tiedä, miksi näitä vasenkätisiä on olemassa. Kukaan ei myöskään tiedä, miksi oikeistolaisia on olemassa. Miksi ihmisillä on vain yksi käsi, jolla on huippuluokan motoriset taidot, eikä kaksinkertainen annos näppäryyttä?

Yksi teoriaksi on esitetty, että kätisyys johtuu siitä, että puheeseen (joka myös vaatii hienomotorisia taitoja) osallistuvan aivopuolen johdotukset ovat monimutkaisemmat. Koska puhekeskus sijaitsee yleensä aivojen vasemmassa aivopuoliskossa – puolella, joka on johdotettu oikealle puolelle kehoa – oikea käsi päätyy useimmilla ihmisillä dominoivaksi. Se, miksi puhekeskus päätyy yleensä (mutta ei aina) aivojen vasemmalle puolelle, on edelleen avoin kysymys.

Teoria puhekeskuksesta, joka kontrolloi kätisyyttä, saa ison kolauksen siitä, että kaikki oikeakätiset eivät kontrolloi puhetta vasemmassa aivopuoliskossa, kun taas vain puolet vasenkätisistä. Mikä siis selittää ne vasenkätiset, joiden puhekeskukset sijaitsevat aivojen vasemmassa puoliskossa? Tämä kaikki on hyvin hämmentävää.

Miksi haukottelu on tarttuvaa?

Viime vuonna itävaltalaiset tutkijat saivat Ig-Nobel-palkinnon löydöstään, jonka mukaan haukottelu ei ole tarttuvaa punajalkakilpikonnien keskuudessa.

Me tiedämme niin paljon kilpikonnista, mutta ihmisen haukottelu? Edelleen arvoitus. Näky ihmisen avonaisista leuoista, siristelevistä silmistä ja syvästä sisäänhengityksestä ”kaappaa kehosi ja saa sinut toistamaan havaittua käyttäytymistä”, kirjoittaa Marylandin yliopiston Baltimore Countyn psykologi Robert Provine uudessa kirjassaan ”Curious Behavior” (Belknap Press, 2012). Mutta miksi?

Alustavat aivoskannaustiedot viittaavat siihen, että aivojen alueet, jotka liittyvät mielen teoriaan (kykyyn liittää mielentiloja ja tunteita itseensä ja muihin) ja itsensä käsittelyyn, aktivoituvat, kun ihmiset havaitsevat muiden ihmisten haukottelevan. Monilla autistisilla ja skitsofreniaa sairastavilla ihmisillä ei ole tällaista aivotoimintaa, eivätkä he ”nappaa” haukottelua. Nämä vihjeet viittaavat siihen, että tarttuva haukottelu heijastaa kykyä empatiaan ja normaalien tunnesiteiden muodostamiseen toisten kanssa, Provine selitti.

Mutta miksi sosiaaliset yhteytemme toisiimme kiertävät haukottelun kautta, toisin kuin hikkaamisen tai kaasun päästämisen? Kukaan ei tiedä varmasti, ja se johtuu siitä, että kukaan ei oikein tiedä, miksi haukottelemme. Alkiot tekevät niin muotoillakseen leukojensa saranaa. Täysikasvuiset ihmiset haukottelevat, kun olemme uneliaita ja kyllästyneitä. Mutta miten haukottelu lievittää näitä vaivoja?

Mikä aiheuttaa staattista sähköä?

Stattiset sähköiskut ovat yhtä mystisiä kuin epämiellyttäviä. Se, mitä tiedämme, on tämä: Ne syntyvät, kun kehon pinnalle kertyy liikaa joko positiivista tai negatiivista varausta, joka purkautuu, kun kosketat jotakin, ja jättää sinut neutraaliksi. Vaihtoehtoisesti ne voivat syntyä, kun staattista sähköä kertyy johonkin muuhun esineeseen – esimerkiksi ovenkahvaan – johon sitten kosketat. Tällöin sinä olet ylimääräisen varauksen poistumisreitti.

Mutta miksi kaikki kerääntyminen? Se on epäselvää. Perinteinen selitys sanoo, että kun kaksi esinettä hankaa toisiaan vasten, kitka lyö elektronit irti toisen esineen atomeista, ja nämä siirtyvät sitten toiseen esineeseen, jolloin ensimmäiseen esineeseen jää liikaa positiivisesti varattuja atomeja ja toiseen esineeseen jää liikaa negatiivisia elektroneja. Molemmat esineet (esimerkiksi hiuksesi ja villahattu) ovat tällöin staattisesti varautuneita. Mutta miksi elektronit virtaavat toisesta esineestä toiseen sen sijaan, että ne liikkuisivat molempiin suuntiin?

Tälle ei ole koskaan löydetty tyydyttävää selitystä, ja Northwestern-yliopiston tutkijan Bartosz Grzybowskin tutkimuksessa löytyi syytä epäillä koko tarinaa. Kuten viime vuonna Science-lehdessä kerrottiin yksityiskohtaisesti, Grzybowski havaitsi, että staattisesti varautuneissa kappaleissa on sekä ylimääräisen positiivisen että ylimääräisen negatiivisen varauksen laikkuja. Hän havaitsi myös, että kokonaisia molekyylejä näytti siirtyvän kappaleiden välillä, kun niitä hierotaan yhteen, ei vain elektroneja. Se, mikä synnyttää tämän varausten mosaiikin ja materiaalin siirtymisen, on vielä selvittämättä, mutta on selvää, että selitys staattisesta staattisuudesta on muuttumassa.