7 prostych pytań bez odpowiedzi

7 prostych pytań bez odpowiedzi

Przyziemne tajemnice

Zapytaj fizyka o promień czarnej dziury w centrum galaktyki, a powie Ci więcej, niż chciałeś wiedzieć. Zapytaj ją, jak działa rower, a wzruszy ramionami. Może zaskoczy Cię fakt, że naukowcy nie znają wyjaśnień na niektóre z najprostszych pytań, jakie mógłbyś zadać. Przeczytaj dalej, aby poznać smak wielu pozornie prozaicznych pytań, na które nikt nie zna odpowiedzi.

Dlaczego koty mruczą?

Od kotów domowych po gepardy, większość gatunków kotów wydaje „mruczący” głos, według profesor weterynarii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis, Leslie Lyons. Koty domowe mruczą w różnych sytuacjach – gdy pielęgnują swoje kocięta, gdy są głaskane przez ludzi, a nawet gdy są zestresowane. Tak, dobrze przeczytaliście: Koty mruczą zarówno wtedy, gdy są szczęśliwe, jak i wtedy, gdy są nieszczęśliwe. To sprawiło, że rozgryzienie funkcji mruczenia jest dla naukowców walką pod górę.

Jedną z możliwości jest to, że promuje wzrost kości, Lyons wyjaśnił w Scientific American. Mruczenie zawiera częstotliwości dźwięku w zakresie od 25 do 150 herców, a dźwięki w tym zakresie okazały się poprawiać gęstość kości i promować gojenie. Ponieważ koty oszczędzają energię śpiąc przez długie okresy czasu, mruczenie może być niskoenergetycznym mechanizmem pozwalającym utrzymać mięśnie i kości w zdrowiu bez ich faktycznego wykorzystywania. Ta wstępna teoria nie wyjaśnia jednak, dlaczego koty mruczą w takich sytuacjach, w jakich to robią. „Jestem całkiem pewien, że ten jeden pozostanie tajemnicą nadal nie może dostać koty mówić o tym bez względu na to, jak bardzo się staram,” Lyons powiedział Life’s Little Mysteries.

Jak działają rowery?

Jeździmy na nich od około stu lat, cały czas myśląc, że ktoś tam ma pojęcie, jak dokładnie działają. Ale jak się okazuje, nikt tego nie zrobił. I nadal nie wie.

Rowery mogą same utrzymać się w pionie, o ile poruszają się do przodu; dzieje się tak, ponieważ za każdym razem, gdy poruszający się rower zaczyna się pochylać, jego oś kierownicy (drążek przymocowany do kierownicy) obraca się w drugą stronę, ponownie przechylając rower w pionie. Przez długi czas uważano, że ten efekt przywracający równowagę wynika z prawa fizyki zwanego zachowaniem momentu pędu: Gdy rower się chwieje, oś prostopadła do kierunku wirowania jego kół grozi zmianą, a rower sam się koryguje, aby „zachować” kierunek tej osi. Innymi słowy, rower jest żyroskopem. Dodatkowo, „efekt szlaku” miał pomóc w utrzymaniu stabilności roweru: Ponieważ oś kierownicy uderza w ziemię nieco przed punktem styku z podłożem przedniego koła, koło jest zmuszone do podążania za kierownicą.

Ale ostatnio grupa inżynierów pod kierownictwem Andy’ego Ruiny z Cornell University obaliła tę teorię lokomocji roweru. Ich badania, szczegółowo opisane w artykule z 2011 roku w czasopiśmie Science, wykazały, że ani efekty żyroskopowe, ani śladowe nie są konieczne, aby rower mógł działać. Aby to udowodnić, inżynierowie zbudowali specjalny rower, który nie wykorzystywał żadnego z tych efektów. Rower został zaprojektowany w taki sposób, że każde z jego kół obracało drugie koło znajdujące się nad nim w przeciwnym kierunku. W ten sposób obroty kół znoszą się, a całkowity moment pędu roweru wynosi zero, co eliminuje wpływ efektów żyroskopowych na stabilność roweru. Punkt styku z podłożem roweru został również umieszczony przed osią kierownicy, co zniwelowało efekt „trail”. A jednak rower działał.

Inżynierowie wiedzą dlaczego: dodali masę do roweru w wybranych miejscach, aby umożliwić grawitacji wywołanie samosterowności roweru. Ale praca pokazała, że istnieje wiele efektów, które wpływają na stabilność rowerów – w tym efekty żyroskopowe i szlakowe w przypadku rowerów, które je posiadają – które oddziałują na siebie w niezwykle złożony sposób.

„Złożone interakcje nie zostały rozpracowane. Moje podejrzenia są takie, że nigdy się z nimi nie uporamy, ale nie wiem tego na pewno”, powiedział Ruina w Life’s Little Mysteries.

Dlaczego pioruny się zdarzają?

Wiemy, dlaczego pioruny uderzają: Dzieje się tak, ponieważ dodatnie ładunki elektryczne gromadzą się w pobliżu wierzchołków chmur burzowych, a ładunki ujemne gromadzą się na ich dnie. Przyciąganie elektryczne pomiędzy tymi przeciwnymi ładunkami, a także pomiędzy ładunkami ujemnymi i dodatnimi, które gromadzą się na ziemi poniżej, w końcu staje się na tyle silne, że pokonuje opór powietrza przed przepływem elektrycznym. Ładunki nagle strzelają ku sobie i łączą się, tworząc obwód elektryczny i wywołując błysk „pioruna”, gdy ładunki strzelają wzdłuż obwodu, który utworzyły.

Ale dlaczego przeciwne ładunki gromadzą się w różnych częściach chmur?

Jest to temat wielkiej teoretycznej debaty. Jedna z teorii głosi, że kiedy cząsteczki lodu w chmurze zderzają się, mają tendencję do rozpadania się na mniejsze cząsteczki o ładunku dodatnim i większe o ładunku ujemnym. Grawitacja ściąga większe, ujemnie naładowane cząsteczki w dół, a prądy wznoszące unoszą mniejsze, dodatnio naładowane cząsteczki w górę, co powoduje brak równowagi. Jednak zmierzone wartości pól elektrycznych w chmurach burzowych nie wydają się odpowiadać tym, których naukowcy oczekiwaliby w wyniku tego procesu. Inna teoria głosi, że wysokoenergetyczne elektrony dostarczone przez promienie kosmiczne z kosmosu strzelają w dół przez chmurę, pozbawiając ją bardziej ujemnie naładowanych elektronów i ciągnąc je w kierunku dna chmury, powodując nierównowagę ładunków. Które wyjaśnienie jest właściwe? Ława przysięgłych naukowców zajmujących się błyskawicami wciąż nie jest rozstrzygnięta.

Dlaczego ćmy lgną do świateł?

„Patrzcie! Ta ćma po prostu wleciała prosto do żarówki i zdechła!” – nie powiedział nikt nigdy. Widzimy to tak często, że częściej wywołuje to ziewanie niż dyskusję. Ale, co zaskakujące, przyczyna samobójczych skoków tych owadów pozostaje całkowitą tajemnicą. Najlepsze przypuszczenia naukowców na temat tego, dlaczego to robią, nie są nawet zbyt dobre.

Niektórzy entomolodzy uważają, że ćmy zbliżają się do sztucznych źródeł światła, ponieważ światła te wyłączają ich wewnętrzne systemy nawigacyjne. W zachowaniu zwanym orientacji poprzecznej, niektóre owady nawigować latając pod stałym kątem w stosunku do odległego źródła światła, takich jak księżyc. Ale wokół świateł stworzonych przez człowieka, takich jak ognisko lub oświetlenie ganku, kąt do źródła światła zmienia się, gdy ćma leci obok. Jerry Powell, entomolog na Uniwersytecie Kalifornijskim, Berkeley powiedział, że myślenie jest, że ćmy „stają się oślepiony przez światło i są jakoś przyciąga.”

Ale ta teoria biegnie do dwóch głównych przeszkód, Powell wyjaśnił: Po pierwsze, ogniska istnieją od około 400 000 lat. Czy selekcja naturalna nie zabiłaby ćmy, której instynkt mówi, że ma iść na kamikadze za każdym razem, gdy czuje się oślepiona przez światło? Po drugie, ćmy mogą nawet nie używać nawigacji poprzecznej; więcej niż połowa gatunków nawet nie migruje.

Alternatywne teorie są pełne dziur, zbyt. Na przykład, jeden utrzymuje, że samce ćmy są przyciągane do światła podczerwonego, ponieważ zawiera kilka z tych samych częstotliwości światła wydzielanego przez żeńskie feromony ćmy, lub hormony płciowe, które świecą bardzo słabo. W skrócie, samce ćmy mogą być przyciągane do świec pod fałszywym przekonaniem, że światła są samice wysyłające sygnały płciowe. Jednak Powell zwraca uwagę, że ćmy są bardziej przyciągane przez światło ultrafioletowe niż podczerwone, a UV nie wygląda ani trochę jak świecące feromony.

Śmierć ćmy: nie tak wywołująca ziewanie, jak mogłoby się wydawać.

Dlaczego istnieją leworęczni (i praworęczni)?

Jedna dziesiąta ludzi ma lepszą sprawność motoryczną używając lewych kończyn niż prawych. Nikt nie wie, dlaczego ci leworęczni istnieją. I nikt nie wie, dlaczego prawicowcy też istnieją, dla tej sprawy. Dlaczego ludzie mają tylko jedną rękę z najlepszymi zdolnościami motorycznymi, zamiast podwójnej dawki zręczności?

Jedna z teorii głosi, że leworęczność wynika z posiadania bardziej skomplikowanego okablowania po stronie mózgu zaangażowanej w mowę (która również wymaga drobnych umiejętności motorycznych). Ponieważ ośrodek mowy zwykle znajduje się w lewej półkuli mózgu – stronie połączonej z prawą stroną ciała – u większości ludzi prawa ręka staje się dominująca. Jeśli chodzi o to, dlaczego centrum mowy zazwyczaj (ale nie zawsze) kończy się w lewej części mózgu, to jest to wciąż otwarte pytanie.

Teoria o centrum mowy kontrolującym manualność dostaje duży cios od faktu, że nie wszyscy praworęczni ludzie kontrolują mowę w lewej półkuli, podczas gdy tylko połowa leworęcznych to robi. Więc co wyjaśnia tych leworęcznych, których ośrodki mowy rezydują w lewych częściach ich mózgów? To wszystko jest bardzo kłopotliwe.

Dlaczego ziewanie jest zaraźliwe?

W zeszłym roku austriaccy badacze zdobyli nagrodę Ig Nobla za odkrycie, że ziewanie nie jest zaraźliwe wśród żółwi czerwonolicych.

Wiemy tak wiele o żółwiach, ale ludzkie ziewanie? Wciąż pozostaje zagadką. Widok rozwartych szczęk, zmrużonych oczu i głębokiego wdechu „porywa twoje ciało i skłania cię do powielania obserwowanego zachowania”, pisze psycholog Robert Provine z Uniwersytetu Maryland w Baltimore County w swojej nowej książce „Ciekawe zachowanie” (Belknap Press, 2012). Ale dlaczego?

Wstępne dane ze skanowania mózgu wskazują, że regiony mózgu związane z teorią umysłu (zdolność do przypisywania stanów mentalnych i uczuć sobie i innym) i przetwarzaniem siebie stają się aktywne, gdy ludzie obserwują innych ludzi ziewających. Wiele osób autystycznych i schizofrenicznych nie wykazuje takiej aktywności mózgu i nie „łapie” ziewania. Te wskazówki sugerują zaraźliwe ziewanie odzwierciedla zdolność do empatii i tworzenia normalnych więzi emocjonalnych z innymi, Provine explained.

Ale dlaczego nasze społeczne połączenia z sobą krążyć poprzez ziewanie, w przeciwieństwie do czkawki lub przechodzącej gazu? Nikt nie wie na pewno, a to dlatego, że nikt nie wie do końca, dlaczego ziewamy. Embriony robią to, by wyrzeźbić zawiasy swoich szczęk. W pełni ukształtowani ludzie robią to, gdy jesteśmy senni i znudzeni. Ale w jaki sposób ziewanie łagodzi te dolegliwości?

Co powoduje elektryczność statyczną?

Wstrząsy statyczne są równie tajemnicze, co nieprzyjemne. To, co wiemy, to to: Występują, gdy nadmiar ładunku dodatniego lub ujemnego gromadzi się na powierzchni twojego ciała, rozładowując się, gdy czegoś dotykasz i pozostawiając cię zneutralizowanym. Alternatywnie, mogą one wystąpić, gdy elektryczność statyczna gromadzi się na czymś innym – na przykład na gałce drzwiowej – której następnie dotykasz. W tym przypadku jesteś drogą wyjścia dla nadmiaru ładunku.

Ale po co to całe nagromadzenie? To jest niejasne. Tradycyjne wyjaśnienie mówi, że kiedy dwa obiekty ocierają się o siebie, tarcie wybija elektrony z atomów w jednym z obiektów, a te następnie przenoszą się na drugi, pozostawiając pierwszy obiekt z nadmiarem dodatnio naładowanych atomów i dając drugiemu nadmiar ujemnych elektronów. Oba obiekty (powiedzmy twoje włosy i wełniana czapka) będą wtedy statycznie naładowane. Ale dlaczego elektrony przepływają z jednego obiektu do drugiego, zamiast poruszać się w obu kierunkach?

To nigdy nie zostało zadowalająco wyjaśnione, a badanie przeprowadzone przez naukowca z Uniwersytetu Northwestern, Bartosza Grzybowskiego, znalazło powód, by wątpić w całą historię. Jak opisano w zeszłym roku w czasopiśmie Science, Grzybowski odkrył, że na statycznie naładowanych obiektach występują plamy zarówno nadmiaru ładunku dodatniego, jak i nadmiaru ładunku ujemnego. Odkrył również, że całe molekuły, a nie tylko elektrony, zdają się migrować pomiędzy obiektami, gdy są one pocierane o siebie. Co generuje tę mozaikę ładunków i migrację materiału nie zostało jeszcze ustalone, ale najwyraźniej wyjaśnienie statyczności się zmienia.