10 Forvirrende videnskabelige mysterier om hverdagens ting

Hvordan flyver bier? Hvorfor pulserer nogle koraller? Hvad er kuglelys? Disse spørgsmål besvares nu (eller i det mindste for det meste besvares). Du kan endda tro at alle dagligdags ting er nu godt forstået, med mysterier henvist til sjældne, fjerntliggende og reconditere. Men mange dagligdags ting har stadig deres hemmeligheder.

10Sticky Tape

Hvis du skrælmer visse typer klæbebånd (herunder Scotch tape) i et vakuum, producerer det korte rystelser af røntgenstråler. En gruppe UCLA-videnskabsmænd noterede først dette skøre fakta i 2008, selvom sovjetiske forskere havde set noget lignende (producerer høj-energi-elektroner frem for røntgenbilleder) i 1950'erne. Det ser ud til, at ingen troede på de sovjetiske fund. Hvordan kunne peeling tape generere sådanne høj-energi elektroner? Siden 2008 har mange andre forskere produceret røntgenstråler med klæbebånd, så det ser ud til at være et reelt fænomen - men hvordan sker det?

Vi ved, at skrælning af båndet medfører ladning at opbygge, ligesom statisk ladning opbygges, hvis du kæledyrer en kat med et kreditkort. Det hedder den triboelektriske effekt. Når ladningen (og tilhørende elektrisk felt) bliver stort nok, er der en pludselig udladning - en sprængning af elektroner hopper og går så hurtigt, at når elektronerne rammer noget, udsender de røntgenbilleder. Problemet er at forstå, hvordan elektronerne går så hurtigt. I 2008-dokumentet konkluderedes: "Grænserne for energier og flashbredder, der kan opnås, er ud over de nuværende teorier om tribologi."

9Protons

Daglige objekter er lavet af atomer, og hvert atom indeholder en eller flere protoner. Det enkleste atom-hydrogen-består af en proton og en elektron. En proton kan modelleres som en lille bold med konstant radius. Ved hjælp af data fra forsøg med hydrogen har forskere estimeret protonens radius. Deres nuværende bedste estimat (CODATA 2010-værdien) er 0,8775 femtometre, med en usikkerhed på plus eller minus 0,0051 femtometre. En femtometer (fm) er en fjerdedel af en meter.

Forskere ønskede en mindre usikkerhed end 0.0051, så Randolf Pohl og hans kolleger eksperimenterede med en eksotisk form for hydrogen kaldet muonic hydrogen. Det er ligesom almindeligt hydrogen, medmindre elektronen erstattes med en muon, en partikel svarende til en elektron, men med meget større masse. Som forventet reducerede Pohl et al usikkerheden til 0,00067 fm, og et senere eksperiment reducerede det endnu mere. Men der var en overraskelse - de fik en meget mindre værdi for selve protonens radius!

Her er en analogi. Antag at du havde en billig målepind, og du brugte den til at måle radiusen for en kæmpe strandbold til 1 meter, med en usikkerhed på 0,1 meter. Så antag du, at du har nogle flotte gigantiske kalipre, og du brugte dem til at få en måling på 0,5 meter, med en usikkerhed på 0,01 meter. Hvad sker der? Bolden bør ikke have en anden radius afhængigt af hvordan du måler det! Men det er præcis, hvad der sker med protonradiusmålingerne.

Måske er den angivne usikkerhed i CODATA 2010-værdien for lille? Måske er nogle andre værdier, der bruges i beregningerne, forkerte? Eller måske er nogle nye fysiske fænomener blevet opdaget? Det er et mysterium.

8Women

Mænd har et X-kromosom fra deres mor og et Y-kromosom fra deres far. Kvinder har et X-kromosom fra deres mor og et (anderledes) X-kromosom fra deres far (andre kombinationer af X- og Y-kromosomer kan forekomme, men XY og XX er de mest almindelige). Hver celle i en kvindes krop har kopier af begge X-kromosomer. Fra 1949 førte en sekvens af opdagelser til erkendelsen af, at en af ​​disse X-kromosomer altid er inaktiv. Det meste af den genetiske information om det X-kromosom ignoreres.

Antag, at vi har en celle fra en kvinde, hvor X-kromosomet fra hendes mor er inaktivt, og X-kromosomet fra hendes far er aktiv. Lad os kalde det en "farscelle". Lad os kalde den anden mulighed for en "mom-celle". Hvordan afgør en celle om, hvorvidt det bliver en mamma-celle eller en farscelle? Forskere troede engang, at det var helt tilfældigt - cellen gjorde det samme som en møntkaste. Men nylige forsøg med mus viste, at et helt organ (for eksempel et øje) kan være for det meste moderceller eller for det meste farceller. Det er ikke tilfældigt! Det er et mysterium, hvordan cellen bestemmer.

7Animal Magnetoception

Fugle gør det, bier gør det, selv ocean-roaming hajer gør det-føle magnetiske felter, det vil sige. Det er kendt som magnetoception (eller magnetoreception). Hvordan gør de det? Der er to ledende hypoteser.

Den første (og ældste) hypotese er, at nogle dyr har små barmagneter i nogle af deres celler. Tanken er, at disse barmagneter står op med jordens magnetfelt som kompas nåle, og deres orienteringer kommunikeres til hjernen. Det er ikke en gal ide: Tiny bar magneter blev fundet i duer, f.eks. Desværre viste beakcellerne med stangmagneter sig for at være immunsystemceller, der ikke kunne kommunikere med duens hjerne.

Den anden ledende hypotese er, at der er et protein i øjet, som når det bliver ramt af blåt lys, opdeles i to stykker, der er følsomme for magnetfelter. Det er selvfølgelig muligt, at nogle dyr bruger begge mekanismer. Det er også muligt, at der er helt andre mekanismer. Videnskaben om dyrefornemmelse er stadig ung, så meget forbliver ukendt.

6Blushing

Rødme er en ufrivillig rødme i ansigtet, normalt på grund af stærke følelser eller stress. Det er velkendt, at rødmen skyldes udvidet blodkar (vasodilation), men hvad udløser vasodilationen?

Det første antydning kom i 1982, da Mellander et al fandt, at ansigtsårene har beta-adrenoceptorer ud over de sædvanlige alpha-adrenoceptorer.Disse receptorer kan udløses af adrenalin og lignende molekyler forbundet med følelsesmæssigt respons. Måske er beta-adrenoceptorerne i ansigtsårene det, der udløser rødme?

I 1990'erne gjorde Peter Drummond, professor i psykologi ved Murdoch University, nogle eksperimenter for at finde ud af. Nogle af hans forsøgspersoner fik lægemidler til at blokere alfa-adrenoceptorer, og andre blev givet lægemidler til at blokere beta-adrenoceptorer. Han fik dem til at udføre stresset mental aritmetik, synger eller gør moderat motion (ting som typisk forårsager rødme) og målt deres respons. Som forventet påvirker blokering af alfa-adrenoceptorer ikke rødme. Blokerende beta-adrenoceptorer forårsagede et fald i rødme, men det forhindrede ikke rødme helt. Der skal være noget andet, der udløser rødme (vasodilation) - men hvad? Det er stadig ukendt.

5Glass

Glas er overalt i det moderne liv: smartphone skærme, sodavand, kaffe krus, køkken vinduer, du hedder det. Sikkert forskere og ingeniører forstår glas. Men i virkeligheden er glas stadig dybt mystisk.

Mystiet er i, hvordan glas former. Du kan lave glas ved at opvarme et glasdannende stof som siliciumdioxid, indtil det er flydende og lad det køle af. I modsætning til for eksempel salt, som ændrer sig fra en væske til et krystallinsk fast stof ved en bestemt temperatur, bliver glaset mere og mere viskøst, når du køler det. Hvis du får temperaturen lav nok, bliver glasset så viskøst, at det bliver fast, selv om dets molekyler ikke er ordentligt anbragt. I 2007 skrev den amerikanske fysiker James Langer: "Vi ved ikke, hvilken form for transformation der sker, når en væske bliver et glas, eller om den velkendte tilstandstilstand faktisk er en termodynamisk faseovergang som kondensation eller størkning eller noget helt anderledes . "Den mystiske" glasovergang "er stadig et emne for aktiv forskning.

4Peanut Allergier

I USA er antallet af børn med en peanutallergi steget drastisk i de seneste år. En undersøgelse viste, at forekomsten hos børn steg fra 0,4 procent i 1997 til 1,4 procent i 2008. Lignende resultater blev fundet i Det Forenede Kongerige, Canada og Australien. Hvorfor? Der er mange teorier.

Den mest almindelige ide er sandsynligvis hygiejnehypotesen. Nogle moderne børn vokser op i meget rene miljøer, hvor de ikke udsættes for de samme bakterier, svampe, pollen, vira mv. Som tidligere børn. Hypotesen er, at deres immunsystem udvikler sig forskelligt som et resultat, så det reagerer anderledes på jordnødder.

En anden mulighed er, at jordnødder behandles forskelligt nu (de er brændt), hvilket kunne tænkes at gøre dem mere allergifremkaldende. Eller måske får moderne børn ikke nok vitamin D? Måske introduceres jordnødder for sent? Der er mange muligheder, men ikke mange svar.

3Black Widow Venom

Sort enke edderkopper findes i tempererede steder over hele verden. Når de bider mennesker, forårsager giften ofte forfærdelige, kropsbrede smerter og blodtryksfluktuationer, der kan fortsætte i dagevis. Ifølge Gordon Grice s Den Røde Hourglass, "Nogle [ofre] har forsøgt at dræbe sig selv for at stoppe smerten." Hvordan virker giften? Det er her ting bliver mystiske:

"En dosis af giftet indeholder kun få molekyler af neurotoksinet, som har en høj molekylvægt, i virkeligheden er molekylerne store nok til at ses under et almindeligt mikroskop. Hvordan klarer disse få molekyler at påvirke hele kroppen af ​​et dyr, der vejer hundreder eller endda tusindvis af pund? Ingen har forklaret den specifikke mekanisme. "

På en eller anden måde må neurotoksinet narre kroppen til at angribe sig selv. At forstå hvordan det gør det kan give indsigt i autoimmune lidelser og andre tilstande, hvor kroppen angriber sig.

2Ice

Hockeyspillere og kunstskøjtere glider over isen, fordi det er meget glat - men hvorfor er det så glat? De samme skøjter glider ikke over asfalt, glas eller stålplade.

Det gamle svar var, at skøjten udøver trykket på isen. Det øgede tryk sænker isens smeltepunkt, så det smelter og skaber et tyndt lag af flydende vand, som er glat. Problemet med det svar er, at trykket ikke er stort nok til at forklare den observerede slipperiness.

To andre svar er blevet foreslået. Den ene er, at friktion smelter isen. Den anden er, at is / luftgrænsen altid har et tyndt lag flydende vand. Der er eksperimentelle beviser for begge disse svar, så det kan være en kombination, men det relative bidrag af hver er ikke kendt. Der kan også være andre mekanismer på arbejdspladsen. Islejligheden er ikke vandets eneste underlige ejendom - der er mange flere. For eksempel har den et usædvanligt højt smeltepunkt.

1 Magtens dominans

Næsten alt omkring os er lavet af materie, ikke antimateriel. Når antimatteren formår at blive produceret (i det radioaktive forfald af visse atomer, for eksempel eller i nogle tordenvejr), går det normalt ind i noget, og forsvinder hurtigt i et udbrud af højtydende gammastråler.

Problemet er, at den nuværende bedste model af grundlæggende partikelfysik, Standardmodellen, forudsiger, at lige store mængder stof og antimatter skulle have været produceret af Big Bang. Men der synes at være mere sagen end antimateriel. Hvorfor?

En mulighed er, at standardmodellen skal revideres, så den reviderede version forudsiger en lille præference for at producere materiale over antimateriel. En anden mulighed er, at standardmodellen er fint, men antimatteren og materien blev på en eller anden måde adskilt, med tom plads mellem dem.Men hvilken mekanisme ville adskille dem? Gravity ville trække dem sammen, ikke skubbe dem fra hinanden.

Dette problem er kendt som universets baryon asymmetri. Det er fortsat en af ​​de store uløste mysterier i nutidens fysik.