10 Odstraňování vědeckých tajemství každodenních věcí

Jak včely létají? Proč někteří korály pulzují? Co je koule bleskem? Tyto otázky jsou nyní zodpovězeny (nebo přinejmenším většinou odpovídají). Možná si dokonce myslíte, že všechny každodenní věci jsou nyní dobře pochopeny, s tajemstvím odsunutým do vzácných, vzdálenějších a rekondičních. Přesto mnoho věcí každodenního života stále nese jejich tajemství.

10tisková páska

Pokud odlupujete určité druhy lepicí pásky (včetně skotské pásky) ve vakuu, vytváří krátké záblesky rentgenového záření. Skupina vědců UCLA poprvé zaznamenala tento bláznivý fakt v roce 2008, i když sovětští vědci zaznamenali v padesátých letech něco podobného (produkují spíše elektrony s vysokou energií než rentgenové záření). Zdá se, že nikdo nevěřil sovětským nálezům. Jak by se mohla odlupovací páska vyvíjet tak vysokoenergetické elektrony? Od roku 2008 řada dalších vědců produkovala rentgenové paprsky s lepící páskou, takže se zdá, že je to skutečný jev - ale jak se to děje?

Víme, že odlupování pásky způsobuje vybudování poplatku, stejně jako statická zátěž se zvyšuje, když pette kočku s kreditní kartou. Říká se triboelektrický efekt. Jakmile se náboj (a přidružené elektrické pole) dostává dostatečně velký, dochází k náhlému vybití - výbuch elektronů skáče a začíná tak rychle, že když elektrony narazí na nějakou záležitost, vyzařují rentgenové záření. Problémem je pochopení toho, jak se elektrony dostanou tak rychle. Dokument z roku 2008 dospěl k závěru: "Limity energie a šířky záblesků, které lze dosáhnout, jsou mimo současné teorie tribologie."

9Protony

Každodenní objekty jsou vyrobeny z atomů a každý atom obsahuje jeden nebo více protonů. Nejjednodušší atom-vodík - sestává z jednoho protonu a jednoho elektronu. Proton může být modelován jako malá koule s konstantním poloměrem. Při použití dat z experimentů s vodíkem odhadli vědci poloměr protonu. Jejich současný nejlepší odhad (hodnota CODATA 2010) je 0,8775 femtometrů, s nejistotou plus nebo mínus 0,0051 femtometrů. Femtometr (fm) je jedna čtvrtina miliónu metru.

Vědci chtěli menší míru nejistoty než 0,0051, takže Randolf Pohl a jeho kolegové experimentovali s exotickou formou vodíku nazývanou muonický vodík. Je to jako normální vodík, s výjimkou toho, že elektron je nahrazen muoni, částicemi podobnými elektronu, ale s mnohem větší hmotností. Jak bylo očekáváno, Pohl et al redukoval nejistotu až na 0,00067 fm a pozdější experiment to snížil ještě dále. Ale tam bylo překvapení - mají mnohem menší hodnotu pro poloměr samotného protonu!

Zde je analogie. Předpokládejme, že jste měli levný měřicí páčku a vy jste ji použili k měření poloměru obřího plaveckého míče o délce 1 metr s nejistotou 0,1 metru. Předpokládejme, že máte nějaké ozdobné gigantické třmeny a vy jste je použili, abyste získali měření 0,5 metru s nejistotou 0,01 metru. Co se děje? Koule by neměla mít jiný rádius v závislosti na tom, jak ji měříte! Přesto je to přesně to, co se děje s měřením protonového rádiusu.

Možná je udaná nejistota v hodnotě CODATA 2010 příliš malá? Možná jsou některé jiné hodnoty použité ve výpočtech špatné? Nebo byl objeven nějaký nový fyzický jev? Je to záhada.

8 Ženy

Muži mají chromozom X od své matky a chromozom Y od svého otce. Ženy mají od jejich matky chromozom X a chromozom X chromozomu od jejich otce (další kombinace chromozomů X a Y mohou nastat, ale XY a XX jsou nejčastějšími). Každá buňka v ženském těle má kopie obou X chromozomů. Počínaje rokem 1949 sekvence objevů vedla k závěru, že jeden z těchto chromozomů X je vždy neaktivní - většina genetických informací o tomto chromozomu X je ignorována.

Předpokládejme, že máme buňku od ženy, kde chromozom X z její matky je neaktivní a X chromozom od jejího otce je aktivní. Řekneme to jako "tatínku". Řekněme druhou možnost "matka". Jak se buňka rozhodne, zda se stane matkou nebo tatínkou? Vědci kdysi mysleli, že je naprosto náhodná - buňka udělala ekvivalent mince hodit. Ale nedávné pokusy s myší ukázaly, že celý orgán (například oko) může být většinou matka nebo většinou tatínkové buňky. Není to náhoda! Je záhadou, jak se buňka rozhodne.

7Obchodní magnetoterapie

Ptáci to dělají, včely to dělají, dokonce i žraloci, kteří rodávají v oceánech - to je smysl magnetických polí. Je známá jako magnetocepce (nebo magnetorecepce). Jak to dělají? Existují dvě hlavní hypotézy.

První (a nejstarší) hypotéza je, že některé zvířata mají v některých buňkách malé tyčinky. Myšlenka spočívá v tom, že tyto tyčové magnety se vyrovnají magnetickému poli Země jako jsou kompasové jehly a jejich orientace jsou komunikovány do mozku. Není to bláznivý nápad: Drobné magnety byly nalezeny například v holubových zobácích. Bohužel, zobákové buňky s magnetickými tyčemi se ukázaly být buňkami imunitního systému, neschopnými komunikovat s mozkem holuba.

Druhou přední hypotézou je, že v oku je bílkovina, která, když ji zasáhne modré světlo, rozdělí na dva kusy citlivé na magnetické pole. Samozřejmě je možné, že některá zvířata používají oba mechanismy. Je také možné, že existují zcela jiné mechanismy. Věda zvířecí magnetocepce je stále mladá, takže hodně neznáme.

6Blushování

Zčervenání je nedobrovolné zčervenání obličeje, obvykle kvůli silným emocím nebo stresu. Je známo, že zarudnutí je způsobeno rozšířeními cév (vazodilatace), ale co způsobuje vazodilataci?

První nápověda přišla v roce 1982, kdy Mellander a kol. Zjistili, že žíly na obličeji mají navíc k obvyklým alfa-adrenoceptorům beta-adrenoceptory.Tyto receptory mohou být spouštěny adrenalinem a podobnými molekulami spojenými s emoční reakcí. Možná beta-adrenoceptory v žilách obličeje jsou to, co způsobuje červenat?

V devadesátých letech Peter Drummond, profesor psychologie na Murdochově univerzitě, provedl několik experimentů, aby zjistil. Někteří z jeho testovaných subjektů dostali léky k blokování alfa-adrenoceptorů a jiní dostali léky k blokování beta-adrenoceptorů. Poté je nechal provést stresovou mentální aritmetiku, zpívat nebo dělat mírné cvičení (věci, které obvykle způsobují zčervenání) a změřily jejich odpověď. Jak se očekávalo, blokování alfa-adrenoceptorů neovlivnilo zčervenání. Blokování beta-adrenoceptorů způsobilo snížení červenavosti, ale nezabránilo úplnému zčervenalí. Musí existovat ještě něco, co způsobuje červení (vazodilataci) - ale co? Zůstává neznámé.

5Glass

Sklo je všude v moderním životě: obrazovky smartphone, láhve sody, hrníčky na kávu, kuchyňská okna, jména. Vědci a inženýři jistě chápou sklo. Ale ve skutečnosti je sklo stále hluboce tajemné.

Tajemství je v tom, jak se skládají. Můžete sklo vytvářet skleněnou látku, jako je oxid křemičitý, dokud není kapalina a nechat ji vychladnout. Na rozdíl od například soli, která se mění z kapaliny na krystalickou pevnou látku při určité teplotě, sklo se stává čím dál víc viskózní, jak ho ochladíte. Pokud získáte dostatečně nízkou teplotu, sklo je tak viskózní, že se stává pevným, přestože jeho molekuly nejsou úhledně uspořádány. V roce 2007 americký fyzik James Langer napsal: "Nevíme, jaký druh transformace nastane, když se kapalina stává sklem, nebo dokonce zda je tato známá změna stavu skutečně termodynamickým fázovým přechodem jako je kondenzace nebo tuhnutí nebo něco úplně jiného "Tajemný skleněný přechod je stále tématem aktivního výzkumu.

4 alergie na kůži

Ve Spojených státech se v posledních letech dramaticky zvýšil počet dětí s alergií na arašídy. Jedna studie zjistila, že výskyt u dětí vzrostl z 0,4 procenta v roce 1997 na 1,4 procenta v roce 2008. Podobné výsledky byly zjištěny ve Spojeném království, Kanadě a Austrálii. Proč? Existuje spousta teorií.

Pravděpodobně nejčastějším nápadem je hygienická hypotéza. Některé moderní děti vyrůstají ve velmi čistém prostředí, kde nejsou vystaveny stejným bakteriím, houbám, pylům, virům apod. Jako děti z předchozích časů. Hypotéza spočívá v tom, že se jejich imunitní systém vyvíjí jinak, a proto reaguje jinak na arašídy.

Další možností je, že arašídy jsou nyní zpracovávány jinak (jsou pečené), které by je mohly považovat za alergičtější. Nebo snad moderní děti nedostávají dost vitamínu D? Možná jsou arašídy zavedeny příliš pozdě? Existuje mnoho možností, ale nemnoho odpovědí.

3Black Widow Venom

Černí vdova pavouci se nacházejí v mírných místech po celém světě. Když kousou lidi, jed se často stává hroznými bolesti v celém těle a kolísáním krevního tlaku, které mohou trvat dny. Podle Gordona Griceho Červená sklíčidla, "Někteří [oběti] se pokoušeli zabít, aby zabránili bolesti." Jak funguje jed? To je místo, kde se věci dostávají tajemné:

"Dávka jedu obsahuje jen několik molekul neurotoxinu, který má vysokou molekulovou hmotnost - ve skutečnosti jsou molekuly dostatečně velké, aby byly vidět pod obyčejným mikroskopem. Jak tyto několik molekul dokáže ovlivnit celé tělo zvířete vážící stovky nebo dokonce tisíce liber? Nikdo nevysvětlil konkrétní mechanismus. "

Nějak se musí neurotoxin vytrhnout tělo, aby útočil sám. Pochopení toho, jak to může, by mohlo poskytnout nahlédnutí na autoimunitní poruchy a další stavy, kdy se tělo samo napadne.

2Ice

Hokejisté a figurky bruslařů sklouzávají po ledu, protože jsou velmi kluzký - ale proč je tak kluzký? Stejné brusle nebudou plavat po asfaltovém, skleněném nebo ocelovém plechu.

Stará odpověď byla, že brusle působí tlak na led. Zvýšený tlak snižuje teplotu tání ledu, což způsobuje jeho roztavení a vytváří tenkou vrstvu tekuté vody, která je kluzká. Problém s touto odpovědí spočívá v tom, že tlak není dostatečně velký, aby vysvětlil pozorovanou klopu.

Byly navrženy další dvě odpovědi. Jedním z nich je, že tření roztaví led. Druhým je to, že hranice ledu / vzduchu mají vždy tenkou vrstvu kapalné vody. Existují experimentální důkazy pro oba tyto odpovědi, takže to může být kombinace, ale relativní příspěvek každého z nich není znám. V práci mohou existovat i jiné mechanismy. Klouzavost ledu není vodní jediný zvláštní majetek - existuje mnoho dalších. Například má neobvykle vysoký bod tání.

1 Dominance věci

Téměř všechno kolem nás je vyrobeno z hmoty, ne od antihmoty. Když se antihmoty podaří vyrábět (například při radioaktivním rozkladu určitých atomů nebo při některých bouřkách), obvykle dojde k nějaké záležitosti a rychle se zhroutí při výbuchu vysokoenergetických gama záření.

Problém je v tom, že současný nejlepší model základní fyziky částic - standardní model - předpovídá, že velké množství hmoty a antihmoty mělo být vytvořeno velkým třeskem. Přesto se zdá, že existuje více věcí než antihmoty. Proč?

Jednou z možností je, že standardní model je třeba revidovat tak, aby revidovaná verze předpovídala nepatrnou preferenci produkce hmoty nad antihmotou. Další možností je, že standardní model je v pořádku, ale jaksi antihmoty a hmoty se od sebe oddělily, s prázdným prostorem mezi nimi.Ale jaký mechanismus by je oddělil? Gravitace by je přitáhla k sobě, aniž by je vytlačila.

Tento problém je známý jako baryonová asymetrie vesmíru. Zůstává jedním z velkých nevyřešených tajemství moderní fyziky.