10 Förvirrande Vetenskapliga Mysterier Of Everyday Things

Hur flyger bin ner? Varför pulserar några koraller? Vad är boll blixt? Dessa frågor är nu besvarade (eller åtminstone oftast svarade). Du kanske till och med tror att alla vardagliga saker nu är väl förstådda, med mysterier som förvandlas till den sällsynta, fjärran och reconditen. Men många dagliga saker hamnar fortfarande hemligheterna.

10Sticky Tape

Om du avlägsnar vissa typer av tejpband (inklusive Scotch tape) i vakuum, producerar det korta raster av röntgenstrålar. En grupp UCLA-forskare märkte först det här galna faktum 2008, även om sovjetiska forskare hade observerat något liknande (producerar högeffekt elektroner istället för röntgen) på 1950-talet. Det verkar som att ingen trodde på de sovjetiska fynden. Hur kan peeling tejp generera sådana hög-energi elektroner? Sedan 2008 har många andra forskare producerat röntgenstrålar med klisterband, så det verkar vara ett verkligt fenomen - men hur händer det?

Vi vet att peeling bandet orsakar laddning att bygga upp, precis som statisk laddning bygger upp om du husdjur en katt med ett kreditkort. Det kallas den triboelektriska effekten. När laddningen (och tillhörande elektriskt fält) blir stort nog, är det plötsligt urladdning - en spräng av elektroner hoppar och går så snabbt att när elektronerna slår något, avger de röntgenstrålar. Problemet är att förstå hur elektronerna går så fort. I 2008 års papper slutsatsen: "Gränserna för energier och flashbredder som kan uppnås är bortom nuvarande teorier om tribologi."

9Protons

Vardagliga föremål är gjorda av atomer och varje atom innehåller en eller flera protoner. Det enklaste atomvätet består av en proton och en elektron. En proton kan modelleras som en liten boll med konstant radie. Med hjälp av data från experiment med väte har forskare uppskattat protonens radie. Deras nuvarande bästa uppskattning (CODATA 2010-värdet) är 0.8775 femtometrar, med en osäkerhet på plus eller minus 0,0051 femtometrar. En femtometer (fm) är en fjärdedel av en mätare.

Forskare ville ha en mindre osäkerhet än 0,0051, så Randolf Pohl och hans kollegor gjorde experiment med en exotisk väteform som kallas muont väte. Det är som vanlig väte, förutom att elektronen ersätts med en muon, en partikel som liknar en elektron men med mycket större massa. Som förväntat reducerade Pohl et al osäkerheten ner till 0,00067 fm och ett senare experiment reducerade det ytterligare. Men det var en överraskning - de fick ett mycket mindre värde för protonens radie!

Här är en analogi. Antag att du hade en billig mätsticka och du använde den för att mäta radien av en jätte strandboll till 1 meter, med en osäkerhet på 0,1 meter. Anta sedan att du hade några snygga jättekaliprar och du använde dem för att få en mätning på 0,5 meter, med en osäkerhet på 0,01 meter. Vad pågår? Bollen ska inte ha en annan radie beroende på hur du mäter det! Men det är precis vad som händer med protonradiusmätningarna.

Kanske är den angivna osäkerheten i CODATA 2010-värdet för liten? Kanske är några andra värden som används i beräkningarna felaktiga? Eller kanske några nya fysiska fenomen har upptäckts? Det är ett mysterium.

8Women

Män har en X-kromosom från sin mamma och en Y-kromosom från sin pappa. Kvinnor har en X-kromosom från sin mamma och en (annan) X-kromosom från sin pappa (andra kombinationer av X- och Y-kromosomer kan uppstå, men XY och XX är vanligast). Varje cell i en kvinnas kropp har kopior av båda X-kromosomer. Från och med 1949 ledde en sekvens av upptäckter till insikten om att en av dessa X-kromosomer alltid är inaktiv. Det mesta av den genetiska informationen om den X-kromosomen ignoreras.

Antag att vi har en cell från en kvinna där X-kromosomen från hennes mamma är inaktiv och X-kromosomen från hennes pappa är aktiv. Låt oss kalla det en "pappa-cell". Låt oss kalla den andra möjligheten till en "mamma-cell". Hur bestämmer en cell om det ska bli en mamma-cell eller en pappa-cell? Forskare trodde en gång att det var helt slumpmässigt - cellen gjorde motsvarande ett myntkast. Men nya experiment med möss visade att ett helt organ (till exempel ett öga) kan vara mestadels mamma-celler eller mestadels pappa-celler. Det är inte slumpmässigt! Det är ett mysterium hur cellen bestämmer.

7Animal magnetoception

Fåglar gör det, bin gör det, även ocean-roaming hajar gör det-känna magnetiska fält, det vill säga. Det är känt som magnetoception (eller magnetoreception). Hur gör dom det? Det finns två ledande hypoteser.

Den första (och äldsta) hypotesen är att vissa djur har små barmagneter i några av deras celler. Tanken är att dessa barmagneter stämmer upp med jordens magnetfält som kompassnålar, och deras orienteringar kommuniceras med hjärnan. Det är inte en galen idé: Tomma barmagneter hittades i duggbikar, till exempel. Tyvärr visade cellerna med barmagneter sig att vara immunsystemceller, som inte kunde kommunicera med duvens hjärna.

Den andra ledande hypotesen är att det finns ett protein i ögat som splittras i två delar, som är känsliga för magnetfält när det träffas av blått ljus. Det är självklart möjligt att vissa djur använder båda mekanismerna. Det är också möjligt att det finns andra mekanismer helt. Vetenskapen om djurförstoring är fortfarande ung, så mycket kvarstår inte.

6Blushing

Rodnad är en ofrivillig rodnad i ansiktet, vanligtvis på grund av stark känsla eller stress. Det är välkänt att rodnaden beror på att blodkärlen utvidgas (vasodilation), men vad triggar vasodilationen?

Den första aningen kom 1982, då Mellander et al fann att ansiktsåren har beta-adrenoceptorer förutom de vanliga alfa-adrenoceptorerna.Dessa receptorer kan utlösas av adrenalin och liknande molekyler associerade med känslomässigt svar. Kanske är beta-adrenoceptorerna i ansiktsvenerna vad som utlösar rodnad?

På 1990-talet gjorde Peter Drummond, professor i psykologi vid Murdoch University, några försök att ta reda på. Några av hans testpersoner fick läkemedel för att blockera alfa-adrenoceptorer och andra fick läkemedel för att blockera beta-adrenoceptorer. Han fick dem att utföra stressig mental aritmetik, sjunga eller göra måttlig motion (saker som vanligtvis orsakar rodnad) och uppmätta deras svar. Som förväntat påverkade blockering av alfa-adrenoceptorer inte rodning. Blockering av beta-adrenoceptorer orsakade en minskning av rodnad, men det hindrade inte att rodna helt och hållet. Det måste finnas något som annars utlöser rodnad (vasodilation) -men vad? Det är fortfarande okänt.

5Glass

Glas är överallt i det moderna livet: smarttelefonskärmar, läskflaskor, kaffekoppar, köksfönster, du heter det. Visst forskare och ingenjörer förstår glas. Men i verkligheten är glaset fortfarande djupt mystiskt.

Mystiken är i hur glasformer bildas. Du kan göra glas genom att värma upp ett glasbildande ämne som kiseldioxid tills det är flytande och låt det svalna. Till skillnad från exempelvis salt som växlar från en vätska till ett kristallint fast ämne vid en specifik temperatur blir glaset mer och mer visköst när du kyler det. Om temperaturen blir tillräckligt låg blir glaset så visköst att det blir fast, trots att molekylerna inte är ordentligt ordnade. 2007 skrev den amerikanska fysikern James Langer: "Vi vet inte vilken typ av omvandling som sker när en vätska blir ett glas eller ens om den välbekanta förändringen av tillståndet faktiskt är en termodynamisk fasövergång som kondensation eller stelning eller något helt annat . "Den mystiska" glasövergången "är fortfarande ett ämne för aktiv forskning.

4Peanut Allergier

I Förenta staterna har antalet barn med jordnötsallergi ökat dramatiskt de senaste åren. En studie visade att förekomsten hos barn ökade från 0,4 procent 1997 till 1,4 procent 2008. Liknande resultat hittades i Storbritannien, Kanada och Australien. Varför? Det finns många teorier.

Förmodligen är den vanligaste tanken hygienhypotesen. Några moderna barn växer upp i mycket rena miljöer, där de inte utsätts för samma bakterier, svampar, pollen, virus etc. som barnen från tidigare tider. Hypotesen är att deras immunförsvar utvecklas annorlunda som ett resultat, så det svarar annorlunda än jordnötter.

En annan möjlighet är att jordnötter bearbetas annorlunda nu (de är rostade) vilket kan tänkas göra dem mer allergiframkallande. Eller kanske moderna barn får inte tillräckligt med vitamin D? Kanske är jordnötter introduceras för sent? Det finns många möjligheter, men inte många svar.

3Black Widow Venom

Svarta ända spindlar finns i tempererade platser över hela världen. När de biter människor, orsakar giften ofta fruktansvärda, kroppsövergripande smärtor och blodtryckssvingningar som kan fortsätta i flera dagar. Enligt Gordon Grice s Den röda timglaset, "Några [offer] har försökt döda sig för att stoppa smärtan." Hur fungerar giften? Det är här saker blir mystiska:

"En dos av giftet innehåller bara några få molekyler av neurotoxinet, som har en hög molekylvikt, i själva verket är molekylerna stora nog att ses under ett vanligt mikroskop. Hur lyckas dessa få molekyler påverka hela kroppen hos ett djur som väger hundratals eller till och med tusentals pounds? Ingen har förklarat den specifika mekanismen. "

På något sätt måste neurotoxinet lura kroppen för att attackera sig själv. Förstå hur det gör det kan ge insikter i autoimmuna störningar och andra tillstånd där kroppen attackerar sig.

2Ice

Hockeyspelare och konståkare glider över isen eftersom det är väldigt halt - men varför är det så glatt? Samma skridskor glider inte över asfalt, glas eller stålplåt.

Det gamla svaret var att skridskan utövar tryck på isen. Det ökade trycket sänker isens smältpunkt, vilket gör att det smälter och skapar ett tunt lager av flytande vatten, vilket är halt. Problemet med det svaret är att trycket inte är tillräckligt stort för att förklara den observerade slipperinessen.

Två andra svar har föreslagits. En är att friktionen smälter isen. Den andra är att is / luftgränsen alltid har ett tunt lager av flytande vatten. Det finns experimentella bevis för båda dessa svar, så det kan vara en kombination, men det relativa bidraget av varje är inte känt. Det kan också finnas andra mekanismer på jobbet. Slipperigheten av is är inte vattenets enda konstiga egendom - det finns många fler. Till exempel har den en ovanligt hög smältpunkt.

1 Maktens dominans

Nästan allt omkring oss är gjord av materia, inte antimateriel. När antimaterier lyckas bli producerade (i det radioaktiva förfallet av vissa atomer, till exempel, eller i vissa åskväder), går det vanligen i någon sak och försvinner snabbt i en explosion av högergas gammastrålar.

Problemet är att den nuvarande bästa modellen för grundläggande partikelfysik, Standardmodellen, förutsäger att lika stora mängder materia och antimateriel skulle ha producerats av Big Bang. Ändå verkar det finnas mer sak än antimateriel. Varför?

En möjlighet är att standardmodellen behöver revideras så att den reviderade versionen förutsäger en liten preferens för att producera materia över antimateriel. En annan möjlighet är att standardmodellen är bra, men på något sätt har antimateriet och materien separerats, med tomt utrymme mellan dem.Men vilken mekanism skulle skilja dem? Gravity skulle dra dem ihop, inte skjuta dem ifrån varandra.

Detta problem är känt som universets baryonsymmetri. Det är fortfarande en av de stora olösta mysterierna i nutidens fysik.