10 научных вопросов, на которые каждый должен знать ответ
Научные исследования продолжаются. Уровень образования населения растет. Окруженные удивительными технологиями, от носимой электроники до спутников связи, мы должны быть довольно умными и подкованными в науке, не так ли? Проблема в том, что мы (не мы, а многие из нас) крайне невежественны, когда дело касается базовых научных знаний. Только 53% знают, что Земля вращается вокруг Солнца за год, и только 59% знают, что, в отличие от Флинстоунов, первые люди и динозавры жили в разное время. Только 47% правильно утверждают, что 70% поверхности Земли покрыто водой.
Очевидно, что мы прошли долгий путь, но для достижения всеобщей научной грамотности необходимо сделать еще много шагов. Однако когда кто-то упоминает бозон Хиггса или суперкомпьютеры, или начинает утверждать, что у динозавров есть крылья, есть все основания прочитать эту статью, если вы действительно хотите сменить тему. В этой статье рассматриваются десять научных вопросов, ответы на которые должен знать каждый.
Почему небо голубое?
Мы видим голубое или лазурное небо, белые крылатые облака или бурные грозовые тучи. Но мы предпочитаем голубое небо облачному. Европейские ученые обнаружили, что свет в синей части спектра положительно влияет на эмоции, делая нас более восприимчивыми к эмоциональным стимулам и позволяя нам адаптироваться к эмоциональным трудностям.
Однако постарайтесь не отвлекаться. Небо кажется голубым из-за так называемого эффекта рассеивания. Солнечный свет должен пройти через атмосферу Земли, которая наполнена газами и частицами, являющимися барьерами для солнечного света. Если вы когда-нибудь держали в руках призму, вы знаете, что свет состоит из множества различных цветов с разной длиной волны. Поскольку синий цвет имеет относительно короткую длину волны, он проходит через этот фильтр легче, чем цвета с большей длиной волны, и рассеивается сильнее при прохождении через атмосферу. Вот почему небо кажется голубым, когда солнце находится высоко в небе.
Однако на рассвете и в сумерках солнечным лучам приходится преодолевать большие расстояния, чтобы достичь своего местоположения. Это сводит на нет преимущества синих волн и позволяет видеть другие цвета (чаще всего красный, оранжевый или желтый).
Вы можете удивиться, почему небо не фиолетовое. Фиолетовый цвет имеет еще более короткую длину волны. Однако спектр Солнца неравномерен, в нем меньше фиолетового, а глаз более чувствителен к синему и менее чувствителен к фиолетовому.
Каков возраст Земли?
Возможно, Новый год на нашей планете пройдет без того, чтобы кто-то всерьез сказал: «Не могу поверить, что Земля будет вращаться в 2015 году!». и никогда не проводите его без слов «Не могу поверить!». Или 2016, или 2017… Истинный возраст Земли уже давно является предметом интенсивных дебатов. Еще в 1654 году ученый по имени Джон Лайтфут, который основывал свои расчеты на библейской книге Бытия, заявил, что Земля была создана 26 октября 4004 года до нашей эры, по месопотамскому времени 9 месяцев. В конце 1700-х годов ученый граф де Бюффон нагрел небольшую копию созданной им планеты и измерил скорость ее остывания. На основании этих данных он уже вычислил возраст Земли в 75 000 лет. В 19 веке физик Лорд Кельвин оценил возраст Земли в 20-40 миллионов лет.
Однако все это было решено благодаря открытию радиоактивности. Последующие расчеты показали скорость распада различных радиоактивных материалов. Ученые-земляне использовали эти знания для определения возраста горных пород на Земле и образцов встречающихся камней и гальки, привезенных астронавтами на Луну. Они посмотрели на состояние шкалы изотопов свинца из горных пород и сравнили ее со шкалой, показывающей, как изотопы свинца меняются со временем. Земля сформировалась около 4,54 миллиарда лет назад, погрешность составляет менее 1%.
Как работает естественный отбор?
Как и в случае с возрастом Земли, теория эволюции, впервые разработанная биологом Чарльзом Дарвином в середине 1800-х годов, также является теорией, которую люди не знают, но любят обсуждать. Сейчас противники теории эволюции хотят убрать ее из школьной программы или оставить детям возможность изучать теорию эволюции плюс «науку о сотворении».
Затем есть идея, за которую цепляются противники эволюции: центральная дарвиновская идея естественного отбора. Понять эту идею довольно просто. В природе мутации — постоянные изменения в генетической программе микроорганизма, которые впоследствии отличают его вид от предшественников — происходят случайно. Однако эволюция — длительный процесс, в ходе которого животные и растения претерпевают множество изменений на протяжении многих поколений, — не случайна. Как правило, изменения в организмах со временем становятся более распространенными, поскольку они помогают организму выживать и размножаться.
Например, представьте, что некоторые жуки имеют зеленый цвет, но в результате мутации становятся коричневыми. Коричневые жуки лучше вписываются в окружающую среду, чем зеленые, поэтому их реже поедают птицы. Они больше выживают, больше размножаются, и эти изменения становятся постоянными, а не временными. Со временем популяция жуков загорает. Однако это самый простой вариант. На практике, однако, естественный отбор не так легко изолировать, поскольку этот процесс носит усредненный характер и не является репрезентативным для какого-либо конкретного вида.
Погаснет ли Солнце когда-нибудь?
Это не так, если вы думаете, что солнце перестает светить для человека, когда в его жизни наступают трудные времена. Как ни странно, окружающая нас действительность — солнечный свет, хищные птицы — более долговечна, чем наши хрупкие чувства. Если только вы не родились на 5,5 миллиардов лет позже. В этот момент Солнце, как и другая звезда, подобная гигантскому тепловому реактору, изгонит весь водород в своем ядре и начнет сжигать водород в окружающих слоях.
Это будет началом конца Солнца — ядро сжимается, внешние слои растягиваются, и звезда становится красным гигантом. В последнем взрыве Солнце поджарит Солнечную систему в тепловом взрыве, превратив прохладную среду Пл-Он и пояса Койпера в небесную сауну. Внутренние планеты, включая Землю, будут поглощены умирающими гигантами или превратятся в пепел.
Но если люди не колонизируют Солнечную систему или другие звезды, никто не узнает об этом последнем аде. Солнце, которое уже прошло половину своего жизненного пути, постепенно будет становиться все горячее и через миллиард лет будет на 10% выше. Увеличения солнечной радиации будет достаточно, чтобы испарить все океаны Земли, оставив нас без воды и без жизни.
Как работают магниты?
Долгое время магниты считались чудом. А жаль, ведь они не только чудо, но и образ жизни. Потому что очень легко понять, как они работают. Магнит — это предмет или материал, обладающий магнитным полем. Это означает, что набор электронов в нем плавает в одном направлении. Например, есть много безошибочных электронов, которые любят образовывать пары, или железо, которое может легко соединиться с полем зависания. Таким образом, компактные железные предметы, или вообще железо, притягиваются достаточно сильными магнитами. Вещества и предметы, притягивающиеся к магнитам, называются ферромагнитными.
Магнетизм известен людям уже много лет. Магниты встречаются в природе, и средневековые путешественники научились намагничивать стальные маркеры компаса, то есть создавать собственное магнитное поле. Эти магниты не отличались особой прочностью, но в 20 веке ученые разработали новые материалы и зарядные устройства, которые привели к созданию мощных постоянных магнитов. Электромагнит можно создать из куска железа, обмотанного шнуром питания, конец которого подключен к полюсам большой батареи.
Что вызывает радугу?
В этом атмосферном явлении есть что-то особенное, что вызывает у людей благоговение с древних времен. Согласно книге Бытие, Бог поместил радугу на небо после Потопа и сказал Ною, что это «знак согласия между Мною и землей». Древние греки пошли дальше и решили, что радуга — это богиня Ирис. На самом деле, его форма была зловещей — он предсказывал войну и наказание. На протяжении веков, в рамках Большого разума, от Аристотеля до Декарта, они пытались выяснить, какой процесс создает множество цветов радуги.
Теперь, конечно, ученые знают больше. Радуга вызывается капельками воды, которые остаются в атмосфере после дождя. Плотность капель отличается от плотности окружающего воздуха, поэтому, когда на них попадает солнечный свет, они действуют как крошечные призмы, разбивая свет на длины волн и отражая заднюю часть. Создается видимый спектральный лук. Чтобы увидеть радугу, нужно стоять спиной к солнцу, потому что капли должны отражать свет обратно. Также необходимо смотреть на него под углом около 40 градусов от земли. Это угол, под которым обходят радугу, т.е. угол, под которым преломляется солнце. Интересно и то, что при полете на самолете радугу можно увидеть в виде диска, а не банта.
Что такое теория относительности?
Когда говорят о «теории относительности», обычно имеют в виду одновременно две теории — специальную и общую теорию природы, разработанную Альбертом Эйнштейном в начале 1900-х годов. Те, кто далек от его науки, не понимают его теорий. Сам Эйнштейн нашел хороший способ объяснить это. 1 час. Все сравнительно».
Детали, естественно, сложны, но представляются разумными. До Эйнштейна все утверждали, что пространство и время неподвижны, однообразны и что они никогда не меняются, если смотреть на них из любой точки Земли и на них самих. Однако Эйнштейн использовал математику, чтобы доказать, что абсолютный взгляд на вещи — это иллюзия. На самом деле, пространство и время меняются: пространство сжимается, расширяется, изгибается и течет с разной скоростью в потоке времени, в зависимости от скорости объекта или силы гравитационного поля.
Кроме того, симптомы пространства и времени могут зависеть от точки зрения человека. Представьте, например, что вы смотрите на старый удар. Поместите эти часы на орбиту вокруг Земли, чтобы они двигались с большей скоростью, чем ваши часы на Земле. Часы на орбите замедляются.
Часы будут идти медленнее из-за «замедления времени». Пространство и время фактически являются частью одного и того же общего пространства и могут деформироваться под действием гравитации и ускорения. Поэтому, если объект движется очень быстро или на него воздействует очень сильное гравитационное поле, время будет идти медленнее, чем на объект, на который это же поле не воздействует. С помощью математических расчетов можно предсказать, как быстро движущийся объект будет замедлять свое время.
Это может показаться странным, но это не так. Но это правда. Хорошим примером являются спутники GPS, которые полагаются на точные измерения времени и картографирование Земли. Спутники летают вокруг планеты со скоростью около 14 000 км/ч, и если бы инженеры не скорректировали свои часы с учетом актуальности, Google Maps уже через сутки ошиблись бы почти на 10 км при определении местоположения.
Почему пузыри круглые?
Да, пузыри не всегда идеально круглые, как вы заметите, если они надувались хотя бы раз. Однако вы заметите, что пузырьки имеют сферическую форму и даже самые длинные имеют круглую форму. Дело в том, что пузырьки, по сути, представляют собой тонкий слой разреженной жидкости, молекулы которой удерживаются вместе благодаря явлению, называемому консистенцией. Это порождает поверхностную тенденцию. Это барьер, который препятствует проникновению предметов. Однако это не единственная сила, действующая на этот матрас. Снаружи атмосферные молекулы отталкивают его. Наиболее эффективным способом нейтрализации слоев жидкости является наиболее компактная форма этих сил, которая, в расчете на поверхность, представляет собой сферу.
Стоит отметить, что ученые давно научились делать некруглые пузыри — кубы, прямоугольники (растягивая тонкую жидкость в проволочном каркасе), как и другие.
Из чего сделаны облака?
Мы надеемся, что никого не разочаруем, но на самом деле облака — это не смесь мороженого и ангельских крыльев. Облака — это либо капли воды, либо видимые куски кристаллов льда, либо смесь того и другого, плавающие над поверхностью Земли. Облака образуются, когда влажный теплый воздух поднимается вверх. Когда он поднимается и достигает более холодных областей, температура охлаждается и, в зависимости от температуры, водяной пар концентрируется в маленькие капельки или кристаллы льда. Эти капли и кристаллы остаются соединенными друг с другом благодаря принципу когезии, проанализированному ранее. Так рождаются облака. Некоторые облака плотнее других из-за более высокой плотности капель воды.
Облака являются важной частью гидрологического цикла нашей планеты, в котором вода постоянно перемещается между поверхностью и атмосферой, меняясь между влажной, твердой и газовой средой. Если бы этот цикл не существовал, на нашей планете не было бы жизни.
В 1803 году метеоролог Люк Говард выделил четыре основных облачных образования, которые сегодня имеют русские и латинские названия. Кумулус, или кучевые облака, — это огромные кучевые облака, которые мы часто видим в небе. Кучерявые или пухлые облака, что в переводе с латыни означает «волосы», — это легкие крылья, тонкие, как волосы, и такие же высокие. Плоские, невзрачные облака — это стратус, что в переводе с латыни означает «слой». Есть также нимбовые облака, низкие серые дождевые облака. Однако существует несколько больше подвидов и типов облаков и их смесей.
Почему вода испаряется при комнатной температуре?
Мы, люди, привыкли думать о реальности как о хорошем, стабильном месте, где все остается на своих местах, если мы не хотим его сдвинуть. Но реальность иная. Если посмотреть на воду на молекулярном уровне, то молекулы похожи на стаю щенков, борющихся за лучшее место в желудке матери. Когда в воздухе скапливается большое количество водяного пара, молекулы сталкиваются и прилипают к поверхности, вызывая конденсат на внешней стороне холодного напитка во влажный день.
И наоборот, если воздух сухой, молекулы воды внутри стакана могут прилипать к другим молекулам, взвешенным в воздухе. Этот процесс известен как испарение. Если воздух достаточно сухой, больше молекул перейдет из чашки в воздух, чем из воздуха в чашку. Со временем вода теряет все больше и больше молекул и в конце концов превращается в пустой стакан.
Подобно тому, как газ или твердое тело оказывают давление на что-либо, способность молекул в жидком состоянии подниматься в воздух и слипаться называется давлением пара. Различные жидкости имеют разное давление пара. Например, ацетон имеет высокую концентрацию, что означает, что он легко испаряется. Оливковое масло, с другой стороны, имеет более низкий показатель давления пара и с меньшей вероятностью испарится при комнатной температуре.
