10個已被人們破解的自然現象
2023-03-30 05:32:37
自然界存在一些很有趣的科學冷知識，我們很多時候都會有疑問，大多數很難解釋，而這10個恰好被現代科學破解了的。
10.短吻鱷怎樣在水中輕輕遊過？
短吻鱷在水中優雅地穿行，無論是潛在水底，還是浮於表面，抑或是遊來遊去，幾乎不會產生任何漣漪。但是它們不像魚類或者其他的水生動物一樣有鰭，那麼它們到底是怎麼做到的呢？
以飛行員為例，他們用操縱設備來調整飛機的位置。然而，對於短吻鱷來說，這些操作設備就是那些可以改變肺在體腔內的位置的特殊肌肉。短吻鱷肺裡的氣體就像一個內部漂浮裝置。通過使用這些肌肉，短吻鱷把自己的肺調整到尾部附近就可以潛水，調整到頭部附近即可浮於水面，調整到身體合適的一側則能在水裡遊來遊去。短吻鱷同樣也利用尾巴來幫助自己遊動。
正如研究人員託德·烏裡奧納（T.J Uriona）所說：「短吻鱷體內的肌肉不會直接幫助它們呼吸，而會幫助它們在水中遊動，然後再幫助它們呼吸。」
9.天然的弓形結構怎樣對抗重力？
自然形成的石拱和壁龕可以對抗重力的作用，它們的力量事實上就來自於重力。因為風和水侵蝕著巖石，較低部位的巖石顆粒更多地承受著來自於頂部的壓力，因而更加堅固。從本質上來說，重力產生的壓力把巖石顆粒連接在了一起。
然而一些巖石含有粘合性的礦物質，捷克的研究人員發現砂巖顆粒相互結合在一起並不一定需要這些粘合物質。事實上，這些具有粘性的物質也會被風和水侵蝕。不管是怎樣的侵蝕，抑或是粘合物質，垂直的壓力是至關重要的因素，巖石因此更能抵抗侵蝕並且創造出驚人的雕塑。
為了解釋這個觀點，研究人員拿用磚砌的牆舉了個例子。「從這堵牆的頂部很容易把磚塊抽走，但是從底步就沒那麼容易了，因為底部的磚承載著壓力。」地質學家Jiri Bruthans如此解釋。就像雕塑家一樣，大自然利用風和水作為工具來移除多餘的材料，呈現出石頭與生俱來的形狀，這實際上就是重力和地心引力在起作用。
8.植物如何免受曬傷？
儘管植物需要吸收太陽光線進行光合作用以合成養料，然而來自太陽輻射的紫外線卻能損傷植物的DNA，從而阻礙植物生長。因此，曬傷對植物的危害性可能與對人的情況一樣。雖然植物不會像我們人類一樣給自己全身塗滿防曬霜，但是它們自身能產生一種叫做芥子酸酯的分子，這種分子能被輸送到植物葉子中，從而防止B紫外線穿過植物表層進而曬傷植物。
蘋果酸是一種特殊的芥子酸酯，它能夠吸收B紫外線輻射的全部光波，從而保護植物DNA不受傷害。儘管這種B紫外線和損傷人體DNA的紫外線波長一樣，研究人員並沒有試圖把蘋果酸應用於為人類防曬的防曬霜。他們相信我們在防曬霜中加入的肉桂酸和蘋果酸有同樣的效果。然而，科學家們認為這個信息應該被用來培育能夠忍受更強輻射的植物，因為全球變暖可能會導致輻射增強。
7.VEL陰性血
大多數人都知道血液有八種最常見的類型：A型、B型、AB型和O型血，其中每一種按照有無恆河猴D抗原又可以分為Rh陽性和Rh陰性。但事實上，類型不同的血液有成千上萬種。在一次輸血過程中，如果你接受的血液帶有你體內所沒有的抗原，你的身體會對輸入的血液發生免疫反應，因而你很可能有生命危險。
在20世紀50年代早期，醫生們發現了一種罕見的血型——VEL陰性血，這種血在輸血過程中會產生劇烈的排異反應。西歐和北美人口中大約1/2500的人有這種血型。但是醫生們又花費了60年時間才找到一種叫做SMIM1的蛋白質分子，就是這種分子產生了VEL陰性這種類型的血，並且促使人們研發了兩項以DNA為基礎的小檢查，用於驗證它是否存在。這些測試在幾個小時內就能完成。佛蒙特州大學的布賴恩·巴利夫（Bryan Ballif）這樣說道：「輸血的時候通常已經處於危急關頭。而對於那些擁有罕見的VEL陰性血的人而言，輸血就是命懸一線的時刻。」
6.如何做出最好吃的爆米花？
藉助高速成像技術和熱力學分析，科學家們決定探索爆米花是如何跳動的，它爆裂的聲音來自哪裡，以及在什麼溫度下會得到最多爆米花。科學家們發現，溫度是關鍵因素。當玉米粒受熱時，玉米粒中的水分會轉化為水蒸氣，迅速膨脹並且衝破外殼，爆裂成白色浪花似的玉米花。
根據研究，法國科學家發現製作爆米花最合適的溫度是180攝氏度（365華氏度），達到這個溫度時，爆出的爆米花是最多的；而低於這個溫度時，爆裂的玉米粒會比較少。當達到臨界溫度時，玉米開始爆裂，變得凹凸不平。隨著玉米粒繼續受熱，它就會跳起來。但玉米粒的跳動與火箭發射的原理不同，它更像是奔跑中的體操運動員向前翻了一個筋鬥。
雖然突然釋放受壓的水蒸氣並不會讓玉米粒跳動，但的確會發出「砰」的一聲，而這就是我們所聽到的聲音。研究人員相信這個聲音既不是玉米粒外殼爆裂產生的，也不是玉米花撞擊容器發出的。相反地，他們發現當爆米花內部的壓力下降時，它本身會成為一個共鳴器。這個現象類似於我們拔出香檳酒瓶的瓶塞時，酒瓶會發出「砰」的一聲。
5.為什麼大猩猩會吃腐朽的木頭？
在某些案例中，大猩猩會一直咀嚼爛木頭，直到牙齦出血。它們可能還會每天反覆舔食腐朽的原木和木樁。起初，困惑的研究者們認為朽木發揮了藥物的作用，可以消減動物胃部的不適或者殺死它們體內的寄生蟲；但是真正的原因卻更加離奇。
康奈爾大學的科學家們在位於烏幹達的布溫迪叢林國家公園（Bwindi Impenetrable National Park）觀察了15隻大猩猩啃食腐爛的木頭，之後他們收集了大猩猩啃食木頭的樣本，同時還搜集了大猩猩不喜歡吃的木頭的樣本以及其他日常飲食樣本。通過分析研究，科學家們發現朽木至少可以為大猩猩提供飲食中所需鈉的95%，而這些木頭只佔它們食物總量的4%。
同時科學家們還發現一些猴子、黑猩猩以及狐猴也會啃食木頭。當動物的身體需要鈉時，它們似乎會本能地去尋找含有鈉的東西。康奈爾大學的愛麗絲·佩爾（Alice Pell）表示：「這並不意味著動物們『知道』木頭裡有很多鈉，而是表明當含有鈉的東西出現時，它們能夠察覺到。」也許通過不斷嘗試，動物們就知道它們應該吃什麼了。
4.冰島的空心巖柱是如何產生的？
根據當地的傳說，冰島Skaelinger峽谷的空心巖柱是由憤怒的巨怪相互投擲石塊形成的。這40個空心巖柱，每一個都略高於2.4米（約8英尺），略寬於1.5米（約5英尺）。
儘管關於形成這些外觀古怪的空心巖柱的解釋十分有趣，但是美國布法羅大學（The University of Buffalo）的火山學家認為它們可能是很久以前由陸地的水與熔巖混合，相互作用而成的。根據科學家的理論，1783年從拉基火山（上圖）迸發出來的熔巖，在流向Skafta河谷時受到阻攔，因此這些熔巖往相反的方向流去，例如Skaelinger峽谷。隨著大地變得越來越灼熱，蒸汽從熔巖的缺口中像噴泉一般噴發。之後，越來越多的熔巖繞著這些蒸汽流動，漸漸冷卻，最終形成空心巖柱。整個過程一般幾天內就可以完成。
「我們一般認為火山熔巖與水接觸時，水會變成蒸汽，並造成爆炸，」火山學家特蕾西·格雷格（Tracy Gregg）說到，「這裡有個例子……你本可以站在這裡觀看它的。」
3.聖誕島的海底山是如何形成的？
50多座巨大的水下山峰散落在印度洋東北部10億平方千米的範圍內（約417，000平方英裡），它們又稱為「海底山」。這個地方叫做聖誕島海底省。科學家們曾經對這些海底山的來源迷惑不解，有的海底山甚至高達4500米（約3英裡）。其成因與世界其他地區的海底山不同，並不是由於海洋地殼中地幔或者斷層的熱點而形成的。與之相反，聖誕島的海底山與澳大利亞西北部的巖石構造相符。
根據這個信息以及地殼構造板塊重建的理論，德國基爾大學（the University of Kiel）的地球化學家發現，1.5億年前岡瓦那古陸（Gondwana）分裂，形成了印度洋，而構成海底山的巖石就來自於這塊古大陸。同時，岡瓦那地殼底部剝落，在與上層地幔混合時變得灼熱，之後被搬運到地表。
「當印度洋的擴張中心轉移到這塊區域，它再次融合了大陸斷裂的碎片。」 地球化學家Kaj Hoernle說，「因為這些碎片有一些易揮發的成份（例如水和二氧化碳），比起普通的上層地幔，它們會產生更多融化的物質，因而形成了海底山，卻沒有形成正常的海底地殼。」
2.為什麼我們會被替身演員騙到？
電視或電影中的替身演員欺騙我們，使我們相信我們所看到的正是我們喜愛的影視明星，這是因為我們的大腦有一種穩定感知的機制。大腦感知「牽引」著我們，使我們認為在10秒鐘裡所看到的臉是一樣的；否則，每次人們移動自己的頭部或者打到臉上的燈光發生變化時，我們都會覺得他們看起來完全不一樣。這就使我們即使面對最熟悉的親朋好友，也會被「蒙蔽」，並導致視覺混亂。
這種感知上的欺騙被稱為「連續場（continuity field）」，它的反向機制也會誤導我們，讓我們確信兩個完全不同的外形或輪廓是一樣的。「連續場」為我們變換面容的辦法是假設最新看到的圖像沒有過多的改變。科學家們對此進行檢測，他們向研究對象展示一張目標圖像，然後在屏幕上快速顯示一系列圖片。當被要求挑選一張與目標圖像匹配的圖片時，大部分人選不到一模一樣的圖；相反，他們挑選的圖像融合了最後看到的兩張圖。這就意味著他們的大腦選擇時是不準確的，而是最後所見圖片的結合。
「連續場」不利於穩定我們的視覺。心理學家大衛·惠特尼（David Whitney）解釋道：「如果世界反覆無常地變化，那麼事物的形象就不穩定。我們一直都會混淆相似的東西，不管是杯子、眼鏡，還是我們的小孩。想想就知道這多擾人啊！」
1.為什麼健力士黑啤酒（Guinness）的氣泡會下沉？
這種現象並不常常出現，一旦出現便是派對的惡作劇了：有時候，當我們希望健力士黑啤酒的氣泡上升時，它卻下沉了。來自史丹福大學和愛丁堡大學的化學家們決定找出氣泡下沉之謎的答案。結果顯示，玻璃杯中間的氣泡確實上升了。然而，因為啤酒從玻璃杯的中央向側壁和杯底不斷循環流動，所以氣泡跟著往下沉。
史丹福大學的理察·扎爾（Richard Zare）教授解釋道：「氣泡之謎其實很簡單，它的原理在於凡是上升的東西最後必然下沉。在這種情況下，啤酒杯中央的氣泡比邊緣的更容易上升，因為邊緣的氣泡受到杯壁的阻力。當啤酒杯中央的氣泡形成一股上升流時，它就會帶動啤酒上升，接著這股啤酒向四周擴散開來，啤酒就攜帶氣泡順著玻璃杯壁面下沉，尤其是裡面的小氣泡。一會兒之後它會停止，這是非常生動有趣並且容易證明的一個現象。」
還有許多啤酒，它們裡邊的二氧化碳更易溶於液體。這就是為什麼許多人，包括科學家們，都認為健力士黑啤酒氣泡中的氮氣或玻璃杯的形狀是啤酒氣泡下沉的原因。然而，史丹福大學的研究人員發現，不管是什麼液體，這種現象在各種各樣不同形狀的玻璃杯中都會出現。
