Kas yra stiklas?
Nobelio premijos laureatas Warrenas Andersonas kartą pasakė: „Giliausia ir įdomiausia iš neišspręstų kietos būsenos problemų slypi stiklo prigimtyje“. Ir nors stiklą žmonės naudoja jau ne pirmą tūkstantmetį, mokslininkai iki šiol nesupranta jo unikalių mechaninių ypatybių priežasties.
Iš mokyklos laikų pamename, kad stiklas – skystis. Bet ar tikrai taip yra? Mokslininkai tiksliai nežino, kokios prigimties perėjimas tarp skystos ar kietos stiklo fazių ir kokie fizikiniai procesai lemia pagrindines stiklo ypatybes.
Stiklo formavimo proceso nepavyksta paaiškinti nei pasitelkus kietojo kūno fiziką, nei dalelių fiziką, nei skysčio teoriją. Trumpai tariant, skystas lydytas stiklas vėsdamas palaipsniui darosi vis tirštesnis, galiausiai sukietėja. O formuojantis kietiesiems kristaliniams kūnams, pvz., grafitui, kažkurią akimirką atomai sudaro įprastas periodines struktūras. Molekulinės dinamikos tyrėjas Terunas Chitra aiškina skirtingą molekulių išsidėstymą įvairiose medžiagose, pasitelkęs šokio pavyzdį:
Idealus kietasis kūnas – tarsi lėtas šokis, kurio metu poros sukasi aplink pradinę poziciją šokių aikštelėje.
Idealus skystis – lyg pažinčių vakarėlis, kai kiekvienas stengiasi pašokti su visais esančiais asmenimis (ši ypatybė vadinama ergodiškumu), o vidutinis šokimo tempas – maždaug vienodas.
Pagal šią analogiją, stiklas panašus į šokį, kurio metu grupė žmonių išsiskirsto į mažesnius pogrupius ir kiekvienas šoka savo pogrupyje. Galite keistis partneriais iš savo pogrupio, šis šokis vyksta amžinai.
Stiklas yra toks, kad kol kas neįmanoma jo aprašyti, pasitelkus statistinę mechaniką. Iš esmės stiklo subeksponentinė koreliacija ir kroskoreliacija gali būti išgautos begalės atsitiktinių procesų būdu. Iki tam tikro meto sistema veikia daugiau ar mažiau suprantamai, nuspėjamai, bet jei stebėsite gana ilgai, imsite matyti, kad kai kuriuos ypatumus tiksliau nusako tikimybių ir atsitiktinių procesų teorija.
Kodėl dviratis nekrenta ant šono?
Dviračio konstrukcija gana paprasta, atrodytų, seniai aišku, kodėl dviratis puikiai važiuoja. Visada manyta, kad dviračio stabilumas iš esmės išlaikomas dviem mechanizmais. Pirmas – automatinis vairavimas, arba rato kampo efektas – jei dviratis palinksta į kurią nors pusę, priekinis ratas pats pasisuka ten pat, o paskui išcentrinė jėga grąžina dviratį į pradinę padėtį. Antras mechanizmas siejamas su giroskopiniu besisukančių ratų poveikiu.
Amerikiečių inžinierius Andy Ruina su kolegomis nutarė paneigti abu teiginius. Jie sukonstravo į paspirtuką panašų dviratį, kurio priekinis ratas liečia atramą prieš jos ir priekinės šakutės ašies susikirtimo tašką, o tai tarsi panaikina kampo efektą. Be to, priekinis ir galinis ratai sujungti su kitais dviem ratais, kurie sukasi į priešingą pusę ir todėl naikina giroskopinį poveikį.
Šis dviratis ne taip greitai krenta ant šono. Pusiausvyrą jis išlaiko ne prasčiau nei įprastas dviratis ir netgi turi tokį patį automatinį vairavimą. Po eksperimento tyrėjai padarė išvadą, kad abu poveikiai – ir kampo poveikis, ir giroskopinis poveikis – yra svarbūs, važiuojančiam dviračiui išlaikant balansą, tačiau abu nėra kritiškai svarbūs.
Nėra iki galo aišku, kodėl dviratis nekrenta ant šono. Pagal naujausią inžinierių teoriją, čia svarbiausia – unikalus svorio paskirstymas.
Kaip veikia placebas?
Apie placebą – medžiagas, kurios nepasižymi akivaizdžiomis gydomosiomis savybėmis, tačiau teigiamai veikia organizmą, yra žinoma jau seniai. Placebo efektas susijęs su psichoemociniu poveikiu. Tačiau tyrėjai ne kartą įrodė, kad placebas, kuriame nėra aktyvių medžiagų, gali stimuliuoti realias fiziologines reakcijas, pavyzdžiui, keisti širdies susitraukimų dažnį ir arterinį kraujospūdį, taip pat cheminį aktyvumą galvos smegenyse. Placebas taip pat padeda atsikratyti skausmo, depresijos, nerimo, nuovargio ir netgi kai kurių Parkinsono ligos simptomų.
Tai, kaip mūsų psichika gali veikti sveikatą, iki šiol nėra iki galo aišku, ir mokslininkai iki šiol neperprato mechanizmų, iššaukiančių fiziologines reakcijas į placebą. Akivaizdu, kad reakcijas paskatina daug įvairių aspektų, nors placebas neveikia ligos šaltinio ar priežasčių. Bandymų metu nustatyta, kad organizmo reakcija skiriasi priklausomai nuo placebo vartojimo (tabletės ar injekcijos). Be to, placebas suteikia tik tokį terapinį poveikį, kurio tikimasi (tai yra, apie kurį yra žinoma iš anksto). Ir kuo didesni lūkesčiai, tuo stipresnis placebo poveikis. Be to, yra žinoma, kad jį galima sustiprinti aktyviai verbaliai veikiant pacientą.
Placebas veikia ne visus žmones. Dažniausiai jo poveikis pasireiškia ekstravertams, žmonėms, kuriems padidėjęs nerimas, įtarumas, kurie nepasitiki savimi.
2013 m. spalio mėn. buvo publikuotas tyrimas, demonstruojantis, kad placebo efektas susijęs su galvos smegenų alfa bangų aktyvumo padidėjimu. Alfa bangų aktyvumas padidėja atsipalaidavimo būsenoje, primenančioje lengvą transą ar meditaciją, tai yra, būsenoje, kai mus labiausiai veikia įtaiga. Placebo efektas turi pastebimą poveikį žmogaus nervų sistemai nugaros smegenų srityje. Bet iki šiol nėra išsamaus placebo poveikio mechanizmo paaiškinimo.
Ką reiškia „Wow“ signalas iš tolimojo kosmoso?
1977 m. rugpjūčio 5 d. įvyko vienas iš paslaptingiausių įvykių kosmoso tyrinėjimų istorijoje. Astronomas Jerry R. Ehmanas, vykdydamas SETI projektą ir dirbdamas su radioteleskopu „Didžioji ausis“ („angl. „Big Ear“) užfiksavo stiprų siaurajuostį kosminį radijo signalą. Jo charakteristikos (perdavimo juosta, signalo ir triukšmo santykis) atitiko nežemiškos kilmės signalo apibūdinimus. Apstulbęs J. Ehmanas apibrėžė simbolius ant atspausdintos signalų išklotinės, o paraštėje užrašė „Wow!“. Šis užrašas ir davė pavadinimą signalui.
Signalas sklido iš dangaus srities Šaulio žvaigždyne, apytikriai 2,5 laipsnio į pietus nuo χ1 žvaigždžių grupės. Tačiau net po ilgų laukimo metų joks panašus signalas nepasikartojo.
Mokslininkai tvirtina, kad jei signalas ir buvo nežemiškos kilmės, jį išsiuntusios būtybės turėtų priklausyti itin pažengusiai civilizacijai. Norint išsiųsti tokį galingą signalą, reikalingas bent 2,2 gigavatų daviklis – daug galingesnis už bet kurį Žemėje (pavyzdžiui, HAARP sistema Aliaskoje, viena iš galingiausių pasaulyje, numatoma, sugeba perduoti tik iki 3600 kilovatų signalą).
Viena iš hipotezių, aiškinančių signalo galingumą, numato, kad pradžioje buvusį silpną signalą gerokai sustiprino gravitacinis lęšis, tačiau tai neatmeta dirbtinės jo kilmės galimybės. Kiti tyrėjai iškėlė hipotezes, kad signalą gali skleisti besisukantis (tarsi švyturys) šaltinis, kad signalo dažnis periodiškai keičiasi arba kad tai buvo vienkartinis signalas. Taip pat egzistuoja versija, kad signalą išsiuntė judantis nežemiškų civilizacijų žvaigždėlaivis.
2012 metais, nuo WOW signalo praėjus 35 metams, Arecibo observatorija numatomo šaltinio link išsiuntė atsakymą iš 10 tūkst. užkoduotų pranešimų. Tačiau ar juos kas nors gavo, nėra žinoma. Iki šiol „Wow“ signalas astrofizikams išlieka viena didžiausių mįslių.
Kaip negyva materija tampa gyva?
Mokslo pasaulyje šiuo metu vyrauja biologinės evoliucijos koncepcija, kuri teigia, kad pirmoji gyvybė susikūrė savaime iš neorganinių komponentų vykstant fiziniams ir cheminiams procesams. Tai, kaip iš negyvos materijos atsiranda gyva, aprašo abiogenezės teorija. Tačiau ji turi daugybę spragų.
Yra žinoma, kad pagrindiniai gyvos materijos komponentai yra amino rūgštys. Tačiau atsitiktinės amino rūgščių ir nukleotidų sekos grandinės susidarymo tikimybė atitinka tikimybę, kad numetus kelis tūkstančius raidžių iš surinkto tipografinio šrifto nuo dangoraižio stogo, iš jų atsitiktinai susidarys konkretus puslapis iš F. Dostojevskio romano. Klasikinė abiogenezės teorija numato, kad toks „šrifto numetimas“ vyko tūkstančius kartų – tai yra tiek, kiek prireikė, kol susidarė reikalinga seka. Tačiau pagal šiuolaikinius skaičiavimus, tam būtų prireikę daug daugiau laiko, nei egzistuoja visa Visata.
Be to, kol kas nė vienas bandymas laboratorinėmis sąlygomis sukurti dirbtinę gyvą ląstelę nebuvo sėkmingas. Amino rūgščių ir nukleotidų rinkinį ir paprasčiausią bakterinę ląstelę iki šiol skiria praraja. Galbūt pirmosios gyvos ląstelės labai skyrėsi nuo tų, kurias matome dabar. Taip pat labai daug mokslininkų palaiko hipotezę, teigiančią, kad pirmąsias gyvas ląsteles į mūsų planetą galėjo atgabenti meteoritai, kometos ir kiti nežemiškos kilmės objektai.
Kodėl žmonės skirstomi į kairiarankius ir dešiniarankius?
Per pastaruosius 100 metų mokslininkai gana nuodugniai ištyrė problemą, kodėl dauguma žmonių labiau naudoja vieną ranką, ir kodėl būtent dešinę. Tačiau standartinio empirinio kairiarankių ir dešiniarankių testavimo nėra, nes mokslininkai iki galo negali suprasti, kokie mechanizmai dalyvauja šiame procese.
Mokslininkai nesutaria, kiek procentų žmonijos sudaro dešiniarankiai, o kiek – kairiarankiai. Iš esmės manoma, kad dauguma žmonių (nuo 70 iki 90 proc.) yra dešiniarankiai, mažuma (nuo 5 iki 30 proc.) – kairiarankiai, taip pat egzistuoja nenustatytas kiekis žmonių, kurie pasižymi visiška simetrija – vienodai gali naudoti ir kairę, ir dešinę ranką.
Įrodyta, jog tam, ar žmogus kairiarankis, ar dešiniarankis, turi įtakos genai, tačiau tikslus „kairiarankio genas“ kol kas nenustatytas. Egzistuoja įrodymai, teigiantys, kad polinkiui naudoti dešinę ar kairę ranką gali turėti įtakos socialiniai ir kultūriniai mechanizmai.
Akivaizdžiausias pavyzdys – kaip mokytojai permokydavo kairiarankius vaikus, versdami juos rašyti ne kaire, bet dešine ranka. Šiais laikais labiau į totalitarizmą linkusiose visuomenėse kairiarankių yra mažiau nei liberalesnėse visuomenėse.
Kai kurie tyrėjai kalba apie „patologinį kairiarankiškumą“, susijusį su smegenų traumomis gimdymo metu. Septintajame devyniolikto amžiaus dešimtmetyje prancūzų chirurgas Polis Broca pastebėjo sąsajas tarp rankų ir smegenų pusrutulių aktyvumo. Pagal jo teoriją, smegenų pusrutuliai su kūno dalimis yra susiję kryžmai. Tačiau šiais laikais yra žinoma, kad šie ryšiai nėra tokie paprasti, kaip juos aprašė P. Brocas. Aštuntajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje atlikti tyrimai parodė, kad daugumai kairiarankių būdingas toks pat kairiojo pusrutulio aktyvumas, kaip visiems žmonėms, ir tik daliai kairiarankių būdingi įvairūs nukrypimai nuo normos.
Tyrinėdami primatų kairiarankiškumą ir dešiniarankiškumą, mokslininkai nustatė, kad atskirose populiacijose dauguma gyvūnų yra arba kairiarankiai, arba dešiniarankiai. Pavienės beždžionės dažnai išsiugdo individualius polinkius.
Taigi, kol kas turime tik bendrą įsivaizdavimą apie dešiniarankiškumo priežastis, tad tyrėjų dar laukia nemažai darbo, kol nuodugniai išsiaiškins visus jų formavimosi mechanizmus.
Kodėl mes miegame
Mes miegame 36 proc. savo gyvenimo, bet mokslininkai negali paaiškinti miego prigimties. Žmonėms būdingas miegojimas, nes tai įrašyta mūsų genuose, tačiau kodėl toks procesas atsirado evoliucijos eigoje – paslaptis. Be šiltakraujų gyvūnų (žinduolių ir paukščių) jokioms kitoms gyvoms būtybėms tokios miego formos nebūdingos, o kokie yra miego privalumai – iki šiol iki galo neaišku.
Mokslininkai jau išsiaiškino, kad miego metu greičiau auga raumenys, greičiau gyja žaizdos, taip pat pagreitėja proteinų sintezė. Kitaip tariant, miegas padeda organizmui kompensuoti tai, ką jis prarado būdravimo metu. Neseniai atlikti tyrimai parodė, kad miego metu mūsų smegenys išsivalo nuo toksinų ir jei žmogus trukdo šiam procesui (kitaip tariant, nemiega), tai gali paskatinti psichikos sutrikimus. Be to, kai mes ilsimės, smegenyse susilpnėja arba išyra jungtys tarp ląstelių, ir taip atsilaisvina vietos naujai informacijai. Smegenyse formuojasi naujos sinapsės, todėl jei neišsimiegame, sumažėja gebėjimas priimti, apdoroti ir prisiminti informaciją.
Miego metu smegenys dažnai po kelis kartus „prasuka“ kai kuriuos epizodus, kurie mums nutiko dienos eigoje, o šis procesas, mokslininkų nuomone, padeda sustiprinti atmintį. Nors sapnų turinį nulemia realūs įspūdžiai, mūsų sąmonė miego metu skiriasi nuo sąmonės būdravimo metu. Miego metu mūsų pasaulio suvokimas daug emocingesnis ir vaizdingesnis. Mes matome įvairius vaizdus, išgyvename dėl jų, tačiau negalime jų iki galo įsisąmoninti. Mokslininkai mano, kad snūduriuojančiose smegenyse viešpataujantys sinchronizuojantys mechanizmai labiausiai susiję su pirmąja signaline sistema ir emocine sfera. Tačiau kas iš tiesų yra sapnai, vienareikšmiškai atsakyti kol kas negalima.
Kodėl katės murkia?
Niekas tiksliai nežino, kodėl katės murkia. Nuo daugelio kitų garsų, kuriuos skleidžia gyvūnai, murkimas skiriasi tuo, kad vokalizacija vyksta viso kvėpavimo ciklo metu (ir įkvepiant, ir iškvepiant). Kažkada buvo manoma, kad murkimo garsą sukelia kraujo tekėjimas per apatinę tuščiąją veną, bet dabar dauguma mokslininkų sutaria, kad garso išgavimo procese dalyvauja gerklos, gerklų raumenys ir neuronų osciliatorius.
Kačiukai mokosi murkti, kai jiems sukanka vos pora dienų. Veterinarai mano, kad jų murkimas žmonių kalba reikštų žodžius „mama“, „man viskas gerai“ arba „aš čia“. Šie garsai stiprina kačiuko ryšį su mama. Tačiau kai kačiukas užauga, jis ir toliau murkia, ir daugelis tyrėjų įsitikinę, kad suaugęs katinas murkdamas išreiškia malonumą ir džiaugsmą. O kartais katės murkia kai patiria traumą ar kai serga.
Gydytoja Elizabeth von Muggenthaler mano, kad murkimas ir jo sukeliami žemo dažnio virpesiai yra „natūralus savigydos mechanizmas“ ir stiprina, užgydo žaizdas, malšina skausmą.
Ši naminių kačių balso savybė nėra unikali. Kiti kačių šeimos atstovai, pavyzdžiui, lūšys, gepardai ir pumos taip pat murkia. Nors kai kurios didžiosios katės (liūtai, leopardai, jaguarai, tigrai, snieginiai leopardai ir dūminiai leopardai) murkti nemoka.
