你应该真正知道如何回答的10个科学问题

和阿姆斯特朗一起唱:“我看到了蓝色的天空……”

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路易斯·阿姆斯特朗(Louis Armstrong)在1968年的歌曲《多么美妙的世界》(What a Wonderful World)中唱道:“我看到蓝天白云。”他很可能做到了，因为他的歌是一首乐观主义的颂歌。欧洲研究人员发现，光谱中蓝色部分的光对情绪有积极的影响，使我们对情绪刺激更有反应，更能适应情绪挑战[来源:Opfocus］．

但是我们跑题了。的天空呈现蓝色的原因是因为一种效应叫散射．阳光必须穿过地球的大气层，大气层充满了气体和粒子，就像弹球机的保险杠一样，把阳光反射到各处。但如果你曾经拿过棱镜，你就知道阳光实际上是由一堆不同的颜色组成的，所有的颜色都有不同的波长。蓝光的波长相对较短，因此它比波长较长的颜色更容易通过滤光片，因此在穿过大气时散射得更广。这就是为什么在一天中的某些时候天空看起来是蓝色的太阳看起来好像在天空的高处(尽管实际上是你所站的位置在行星上相对于太阳移动)。

然而，在日出和日落的时候，太阳光必须经过更长的距离才能到达你的位置。这就抵消了蓝光的波长优势，让我们可以更好地看到其他颜色，这就是为什么日落通常是红色、橙色或黄色的原因[来源:美国国家航空航天局，《科学日报》］．

不幸的是，地球周围有很多太空垃圾。

Maciej Frolow / Photodisc /盖蒂图片社

地球的年龄这是人们争论了很长一段时间的事情，有时是激烈的争论。早在1654年，一位名叫约翰·莱特福特(John Lightfoot)的学者根据《圣经》的《创世纪》(Book of Genesis)进行了计算，他宣称地球是在精确的上午9点被创造出来的。18世纪末，一位名叫布冯伯爵(Comte de Buffon)的科学家将他创造的地球的一个小型复制品加热，并测量了它的冷却速率，根据这些数据，他估计地球大约有7.5万年的历史。19世纪，物理学家开尔文勋爵(Lord Kelvin)用不同的方程式将地球的年龄确定为2000万到4000万年[来源:Badash］．

但在19世纪末和20世纪初，这一切都被发现了放射性，之后很快又计算了各种放射性物质的衰变速率[来源:Badash］．地球科学家利用这些知识来确定地球岩石的年龄，以及从火星带回的陨石和岩石的样本月亮通过宇航员．例如，他们研究了岩石中铅同位素的衰变状态，然后将其与基于铅同位素随时间变化的计算的规模进行比较。由此，他们能够确定地球大约在45.4亿年前形成，不确定度不到1%[来源:美国地质调查局］．

一只角鲨伪装在海底;它的颜色是由自然选择决定的吗?

杰拉德Soury /科学/牛津盖蒂图片社

就像地球的年龄一样进化的理论——由生物学家查尔斯·达尔文在19世纪中期首次提出——是另一个人们容易激动的话题。如果你看过经典电影《迎风而行》，你可能已经知道1925年臭名昭著的斯科普斯猴子案。著名律师克拉伦斯·达罗(Clarence Darrow)为一位名叫约翰·斯科普斯(John Scopes)的高中生物老师进行了一场失败的辩护。斯科普斯被指控违反了田纳西州的一项法规，该法规禁止任何人教授人类是“低等动物”的后代，并裁定圣经中的创世故事是唯一可以接受的解释。林德］．近年来，反进化论者在法庭和立法机构中进行斗争，要求孩子们在学校学习“创造科学”，除了进化论[来源:Raffaele]。

如果有一个观点特别让反进化论者感到困扰，那就是达尔文的中心概念，叫做自然选择．这个想法不难理解。在自然界中，突变是随机发生的，突变是生物基因蓝图的永久性变化，它可以使它们发展出与祖先不同的特征。但是，动物和植物在几代之间发生变化的长期进化过程并不是偶然的。相反，如果这种变化有助于生物体更好地生存和繁殖，那么随着时间的推移，这种变化往往会变得更加普遍。

例如，想象一些甲虫是绿色的，但是，一个突变导致一些甲虫变成了棕色。棕色甲虫比绿色甲虫更能融入周围环境，所以被鸟类吃掉的棕色甲虫并不多。相反，它们中会有更多的人存活和繁殖，并可能将使后代变成棕色的基因变化传递给下一代。随着时间的推移，甲虫种群将逐渐转变为棕色。当然，这只是一个简单的版本。在实践中，自然选择是基于平均水平，而不是特定的个体，这并不是一个平稳有序的过程[来源:加州大学伯克利分校］．

这是太阳最后几年的样子吗?

康斯托克/思想库

这个问题让我们想起了另一首流行歌曲，斯基特·戴维斯1962年的单曲《世界的尽头》太阳在男友甩了她之后，她依然闪闪发光。歌词的意境在于，我们周围的现实——无论是灿烂的阳光，还是在树上歌唱的鸟儿——都比我们脆弱的小情感更持久。然而，事实上，我们这个失恋的小女孩不幸早产了——大约早了55亿岁，误差也有几岁。就像其他恒星一样，太阳是一个巨大的核聚变反应堆，在这一点上，它将耗尽其核心的氢，作为燃料燃烧产生阳光，并开始燃烧其周围层的氢。

这将是太阳死亡螺旋的开始，它的核心将收缩，外层将大规模膨胀，使它变成一个红巨星。在最后的爆发中，太阳将用一股热量烤炙太阳系，甚至会暂时把通常寒冷的冥王星和柯伊伯带(海王星外)附近变成一个天体桑拿。包括地球在内的内部行星很有可能会被这个垂死的庞然大物吸走，或者变成灰烬[来源:Overbye］．

好的一面是，除非人类设法殖民其他恒星的太阳系，否则没有人会经历这最后的地狱。太阳的预期寿命已经过了一半，已经在逐渐升温，10亿年之后，它的亮度预计将比现在高10%左右。太阳辐射的增加将足以蒸发掉地球上的海洋，使我们失去我们人类赖以生存的水【来源:Overbye］．

磁铁:它们是如何工作的?

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“哔哔声磁铁:它们是怎么工作的?”这是饶舌歌手crazy Clown Posse几年前在他们的单曲《奇迹》(Miracles)中提出的问题，这让《周六夜现场》(Saturday Night Live)的刻薄演员们毫不留情地嘲笑他们。这是不幸的，因为这是一个完全合理的思考。磁铁是任何具有磁场的物体或材料，也就是说，一堆电子沿着相同的方向在它周围流动。现在，电子——就像来自底特律的戴着小丑面具、经常骂人、喝着Faygo可乐的说唱歌手——喜欢成双结对，而铁有很多未结对的电子，它们都渴望参与到活动中来。所以，固体铁或含有大量铁的物体，比如钉子，会被一个足够强大的磁铁吸引。被磁铁吸引的物质和物体被称为铁磁性物质[来源:伊利诺伊大学］．

很久很久以前，人类就已经知道磁性现象了。天然存在的磁铁，如磁石，但中世纪的旅行者想出了如何用钢罗盘针摩擦这些石头，使它们吸收电子并被磁化，这意味着它们产生了自己的磁场。这些磁铁不是特别耐用，但在20世纪，研究人员开发了新的材料和充电设备，使它们能够制造出更强大的永久磁铁[来源:斯图帕克］．实际上，你可以用一块铁通过在它周围缠绕一根电线，然后将两端连接到一个顶部有夹子的大电池的极上[来源:伊利诺伊大学］．

彩虹看起来像一道弧线，因为地面的原因，你看不到彩虹的下半部分。在空中，它可能看起来像一个圆盘。

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自古以来，这种大气现象就引起了人们的敬畏。在《创世纪》中，上帝写了一个彩虹他告诉诺亚，这是“我与地球之间契约的记号”[来源:Biblos］．的古希腊人更进一步，他们认为彩虹实际上是一位女神，他们给她起名叫爱瑞丝。但他们把她塑造成了一个不祥的形象——传递着奥林匹亚诸神关于战争和报应的消息。李和弗雷泽, pg八世]。几个世纪以来，从亚里士多德到勒内·笛卡尔等伟大的思想家都试图找出是什么过程创造了彩虹惊人的色彩。布劳顿和Carriero］．

不过，从那以后，科学家们已经很好地确定了这个问题。基本上，彩虹是由暴雨后悬浮在大气中的水滴造成的。水滴的密度与周围空气的密度不同，所以当阳光照射到水滴上时，水滴就像微小的棱镜，将光线弯曲，将其分解成不同的波长，然后反射回我们身上。这反过来又产生了我们看到的可见光谱的颜色带的弧线。因为水滴要反射射向我们的光，为了看到彩虹，我们必须背对着太阳站着。我们还需要以大约40度的角度从地面向上看，这是彩虹的偏离角——也就是它弯曲阳光的角度。有趣的是，如果你在飞机上，从上面看到彩虹，它实际上可能看起来像一个圆盘，而不是弧线[来源:物理课堂］．

天才本人:阿尔伯特·爱因斯坦。

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当有人提到“相对论”时，他们实际上指的是两个理论，狭义相对论广义相对论是由理论物理学家发明的阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初[来源:nobelprize.org］．但无论你如何称呼爱因斯坦的研究成果，它无疑会让大多数非科学家感到困惑。爱因斯坦想出了一个聪明的方法来解释:“当一个男人和一个漂亮女孩坐在一起一个小时，就像一分钟。但如果让他在热炉子上坐上一分钟，那比任何一个小时都要长。这就是相对论。”【来源:米尔斯基］．

这实际上很好地总结了它，尽管细节有点复杂。在爱因斯坦之前，几乎所有人都相信时间和空间是固定不变的，不会改变，因为从我们地球上的有利位置来看，时间和空间就是这样。但爱因斯坦数学要表明那种绝对的世界观是一种错觉。相反，他解释说，空间和时间都可以发生变化——空间可以收缩、膨胀或弯曲，时间流逝的速度也可以改变，如果一个物体受到强大的引力场或移动非常快。

此外，空间和时间如何出现取决于观察它们的人的有利位置。例如，想象一下，你正看着一个老式的滴答作响的闹钟，它有指针来报时。现在，想象一下把那个钟放在绕地球运行的轨道上，这样它就会比你在地球表面的位置移动得更快。如果你还能看到时钟的指针，你会觉得它们比地球上的要小，时钟的滴答声也会慢一些[来源:康奈尔大学］．

时钟走得更慢是因为一种叫做“时间膨胀”的现象。空间和时间实际上是一个单一的东西，叫做时空，它可以被重力和加速度扭曲。所以如果一个物体移动得非常快，或者非常强大重力与不受相同力作用的物体相比，对该物体作用的时间会变慢。通过数学计算，我们可以预测一个快速移动的物体会减慢多少时间。

这听起来可能很奇怪。但我们知道这是真的。全球定位系统(GPS)就是一个很好的证明，它依靠精确测量时间来提供地球上的地图位置。卫星正以每小时8700英里(14000公里)的速度绕着地球旋转，如果工程师不调整他们的时钟来补偿相对论，一天之内，我们智能手机上的谷歌地图就会给我们提供6英里(9.86公里)的位置[来源:俄勒冈州立大学天文学］．

气泡之所以是圆的，是因为它们想要变成圆——这要归功于凝聚力。

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好吧，实际上，泡泡并不总是完美的圆形，如果你曾经用那种玩具东西吹肥皂泡，你可能已经注意到了。但气泡希望是球形的，如果你吹的是最初更像雪茄的形状，它就很难重塑自己。这是因为气泡基本上是一层薄薄的液体，它们的分子粘在一起是因为它们彼此吸引，这种现象被称为凝聚力【来源:美国地质调查局］．这就产生了我们所说的表面张力——也就是一种阻挡物体通过的屏障(来源:美国地质调查局］．在水层内部，被困住的空气分子不能出去，即使它们在推水。但这不是作用在这层上的唯一力。在外面，更多的空气向内挤压。液体层抵抗这些力的最有效的方法是假定最紧凑的形状，就体积与表面积的比率而言，它恰好是一个球体[来源:科普］．

有趣的是，科学家们已经找到了制造非圆形气泡的方法，因此他们可以研究气泡表面的几何形状。他们能够制造出立方体甚至是矩形的气泡，方法是将一层薄薄的液体悬浮在金属架上，然后将其塑成所需的形状[来源:牛顿］．

不，云不是由天使的头发组成的，而是由冰晶和水组成的。还漂亮,虽然。

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希望这不会让乔妮·米切尔的粉丝太失望，但是云难道不是天使的头发和蝴蝶结吗冰淇淋空中楼阁。云是一团可见的水滴，或冰晶，或两者的混合物，悬浮在地球表面。当潮湿温暖的空气上升时，云就形成了。当它上升到更高的地方，到达一个更凉爽的空间，潮湿的温暖空气也会冷却，水蒸气凝结回小水滴和/或冰晶，这取决于它们的冷程度。这些液滴和晶体聚集在一起是因为凝聚原理，我们之前讨论过。结果是一个云[来源:大英百科全书］．有些云比其他云厚，因为它们碰巧有更高的水滴密度。

云是地球水文循环的一个关键部分，在这个循环中，水不断地在表面和大气之间流动，状态从液体到蒸汽再到液体，有时也会变成固体。如果不是这样的循环，我们的星球上可能不会有任何生命。美国国家航空航天局］．

1803年，一位名叫卢克·霍华德(Luke Howard)的气象学家提出了四种主要的云分类，它们的名字都是基于拉丁语。积云在拉丁语中是“堆”的意思，描述的是我们经常在天空中看到的那些堆积的、块状的云。卷云这个词的意思是“头发”，指的是高空的云，看起来像一缕一缕的头发。形状平坦、无特征的片状云被称为层云这个词在拉丁语中是“层”的意思。最后,还有光辉灿烂的云(这个名字实际上是拉丁语“沉淀云”的意思)是低垂的灰色雨云[来源:美国国家航空航天局］．有时它们结合在一起——就像你在雷暴前看到的很高的灰色块状云——叫做积雨云！

是什么让这些杯子里的液体消失了?

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我们人类喜欢把现实想象成一个美好、稳定的地方，各种东西都呆在同一个地方，除非我们想让它去别的地方。但梦想。在现实中，如果你看水在分子水平上，它就像一群小狗挤在狗床上，分子之间相互碰撞，争夺位置。当空气中有大量的水蒸气时，分子就会碰撞到物体表面并粘在上面，这就是为什么在潮湿的天气里，冷饮的表面会凝结。

相反，当空气更干燥时，你杯子里的水分子会碰撞到空气中，并粘附在漂浮的其他分子上。这个过程被称为蒸发。如果空气足够干燥，就会有更多的分子从你的杯子跳到空气中，而不是从空气中粘到水中。随着时间的推移，水分子会继续流失到空气中，最终你的杯子会变空[来源:牛顿］．

来自液体的分子被推到空气中并粘附在空气中的能力被称为蒸气压，因为跳跃的分子会施加一个力，就像气体或固体挤压某物一样。不同的液体有不同的蒸气压。像丙酮这样的液体——洗甲水——蒸气压非常高，这意味着它很容易蒸发到空气中。相比之下，橄榄油的蒸汽压很低，所以在室温下不太可能蒸发太多[来源:牛顿］．