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发生在身边的谜团

生活中的一些小事物,每天出现在我们面前,也许会让你觉得它们平平常常,没什么好好奇的。实则不然,在科学领域,一些生活中最常见的事物,也带着一些令人难以解答的谜团。

撕拉胶带能放出X射线

在上世纪50年代,苏联科学家们发现,当把透明胶带从玻璃上撕下来时,能产生高能电子。然而,似乎没有人相信苏联科学家的发现,撕拉胶带就能产生能量如此高的电子?这太疯狂了。

然而,2008年,美国加州大学洛杉矶分校的一组科学家们证明确实有这个疯狂的现象。这次他们将透明胶带放置在一个真空器皿里,用一个机器以每秒3厘米的速度拉开胶带,结果让大家吓了一跳,他们发现胶带和胶带卷轴之间释放出了X射线,单个X射线脉冲的能量大约是15千电子伏,包含超过100万个光子,持续十亿分之一秒,这一剂量足以为科学家的一根手指拍摄骨头图像!当科学家们意识到只有在真空环境里,胶带才会有辐射,心情才平复下来。自此后,许多科学家都成功复制过这个实验,所以这是一种真实存在的现象,但它是如何发生的呢?

我们知道,当一些固体受到机械研磨、振动时,会出现闪光,这种现象叫做摩擦发光。比如,在冬天,你的头发会特别干燥,用梳子梳头发,会听到噼里啪啦的声音,在黑暗处还能看到闪现的光。这是由于在摩擦过程中,一个物体会带正电荷,另外一个带负电荷,相互接触时,正负电子被中和,以光的形式释放能量。同样地,撕拉胶带也会导致胶带卷轴表面电荷积累,一旦电荷变得足够大,就会有一束电子迸发出来,高速撞击胶带的粘着面,当撞击发生时,电子速度骤然放缓,并释放X射线。

然而,在所有的电子放电过程中,仅有万分之一会产生X射线。X射线的能量与胶带被撕开时表面的电荷量直接相关,但问题是,小小的一卷胶带怎么能产生这么大的电荷量呢?

虽然还有许多疑问,但科学家们相信假如在改造过的胶带中加入重氢离子,当离子被加速撞击时,就会产生核聚变反应。而一些医疗机构正在打算利用这个新发现,制造造价低廉的X射线仪器,利用X射线来摧毁肿瘤。

科学家们测不出质子大小

物质都是由原子构成的,每个原子都含有一个或多个质子。最简单的原子——氢,由一个质子和一个电子组成。利用对氢实验的数据,科学家们估计了质子的半径。2010年,他们的最佳估计值是0.8775飞米,误差范围是正负0.0051飞米。1飞米相当于10-15米。

科学家们想要缩小误差值,所以他们用一种奇特的氢离子——μ介子氢进行了实验。μ介子氢和普通的氢原子没有太大区别,除了氢原子中的电子被一个μ介子取代。μ介子是一种带负电、质量为电子207倍的基本粒子,由于其质量比电子大许多,所带的负电可以屏蔽原子核的正电,所以,它能够跟原子核更接近,作用力更大,让科学家能够更精确地探测质子的结构。正如预期的那样,研究者将误差值降低到0.00067飞米,而后来的实验进一步缩小了误差值。但令人惊讶的是,这次测量到的质子半径比以前认为的要小得多!

要知道这有多么不可思议,我们不妨用一个比喻。假设你想测量一个巨大的沙滩球的半径,第一次你用一个测量器测到的半径为1米,误差范围是0.1米。随后,你又换了一个测量器,这次误差范围降到了0.01米,然而你测量得到的球的半径也变成了0.5米。这不对呀,球不应该因为你测量方式的改变,半径有这样的变化。这正是科学家们困惑不解的地方。   

根据粒子物理学理论,质子不像电子那样是一个点,而是一个大小有限的“物体”,由3个夸克被所谓的“胶子”束缚在一起而构成。因此,质子的电荷及磁性都分布在一定的体积之内,质子与介子作用的方式,也和电子完全相同,理论上质子半径应该是相同的,跟你如何测量它没有关系才对。

那么,哪里出了问题呢?也许2010年的计算出了问题?但更多的研究者认为当μ介子存在时,质子变小了,可能意味着二者之间还存在着一种未知的相互作用力,正是这种相互作用力的存在导致了实验结果出现偏差。

沉默的X染色体

男孩从母亲那儿得到一条X染色体,从父亲那里得到一条Y染色体。女孩的两条X染色体分别来自父亲和母亲。也许还会有其他的X和Y染色体的组合,比如有些人会患上XYY综合征,有两条Y染色体,一条X染色体,但是目前XY染色体和XX染色体的组合是最常见的。

女性体内的每一个细胞都有两条X染色体的副本。但从1949年开始,科学家们发现在女性身体内,其中一条X染色体总是不活跃,这条X染色体上的遗传信息都被忽略了,在细胞及细胞后代的整个生命周期中,这条X染色体将一直失去活性,没法产生蛋白质。

假设在一个女孩的细胞中,来自其母亲的X染色体并不活跃,而她父亲的X染色体是活跃的,我们可以将这个细胞称之为“父亲细胞”,而反之则是“母亲细胞”。

其中一条X染色体失去活性,可以让雌性哺乳动物不会因为拥有两条X染色体而产生两倍的基因产物,但一个细胞是如何决定它是成为一个父亲细胞,还是一个母亲细胞的呢?

一条染色体上有1000多个基因,让这些基因不被“表达”是一个非常艰巨的任务。研究者还发现细胞在选择X染色体的方式上,有着惊人的多样性。比如,对小鼠的研究发现,在一些小鼠大脑左侧的细胞里,雄性X染色体大部分失去活性,而右侧大脑细胞里则是雌性X染色体失去活性。

由于每条X染色体携带相同基因的不同变体,所以父亲细胞主导的身体组织可能会与母亲细胞主导的身体组织不同,这也许可以解释为什么我们的左右手、左右眼会有细微的差别。

科学家们曾经认为细胞对于X染色体的选择是随机的,但越来越多的研究显示并不是这样。

到底是什么使得细胞成为了父亲细胞,还是母亲细胞呢?这对于人类进化又有什么好处呢?这仍然是一个谜。

什么让你脸红?

当一个人紧张、愤怒、害羞时,往往会脸红,脸之所以变红是由于血管舒张,但科学家们一直没有找到是什么导致了人脸部血管舒张。

1982年,研究者发现,面部静脉含有两种肾上腺素能受体:肾上腺素能α受体和β受体。相较而言,α受体对去甲肾上腺素更敏感,而β受体对肾上腺素更敏感。一些人猜测也许是这些肾上腺素受体被触发后,让人面部血液流动、氧气输送加快,最终致人脸红。

为了找出答案,上世纪90年代,澳大利亚莫多克大学的心理学教授做了一些实验。在实验中,一些志愿者服用药物来抑制α受体,而另一些人则服用药物来抑制β受体。然后,研究人员让他们做一些通常会引起人脸红的事情,比如心算、大声唱歌、做适度的运动等等,并测量他们的反应。

研究结果表明,当α受体被抑制后,并没有影响人的脸红反应,而β受体被抑制后,志愿者脸红次数虽然减少了,但面部血流量依旧会增加,仍然有脸红反应。这个实验说明肯定还有其他的因素,在引发人面部静脉的血管舒张。

越来越多的花生过敏者

在中国,花生可炸可炒可生吃,做法多样,成就了许多美食。然而,在其他国家,当一个对花生过敏的孩子误食花生时,会出现严重的过敏反应:瘙痒、舌头和咽喉肿胀、昏厥、恶心呕吐等等,如果不及时治疗,可能会导致死亡。

花生过敏反应是西方国家食物过敏反应致死案例最常见原因。而更奇怪的是,近年来这些国家花生过敏儿童数量急速增长。研究发现,美国对花生过敏的儿童从1997年的0.4%上升到2008年的1.4%。在英国、加拿大和澳大利亚也出现了类似的情况。相比之下,花生过敏现象在发展中国家并不常见。

为了遏制花生过敏人群的激增,专家们曾建议孕妇和哺乳期妇女避免食用花生,确保在宝宝消化系统没有充分发育前,不要接触到花生蛋白,将这一过敏反应扼杀在摇篮里。然而,这样的建议丝毫没有作用。

那么,为什么会这样呢?

现在最常见的一种解释是卫生假说。这种假说认为一些现代儿童在非常干净的环境中长大,缺少接触细菌、真菌、花粉、病毒等过敏源,抑制了免疫系统的正常发展。

另一种可能性是,花生作为食品,在发达国家有不同的加工方式。与发展中国家的煎炸相比,许多发达国家花生是被烘烤后再食用,这可能会使它们更容易变成过敏源。也有人提出也许恰恰是因为妊娠女性避免了食用花生,使得孩子们接触过敏原过晚,没能产生对花生蛋白的免疫耐受。

现在人们提出了很多的解释,但没有找到根本性的原因,所以目前为止,没有什么办法能彻底治愈花生过敏。这也使得许多发达国家的学校不得不将花生从学校食堂里请出去,许多航空公司的餐饮都不再提供花生,以免乘客在高空发生危及生命的过敏反应;袋装食品的标签里往往会主动声明该食品的生产设备是否也曾用于处理坚果类食品,因为大多数花生过敏症患者同时也对一种或多种坚果,如对核桃、杏仁等过敏。

黑寡妇蜘蛛为什么那么毒?

如果你面前只有两种选择,被黑寡妇蜘蛛咬,或者是被响尾蛇咬,你会选择哪一种?或许选择后者更明智,因为黑寡妇蜘蛛的毒液比响尾蛇的强15倍。

在交配后吃掉雄性,黑寡妇蜘蛛因此而得名,这些臭名昭著的蜘蛛有一个很特别的外貌特征:腹部有彩色的沙漏形标记。一旦咬伤人类,其毒液通常会引起被咬者严重的肌肉疼痛、腹部痉挛、多汗、心动过速,这种疼痛会持续好几天。一些被咬者为了摆脱痛苦,甚至会试图自杀。

然而,黑寡妇蜘蛛一般身长只有3~10毫米,最大的雌性身长也只有13毫米,这么小的蜘蛛,分泌的毒液也并不多,一次注射进人体的毒液只含有少量的神经毒素分子。相比之下,有的成年人体重能达到100多千克,黑寡妇蜘蛛是如何用少量的毒液影响到体格庞大的人类的呢?

黑寡妇蜘蛛最致命的武器—拉特罗毒素,这种有毒蛋白质能通过改变神经末梢的结构和功能,来攻击中枢神经系统。而更奇怪的是,受感染的细胞会自我攻击,分泌大量废物和多余的化学物质,引发自身的细胞毒性。

对于研究者来说,黑寡妇蜘蛛少量的毒素就能在人体内引起这样大的病变,实在太不可思议了,了解其毒素的运作原理,可能会让科学家们明白为什么有的时候人的免疫细胞会攻击自己。

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