ฟิสิกส์ลึกลับของ 7 สิ่งทุกวัน

อินโทร

นักฟิสิกส์ได้ค้นพบรายละเอียดที่ดีมากของจักรวาลตั้งแต่รัศมีของหลุมดำไปจนถึงพฤติกรรมของอนุภาค subatomic ที่เราไม่สามารถมองเห็นได้ มันอาจทำให้คุณประหลาดใจที่ได้เรียนรู้ว่าพวกเขาขาดคำอธิบาย (หรือเพิ่งสะดุดกับพวกเขา) สำหรับปรากฏการณ์ทั่วไปมากมายที่เราสังเกตเห็นในชีวิตประจำวัน

ในขณะที่คุณจะได้เรียนรู้ในสไลด์ต่อไปนี้สิ่งที่ลึกลับที่สุดบางอย่างของทั้งหมดอาจเป็นสิ่งที่บนใบหน้าของมันดูเหมือนจะเป็นเรื่องธรรมดา

ถั่ว

บางทีคุณอาจสังเกตเห็นว่าในชามถั่วผสมถั่วบราซิลดูเหมือนจะนั่งอยู่ด้านบนเสมอ สิ่งนี้เป็นที่รู้จักกันในนาม "เอฟเฟกต์น็อตบราซิล" และปรากฏการณ์ทางโลกที่ดูเหมือนจะเป็นหนึ่งในความลึกลับที่ยังไม่ได้แก้ไขที่ใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์ร่างกายจำนวนมากวิทยาศาสตร์ที่อธิบายถึงวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์จำนวนมาก

ในบรรดาสิ่งต่าง ๆ (ไม่ว่าจะเป็นถั่ว, ฝากตะกอนหรือวัตถุอื่น ๆ ที่มีขนาดแตกต่างกัน) ชิ้นส่วนใหญ่ขึ้นไปด้านบนเมื่อเวลาผ่านไปทั้งๆที่มีแรงดึงดูดมากขึ้นในขณะที่วัตถุขนาดเล็กมักจะจมลงในกองที่ต่ำลงเมื่อเวลาผ่านไป บางทีสิ่งเล็ก ๆ น้อย ๆ ก็ไหลผ่านรอยแตกกระแสพาความร้อนอาจมีบทบาทเช่นเดียวกับการควบแน่นของอนุภาคขนาดเล็ก ความเป็นไปได้ทั้งหมดเหล่านี้และอีกสองสามอย่างอาจมีส่วนร่วมในเอฟเฟกต์ถั่วบราซิล แต่ไม่มีใครรู้ว่าอันไหนหรือในระดับใดดังนั้นจึงไม่มีการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ที่ประสบความสำเร็จของปรากฏการณ์

ไม่เพียง แต่ผู้ผลิตถั่วเท่านั้น แต่ยังรวมถึงนักฟิสิกส์นักดาราศาสตร์และนักธรณีวิทยาทุกคนจะได้รับประโยชน์จากความเข้าใจในผลกระทบดังนั้นครั้งต่อไปที่คุณกินถั่วหรือกราโนล่าหรือตกปลา crumbs ออกมาจากด้านล่างของชามโดริโทสลองไตร่ตรองฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง

โฟม

วันนี้มีฟองสบู่หรือไม่? อาจจะไม่ใช่ แต่คุณอาจจะโกน, ล้างจาน, มีลาเต้หรือเบียร์หรือถ้าคุณโชคดีกินพายชิ้นหนึ่งราดด้วยวิปปิ้งครีม

เราพบโฟมบ่อยครั้งที่พวกเราสองสามคนถอยกลับและชื่นชมอย่างเต็มที่ว่าสิ่งแปลก ๆ เป็นอย่างไร สำหรับผู้เริ่มต้นให้พิจารณาสิ่งนี้: วิปครีมเป็นของแข็งของเหลวหรือแก๊สหรือไม่?

จากข้อมูลของ Douglas Durian ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ UCLA, โฟมมักจะเป็นก๊าซ 95 เปอร์เซ็นต์และของเหลว 5 เปอร์เซ็นต์ อย่างใดสิ่งเหล่านี้เพิ่มขึ้นเพื่อให้พวกเขามีลักษณะบางอย่างของของแข็งเช่นกัน ก๊าซในโฟมแยกของเหลวเพื่อสร้างเมทริกซ์ของฟองเล็ก ๆ และถ้าผนังของเหลวของฟองสบู่แข็งพอบางครั้งโฟมสามารถรักษารูปร่างได้

อย่างไรก็ตามไม่มีสูตรสำหรับการทำนายว่าโฟมแข็งหรือ oozy จะขึ้นอยู่กับขนาดของฟองอากาศหรือปริมาณของเหลวที่มีอยู่ "ฟิสิกส์ของโฟมเข้าใจได้ไม่ดี" ทุเรียนบอกวิทยาศาสตร์ของนาซ่า-

น้ำแข็ง

หนึ่งศตวรรษและครึ่งหนึ่งของการสอบถามทางวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ระบุว่าทำไม ICE สามารถทำให้คุณล้มลงได้ นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าน้ำของเหลวบาง ๆ บนน้ำแข็งของแข็งทำให้เกิดความลื่นและการเคลื่อนไหวของของเหลวทำให้ยากที่จะเดินต่อไปแม้ว่าชั้นจะบาง แต่ไม่มีฉันทามติว่าทำไมน้ำแข็งไม่เหมือนของแข็งอื่น ๆ ส่วนใหญ่มีเลเยอร์เช่นนี้

นักทฤษฎีได้คาดการณ์ว่ามันอาจจะเป็นการลื่นไถลที่สัมผัสกับน้ำแข็งที่ละลายพื้นผิวของมัน คนอื่นคิดว่าชั้นของเหลวอยู่ที่นั่นก่อนที่รองเท้าแตะจะมาถึงและถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนไหวโดยธรรมชาติของโมเลกุลพื้นผิว

เรารู้ว่าคุณกำลังมองหาใครบางคนหรือบางสิ่งบางอย่างที่จะตำหนิในขณะที่คุณนอนอยู่ที่นั่นบนพื้นควัน แต่น่าเสียดายที่คณะลูกขุนยังคงอยู่ในเรื่องนี้ -ฟิสิกส์น้ำที่แปลกประหลาดอย่างน่าประหลาดใจ-

ซีเรียล

คุณอาจหรืออาจไม่ได้ไตร่ตรองว่าทำไมซีเรียลอาหารเช้าของคุณมีแนวโน้มที่จะรวมกันเป็นก้อนหรือยึดติดกับด้านข้างของชามนม ขนานนามเอฟเฟกต์ Cheeriosโดยนักวิทยาศาสตร์ปรากฏการณ์การจับตัวเป็นก้อนนี้ใช้กับทุกสิ่งที่ลอยได้รวมถึงฟองโซดาและอนุภาคผมในน้ำหลังจากโกนหนวดตอนเช้า

Dominic Vella นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาตอนนี้ที่ Cambridge University และ Lakshminarayanan Mahadevan นักคณิตศาสตร์จาก Harvard University เป็นคนแรกที่อธิบายถึงผลกระทบในแง่ของฟิสิกส์ง่าย ๆ ซึ่งพวกเขาทำในกระดาษปี 2005 เอฟเฟกต์ Cheerios พวกเขาพิสูจน์แล้วว่าเป็นผลมาจากรูปทรงเรขาคณิตของพื้นผิวของเหลว

ความตึงผิวทำให้ถ้ำพื้นผิวของนมอยู่ตรงกลางของชามเล็กน้อย เนื่องจากโมเลกุลของน้ำในนมถูกดึงดูดให้เป็นแก้วพื้นผิวของนมจึงโค้งขึ้นรอบขอบชาม ด้วยเหตุนี้ชิ้นส่วนของซีเรียลที่อยู่ใกล้ขอบลอยขึ้นไปตามเส้นโค้งนี้ปรากฏขึ้นราวกับว่าพวกเขากำลังยึดติดกับขอบ

นอกจากนี้เนื่องจากความตึงผิวซีเรียลลอยอยู่ตรงกลางของชามของคุณทำให้พื้นผิวของนมทำให้เกิดการแช่ในนั้น เมื่อสัมผัสซีเรียลสองชิ้นรอยบุบทั้งสองของพวกเขากลายเป็นหนึ่งเดียวและพักอยู่ในนั้นพวกเขาก็ติดกัน

แม่เหล็ก

Magnets: ค่อนข้างแปลกใช่มั้ย? เกิดอะไรขึ้นกับพวกเขา?

Jearl Walker ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่ Cleveland State University และผู้เขียนร่วมของตำราเรียนที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย "พื้นฐานของฟิสิกส์" (Wiley, ฉบับที่ 8 2007) อธิบายว่าสนามแม่เหล็กแผ่ออกไปตามธรรมชาติจากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งประกอบขึ้นเป็นอะตอมโดยเฉพาะอิเล็กตรอน

โดยปกติในสสารสนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนชี้ไปในทิศทางที่แตกต่างกันยกเลิกกัน (นี่คือเหตุผลที่อิเล็กตรอนในร่างกายของคุณไม่ทำให้คุณติดอยู่กับตู้เย็นของคุณเมื่อคุณเดินผ่าน) แต่เมื่อสนามแม่เหล็กอิเล็กตรอนทั้งหมดในวัตถุจัดแนวในทิศทางเดียวกันที่เกิดขึ้นในโลหะหลายชนิด (และเห็นได้ชัดว่าเป็นแม่เหล็ก)สุทธิสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้น สิ่งนี้จะใช้แรงในวัตถุแม่เหล็กอื่น ๆ ไม่ว่าจะดึงดูดหรือขับไล่พวกมันขึ้นอยู่กับทิศทางของสนามแม่เหล็กของตัวเอง

น่าเสียดายที่การพยายามทำความเข้าใจกับแม่เหล็กในระดับที่ลึกกว่านั้นเป็นไปไม่ได้ แม้ว่านักฟิสิกส์จะมีทฤษฎีที่เรียกว่า "กลศาสตร์ควอนตัม"นั่นอธิบายพฤติกรรมของอนุภาคอย่างแม่นยำรวมถึงแม่เหล็กของพวกเขาไม่มีทางที่จะเข้าใจว่าทฤษฎีหมายถึงอะไร

นักฟิสิกส์สงสัยว่าทำไมอนุภาคจึงเปล่งประกายสนามแม่เหล็กสนามแม่เหล็กคืออะไรและทำไมพวกเขาจึงจัดเรียงระหว่างสองทิศทางเสมอให้แม่เหล็กเหนือและขั้วโลกใต้ของพวกเขา? “ เราเพิ่งสังเกตว่าเมื่อคุณทำการเคลื่อนย้ายอนุภาคที่มีประจุมันสร้างสนามแม่เหล็กและเสาสองเสาเราไม่รู้จริง ๆ ว่าทำไมมันเป็นเพียงคุณสมบัติของจักรวาลและคำอธิบายทางคณิตศาสตร์เป็นเพียงความพยายามที่จะผ่าน 'การบ้านที่ได้รับมอบหมาย' ของธรรมชาติและได้รับคำตอบ

คงที่

แรงกระแทกแบบคงที่นั้นลึกลับพอ ๆ กับที่พวกเขาไม่พอใจ สิ่งที่เรารู้คือสิ่งนี้: เกิดขึ้นเมื่อมีประจุบวกหรือเชิงลบมากเกินไปเกิดขึ้นบนพื้นผิวของร่างกายของคุณปล่อยออกมาเมื่อคุณสัมผัสบางสิ่งบางอย่างและทำให้คุณเป็นกลาง อีกทางเลือกหนึ่งคือพวกเขาสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อไฟฟ้าคงที่สร้างขึ้นในสิ่งอื่น ๆ ที่ลูกบิดประตูพูดว่าคุณสัมผัสอะไร ในกรณีนั้นคุณเป็นเส้นทางทางออกของค่าใช้จ่ายส่วนเกิน

แต่ทำไมการสะสมทั้งหมด? มันไม่ชัดเจน คำอธิบายทั่วไป (และอาจถูกต้องบางส่วน) บอกว่าเมื่อวัตถุสองชิ้นถูเข้าด้วยกันแรงเสียดทานกระแทกอิเล็กตรอนออกจากอะตอมในวัตถุใดชิ้นหนึ่งจากนั้นสิ่งเหล่านี้จะย้ายไปที่วินาทีออกจากวัตถุแรกด้วยอะตอมที่มีประจุบวกมากเกินไปและให้อิเล็กตรอนลบส่วนเกินที่สอง วัตถุทั้งสอง (ผมและหมวกขนสัตว์ของคุณพูด) จะถูกเรียกเก็บเงินแบบคงที่ แต่ทำไมอิเล็กตรอนจึงไหลจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งแทนที่จะเคลื่อนที่ไปในทั้งสองทิศทาง?

สิ่งนี้ไม่เคยได้รับการอธิบายอย่างน่าพอใจและการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้โดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนอร์ ธ เวสเทิร์น Bartosz Grzybowski พบว่าอาจไม่เป็นเช่นนั้น ตามรายละเอียดในวารสาร Science ฉบับเดือนมิถุนายน Grzybowski พบว่าแพตช์ของทั้งค่าบวกและค่าลบส่วนเกินอยู่ที่มีอยู่ในวัตถุที่มีประจุแบบคงที่ นอกจากนี้เขายังพบว่าโมเลกุลทั้งหมดดูเหมือนจะโยกย้ายระหว่างวัตถุขณะที่พวกเขาถูด้วยกัน

เห็นได้ชัดว่าคำอธิบายของสแตติกกำลังเปลี่ยนแปลง

สายรุ้ง

สายรุ้งก่อตัวขึ้นเมื่อแสงแดดส่องแสงบนหยดความชื้นในชั้นบรรยากาศของโลก หยดทำหน้าที่เหมือนปริซึม "หักเห" หรือแยกแสงออกเป็นส่วนประกอบของมันและส่งพวกเขายิงออกไปในช่วงของมุมระหว่าง 40 ถึง 42 องศาจากทิศทางตรงข้ามกับดวงอาทิตย์

แน่นอนว่าสายรุ้งไม่ได้ลึกลับทางวิทยาศาสตร์อีกต่อไป พวกเขาเป็นผลมาจากวิธีที่แสงผ่านการหยดทรงกลม: มันจะหักเหอย่างแรกเข้าสู่พื้นผิวของแต่ละหยดสะท้อนออกมาจากด้านหลังของหยดและหักเหอีกครั้งเมื่อมันทิ้งหยดด้วยการรีบาวน์เหล่านี้ทั้งหมด คำอธิบายนี้เป็นที่รู้จักมาตั้งแต่สมัยของนักฟิสิกส์ศตวรรษที่ 17 ไอแซคนิวตัน -ทำไมเราถึงไม่สามารถไปถึงจุดสิ้นสุดของรุ้ง?-

แต่ลองจินตนาการว่ารุ้งลึกลับจะดูก่อนหน้านี้! เพราะพวกเขาสวยงามมากและไม่สามารถอธิบายได้พวกเขาจึงให้ความสำคัญกับศาสนายุคแรก ๆ ยกตัวอย่างเช่นในกรีซโบราณสายรุ้งถูกคิดว่าเป็นเส้นทางที่สร้างขึ้นโดยผู้ส่งสารของเทพเจ้าขณะที่พวกเขาเดินทางระหว่างโลกและสวรรค์

ติดตาม Natalie Wolchover บน Twitter @ผู้ที่ได้รับการขนานนาม- ติดตามความลึกลับเล็ก ๆ น้อย ๆ ของชีวิตบน Twitter @llmysteriesจากนั้นเข้าร่วมกับเราFacebook-