身边的科学:隐藏在“常识”中的科学谜团

身边的科学：隐藏在“常识”中的科学谜团

（图1）边开车边打手机非常危险。

（图2）音乐对儿童智力发育有好处。

（图3）蚊子喜欢人体释放出的二氧化碳。

(图4)石英手表走时准确。
我们身边常常有很多司空见惯的事情。我们把它们当作常识，却没有多少人能说清楚其中的道理，绝大多数人都只知其然而不知其所以然。美国《大众科学》杂志选取了二十个这样的“常识之谜”，并作出了科学的解释。
1.边开车边打手机为什么有危险？
对于一个人来说，驾驶汽车是一项较为复杂的工作，而且他同时还要密切观察周边环境，这同样是需要全神贯注的复杂工作。人在开车的时候要同时进行两项复杂工作，大脑已经满负荷运转了。如果在这个时候打电话，负责思维和控制语言系统的大脑额叶部分将“超载”，上述两项工作难免要出问题。（图1）
“多重任务处理系统”本来是一个计算机术语，指的是电脑在同一时间内处理几个不同的命令。有人认为人类大脑也有同样的功能，但研究表明，人类大脑不可能像电脑那样可以一边下载文件一边玩游戏。
从理论上讲，大脑一旦同时处理两项任务，哪怕是非常简单的任务，大脑处理信息的效率都会严重下降，这在神经科学中称作“双任务干扰”。
美国“国家神经疾病与中风研究所”的研究员乔丹·格拉夫曼认为，人脑不具备“多重任务处理系统”源自额叶的生理特性。人在做不同事情的时候，脑电波会在额叶的不同区域来回跳动，期间会有几百毫秒到几秒钟的停顿，在停顿期间人的反应能力会降低，如果开车的时候出现这种情况就可能发生车祸。
此外，美国犹他大学的一项研究显示，开车时候打电话会使追尾事故的发生率增加一倍，即便使用的是车载电话，危险程度也是一样的，因为这时人的大脑仍处于“双任务干扰”状态。
2.音乐会让孩子更聪明吗？
长期以来，人们都认为音乐教育对儿童的治理发育有好处，近年来的科学研究证实了这种说法。科学家已经发现，音乐教育对4岁到15岁孩子的大脑发育起到促进作用。
中国的香港大学和加拿大的多伦多大学都进行过类似的研究。香港大学跟踪研究了90个6岁到15岁的孩子，其中一半是学校乐团的成员，另一半则很少接受音乐训练；多伦多大学则让144个6岁的儿童随机选择一年的兴趣课程，其中包括钢琴课以及其他非音乐课程。研究人员发现，接受音乐教育的儿童在数学能力和智商方面都高于其他儿童。
最近加拿大的麦克马司特大学又进行了一项研究，科学家让一批4岁到6岁的儿童接受了一年的音乐教育，同时监控这些儿童的大脑活动情况。科学家发现，与没有学习音乐的儿童相比，这批儿童的大脑发育明显不同，例如这批儿童大脑内与注意力相关的部分变得非常活跃。
研究还表明，那些学音乐半途而废的人实际上也从中获得了好处，只要在儿童时代学点音乐，你就会受益终生。（图2）
3.为什么蚊子会挑人咬？
生活中经常会见到这样的现象，同一间屋子的两个人，一个备受蚊子肆虐，另一个却可以悠然自得。对于这一现象，科学界还没有一个确切的答案，但美国佛罗里达大学的昆虫学家乔纳森·戴伊给出了一个解释，“蚊子最爱咬的是那些释放更多二氧化碳的人。”戴伊还指出，二氧化碳并不是蚊子喜欢的唯一因素，香水、身体发出的热量以及人运动后体内分泌的乳酸都是蚊子喜欢的物质。
此外，人体内还有一种物质吸引蚊子，那就是雌性激素雌二醇，女性体内的雌二醇含量高于男人，但这并不意味着女人更容易被蚊子咬，因为男人一般体形较大，产生的二氧化碳也更多。一般来说，大块头更容易被蚊子咬。（图3）
此外，咬人的蚊子都是母蚊子，公蚊子的食物是植物汁液。
4.为什么石英手表走时准确？
现在，大部分复杂的机械手表都被石英手表取代，这是因为一只普通的石英电子表每日误差小于0.5秒，比大部分机械表精确得多。（图4）
石英表也可叫做“晶体振动式电子表”，当电流通过石英晶体时，晶体就会变形“发振”，石英表就是利用周期性持续“发振”的晶体，为我们带来准确的时间。
从1927年开始，石英被应用于大型实验用计时器，但直到上世纪后半段，石英手表才被引入商业领域。当时钟表匠们已经了解了石英的特性，他们的最大挑战是制造出足够小而且振荡频率合适的石英晶体，因为高频晶体太耗电。最终研究人员选择了我们现在使用的振荡频率为32768赫兹的石英晶体。
而机械手表由于受地球引力作用，水平位置和竖直位置的偏移会产生位差，加之受外界温度、磁场、震动等影响，因此机械手表很难达到石英手表的精度。
5.思考消耗体力吗？
我们常常有这样的经验，当我们苦于思索某个难题的时候，即使没进行什么体力活动，也会感到疲劳。那么，坐着不动苦思冥想会消耗体力吗？答案是肯定的。（图5）
其实，人的大脑是一台24小时不间断工作的机器。当一个人思考的时候，他的大脑内的数百万个神经元就会相互传递信息，并把大脑的各种指令不停地传递到身体的各个部位。这些神经元工作的时候当然需要“燃料”。据测算，它们每天消耗掉肝脏储存的血糖的75％，而耗氧量占全身耗氧量的20％。
神经元消耗能量有它独特的方式，首先大脑毛细血管壁附近的星形胶质细胞从血液中吸收能量丰富的葡萄糖，并将这些葡萄糖转换成神经元可以吸收的形式。神经元利用这些能量生产神经传递素，并最终形成“思想”。大脑思考得越多，其神经元需要的葡萄糖就越多。
除此之外，大脑为了生存，每分钟需要0.1卡路里的热量。当你集中精力进行填字游戏的时候，你的大脑每分钟消耗的能量则是1.5卡路里。相比之下，人在行走的时候每分钟大约消耗4卡路里热量，而像跆拳道那样的激烈运动则每分钟消耗10卡路里。看来胖人们又多了一个减肥方法——做数学题。

（图5）罗丹的雕塑《思想者》。

（图7）风力发电是清洁能源。

（图8）设想中的“太空电梯”。

（图9）雪花晶体。

（图10）能发出腐臭气味的腐尸花。

（图11）吃饭后犯困的原因在于大脑分泌的食欲激素。

（图12）GPS接收器不会发射信号。
6.为什么晒太阳有益健康？
维生素D3是人和很多动物生长、繁育、维持生命必不可少的脂溶性维生素。如果人缺乏维生素D3，将会患上软骨病或者佝偻病。人类可以通过服用维生素片来补充维生素D3，但走出户外晒太阳则是人类最古老、最经济、最舒服的补充维生素D3的方式。
这一现象的科学原理是这样的：人体皮肤中的一种化合物在接触阳光中的紫外线之后，会形成维生素D的前体（维生素原），维生素原中的两个碳原子会自动重新排列，形成维生素D3。这一化学过程发生的速度非常快，因此你只要在阳光下晒几分钟，身体吸收的光线就足以制造一个人每天所需的维生素D3。（图6）                  
（图6）晒太阳能补充维生素D3。
7.风力发电会影响气候吗？
随着温室效应和能源紧缺的状况越来越突出，风力发电作为一种清洁能源越来越受到人们的推崇。但也有人担心，由于风力发电机的巨大叶片能够干扰气流的方向，那么它会不会对气候造成影响？
答案是不必担心。因为电脑模拟实验显示，只有超大型的风力发电厂（目前还不存在）才会影响天气，但也仅限于风力发电机的叶片附近区域。
根据《地球物理研究》杂志一篇文章的研究结果，在一个拥有1万台风力发电机的风力发电厂内，其地表温度会上升0.7摄氏度。发电机叶片的转动会使空气中的潮气上升，而靠近地面的区域会变得温暖干燥。这对风力发电厂附近的农作物会造成不良影响，但对全球来说，这点影响可以忽略不计。（图7）
8.“太空电梯”会影响地球运转吗？
在国际航天领域，一直有一批科学家在倡导“太空电梯”的概念，在他们的理论中，“太空电梯”是一种向太空运送货物的永久性装置。目前很多科学机构都在进行“太空电梯”的可行性研究。
不过有人担心，这样一架“太空电梯”伸向太空，并运载这么重的货物，会不会影响地球的正常运转？答案是无需担心。
根据科学家的测算，如果“太空电梯”将15吨的货物送上太空，这部分“伸出”地球的质量将使地球自转一次的时间（即一天）增加1毫微微秒，1毫微微秒只有1秒的一千亿亿分之一。“太空电梯”的倡导者之一布拉德·爱德华兹博士认为，这点影响还比不上两极冰盖融化对地球造成的影响，因此可以忽略不计。（图8）
9.普通人能把东西“寄”到太空吗？
可以，只不过“邮费”比较贵。过去十多年来，一些私人公司一直在开展太空“邮递”业务，而且由于发射火箭的成本在不断降低，这些公司的收费也在不断下降。目前，位于美国加利福尼亚的轨道间系统公司对太空货物的收费是每磅500美元，而俄罗斯的“静海－3A”型火箭的收费只有每磅200美元。
如果你愿意再等一等，太空“邮费”可能更便宜。位于加利福尼亚州的马斯滕太空公司已经宣布，该公司的“太空汽水罐”计划将在2008年启动。届时，你只需要花99美元，就可以把不超过1磅重的物品发射到离地球100千米的太空轨道上。该公司要求，你的货物必须能够被装进一个汽水罐大小的容器里，而且无毒、无放射性，也不能是爆炸物。该公司甚至可以运送有生命的东西，只要它能经受得了艰苦漫长的旅程，比如细菌。
10.自己可以在家里用水造雪吗？
既然雪是由水转化而来的，那么在不下雪的冬天，我们可以自己用水制造雪吗？答案是不可以。这个问题的关键是：尘埃。自然界的雪形成于大气上层，当空气中微小的水滴遇到冰晶或尘埃等成核微粒的时候，它们就变成了雪。（图9）但你在家里造雪的时候，你并没有产生雪所必须的冰晶或尘埃微粒。康涅狄格州一家人工造雪机公司的老板马修·皮特曼表示，“在寒冷的天气用家庭水管向院子里洒水，这些水只会在落地之后才变成冰。”
专业的造雪机在洒水的时候同时洒出大量成核微粒，而且它的洒水量非常大，这样才能造出大量的雪。
11.男人能分泌乳汁吗？
理论上可以，但很少见。人类分泌乳汁的指令来自脑垂体——大脑下部一个豌豆大小的器官。在正常情况下，脑垂体发出的信号使我们的身体根据需要制造出各种激素，包括刺激乳汁分泌的催乳激素。但脑垂体也会出问题，明尼苏达州梅奥医院的内分泌专家查尔斯·阿布德表示，“像其他器官一样，脑垂体也会得病。”
当脑垂体发生病变的时候，它的一个副作用就是会制造出导致乳汁分泌的催乳激素。对大多数男人来说，过量的催乳激素会影响他的生殖系统，限制其产生精子的能力。“在某些罕见的病例中，它会导致男性分泌乳汁。”阿布德说。
12.为什么有的花闻起来很臭？
有一种原产于印尼的花叫巨魔芋，它是世界上最大的花，花开时直径可达1.6米，植株高达3米。但这种花还有另外的名字：魔鬼的舌头、腐尸花，因为这种花开放的时候发出腐烂南瓜加腐烂尸体的臭味，令人闻而生畏。（图10）
其实，这种臭味正是巨魔芋“传宗接代”的法宝，因为臭味能吸引一些昆虫到它的身上产卵，等幼虫发育成熟，就可以帮自己传播花粉了。在自然界，有很多植物和真菌都会散发出臭味，引诱喜欢食腐的昆虫来帮助它们授粉。
目前，科学家还没有研究出究竟是哪种化学成分制造了这种臭味，可以确定的是，制造臭味的主要成分是某种含硫分子，例如腐胺和尸胺。
13.为什么吃饭之后很多人会犯困？
很多人都有这样的经历，在吃完一顿大餐之后立即出现昏昏欲睡的感觉。造成这种现象的原因在于我们大脑内分泌的一种激素——食欲激素。当一个人吃完饭之后，他摄取的大量葡萄糖会减少这种蛋白质类激素的分泌，从而让人感到困倦。（图11）
人体内的食欲激素是由大脑视丘下部的神经元细胞分泌出来的，因为它能影响机体的摄食行为，并参与血糖代谢，因此被称为食欲激素。后来科学家还发现，这种激素还有疼痛感知、调节心血管及自主神经系统的功能，此外它还参与人体睡眠－觉醒周期的调节。
去年六月，英国曼彻斯特大学的研究人员丹尼斯·博达科夫发布了一份研究报告，称人体内葡萄糖水平的轻微改变也会减少食欲激素的活动，并让人犯困。
根据博达科夫的研究，不同食物造成的瞌睡效果也不同，富含碳水化合物和脂肪的食物会大幅增加人体的葡萄糖水平，会使人更加疲倦嗜睡；而富含蛋白质的食物的效果则差得多。
14.别人可以用我的GPS追踪我吗？
GPS即全球定位系统。它可以为全球范围内的飞机、舰船、坦克、地面车辆、步兵、导弹以及航天飞机等提供全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和精确时间，具有极高的军用和民用价值。
现在，除了野外探险者喜欢的手持GPS接收器外，很多汽车、手机都配备了GPS接收器。不过也有些爱犯“疑心病”的人担心，既然GPS功能这么强大，它会不会成为别人追踪自己具体位置的工具？
答案是他们大可放心，因为GPS接收器只是一个接收装置，它通过接收卫星信号来定位，但本身并不会发射信号，因此也无法被追踪。（图12）要使GPS接收器成为能被追踪的信号，它必须通过手机或者无线上网设备等通讯工具将定位信息发射出去。有专家建议，如果你真的担心隐私受到侵犯，就关掉手机中的GPS功能。
15.普通的一次性打火机会污染环境吗？
很多吸烟者每天都在使用一次性打火机；在摇滚音乐会上，歌迷还喜欢在音乐会的高潮阶段同时点燃打火机。这些打火机会对环境造成污染吗？
这些打火机对环境的伤害并不大。一次性打火机的燃料主要是丁烷。这是一种碳氢化合物，丁烷燃烧时，与氧气结合后产生的是二氧化碳和水。据测算，一个普通的一次性打火机在燃烧时每分钟释放约237毫克二氧化碳。以音乐会为例，如果1000名歌迷同时点燃打火机，五分钟后共释放1.2千克二氧化碳。相比之下，一个中型发电厂每分钟排放12200千克二氧化碳，可见打火机的“危害”可谓微不足道。
16.人为什么会产生幻觉？
提起幻觉，人们一般会想到服食毒品者的表现以及疯子的怪异行为。但事实上，并非只有上述状况才会有幻觉，精神压力、高烧、疾病或者缺乏睡眠都可能让人产生幻觉。
幻觉也被称为“感觉欺骗”，当一个人看到、听到、感觉到、闻到或者品尝到并不存在的东西的时候，他就产生了幻觉。
幻觉产生的原因是大脑内的异常化学反应。这种异常反应刺激了大脑的特定区域，干扰了大脑的正常功能。而这种异常化学反应诱因主要有两个，一是麻醉性药物，二是大脑神经元发送了错误信号。
目前，人类对幻觉现象的了解还非常有限。关于视觉幻觉，我们只是知道，当不正常的化学物质（麻醉性药物或错误的神经传递物质）进入视神经附近的神经连接处时，视神经通道中就产生了错误信号，错误信号被输送到大脑处理视觉信息的枕叶区域后，视觉幻觉就产生了。其他感官幻觉的形成过程也差不多，只是受影响的大脑区域不同。
吸毒者产生幻觉是很普遍的现象，但对于普通人来说，很难亲身体会真正的幻觉。如果有人想体验幻觉，可以采用不睡觉的方式。美国乔治·华盛顿大学的神经学教授迈克尔·戈尔德表示：“一个人如果连续72小时不睡觉，他就会像服用了迷幻药一样产生幻觉。”