10 domande scientifiche a cui dovresti davvero sapere come rispondere

Il governo degli Stati Uniti spende circa 60 miliardi di dollari all'anno per sovvenzionare la ricerca scientifica e i programmi di laurea in scienze e ingegneria nelle università statunitensi sono così buoni da attrarre molti degli studenti migliori e più brillanti dal resto del mondo [fonte: National Science Foundation ]. Circondati da meraviglie tecnologiche, dai bancomat parlanti e dai satelliti per le telecomunicazioni ai pomodori dei supermercati geneticamente modificati per conservarne il sapore, gli americani devono essere dannatamente intelligenti quando si tratta di scienza, eh?

Bene, indovina ancora. La verità inquietante è che gli adulti statunitensi tendono a essere imbarazzanti ignoranti quando si tratta di conoscenze scientifiche di base. Un sondaggio Harris Interactive del 2009 ha rilevato che solo il 53% sapeva che ci voleva un anno prima che la Terra ruotasse attorno al sole, e solo il 59% sapeva che i primi esseri umani e dinosauri non esistevano contemporaneamente, come in "The Pietre focaie." E solo il 47 percento ha affermato correttamente - entro un intervallo di errore del 10 percento - che circa il 70 percento della superficie terrestre è coperta dall'acqua. Solo un adulto su cinque negli Stati Uniti potrebbe rispondere correttamente a tutte e tre queste domande [fonte: ScienceDaily]. Uno studio dell'Università del Michigan del 2011 ha rilevato che solo il 28% degli adulti americani aveva una conoscenza scientifica sufficiente per poter leggere la sezione dedicata alla scienza del martedì del New York Times e comprenderla. Certo, questo è un miglioramento rispetto a uno studio del 1988, quando solo il 10% degli adulti poteva dare un senso agli articoli scientifici del Times [fonte: ScienceDaily ].

Quindi, ovviamente, abbiamo molta strada da fare per ottenere qualcosa che assomigli all'alfabetizzazione scientifica universale. Ma per quelli di voi che sentono il disperato bisogno di cambiare argomento quando qualcuno menziona il bosone di Higgs , il supercalcolo massicciamente parallelo o il crescente dibattito sul fatto che i dinosauri abbiano le piume, non temere. Inizieremo facilmente, con le risposte a 10 domande scientifiche di base a cui tutti dovrebbero sapere come rispondere.

1. Perchè il cielo è blu?
2. Quanti anni ha la Terra?
3. Come funziona la selezione naturale?
4. Il sole smetterà mai di splendere?
5. Come funzionano i magneti?
6. Cosa causa un arcobaleno?
7. Qual è la teoria della relatività?
8. Perché le bolle sono rotonde?
9. Di cosa sono fatte le nuvole?
10. Perché l'acqua evapora a temperatura ambiente?

"Vedo cieli blu e nuvole bianche", canticchiava Louis Armstrong nella sua canzone del 1968 "What a Wonderful World". E probabilmente l'ha fatto, dato che la sua canzone è un inno all'ottimismo. Ricercatori europei hanno scoperto che la luce della parte blu dello spettro influenza le emozioni in modo positivo, rendendoci più reattivi agli stimoli emotivi e più adattabili alle sfide emotive [fonte: Opfocus ].

Ma divaghiamo. Il motivo per cui il cielo appare blu è dovuto a un effetto chiamato scattering . La luce del sole deve passare attraverso l'atmosfera terrestre, che è piena di gas e particelle che agiscono come i paraurti di un flipper, facendo rimbalzare la luce del sole dappertutto. Ma se hai mai tenuto un prisma tra le mani, sai che la luce solare è in realtà composta da un mucchio di colori diversi, ognuno dei quali ha lunghezze d'onda diverse. La luce blu ha una lunghezza d'onda relativamente corta, quindi attraversa il filtro più facilmente rispetto ai colori con lunghezze d'onda più lunghe e, di conseguenza, vengono dispersi più ampiamente mentre attraversano l'atmosfera. Ecco perché il cielo appare azzurro durante le parti della giornata in cui il solesembra essere in alto nel cielo (anche se in realtà è il punto del pianeta in cui ti trovi che si sta muovendo, rispetto al sole).

All'alba e al tramonto, però, i raggi del sole devono percorrere una distanza maggiore per raggiungere la tua posizione. Ciò annulla il vantaggio della lunghezza d'onda della luce blu e ci consente di vedere meglio gli altri colori, motivo per cui i tramonti appaiono spesso rossi, arancioni o gialli [fonti: NASA , ScienceDaily ].

L'età della Terra è qualcosa di cui le persone hanno discusso, a volte aspramente, per molto, molto tempo. Nel 1654, uno studioso di nome John Lightfoot, i cui calcoli erano basati sul Libro della Genesi della Bibbia, proclamò che la Terra era stata creata esattamente alle 9:00 ora mesopotamica, il 26 ottobre 4004 a.C. Alla fine del 1700, uno scienziato di nome il Il conte de Buffon ha riscaldato una piccola replica del pianeta che aveva creato e misurato la velocità con cui si è raffreddato e, sulla base di quei dati, ha stimato che la Terra avesse circa 75.000 anni. Nel 19° secolo, il fisico Lord Kelvin utilizzò diverse equazioni per impostare l'età della Terra tra 20 e 40 milioni di anni [fonte: Badash ].

Ma tutto ciò fu superato alla fine del 1800 e all'inizio del 1900 dalla scoperta della radioattività , a cui seguì presto il calcolo delle velocità con cui le varie sostanze radioattive decadono [fonte: Badash ]. Gli scienziati della Terra hanno utilizzato questa conoscenza per determinare l'età delle rocce della Terra, nonché campioni di meteoriti e rocce riportati dalla luna dagli astronauti . Ad esempio, hanno esaminato lo stato di decadimento degli isotopi di piombo dalle rocce e quindi lo hanno confrontato con una scala basata su calcoli di come gli isotopi di piombo cambierebbero nel tempo. Da ciò, sono stati in grado di determinare che la Terra si è formata circa 4,54 miliardi di anni fa con un'incertezza inferiore all'1% [fonte:Indagine geologica degli Stati Uniti ].

Come l'età della Terra, la teoria dell'evoluzione - sviluppata per la prima volta dal biologo Charles Darwin a metà del 1800 - è un altro argomento su cui le persone tendono ad agitarsi. Se hai mai visto il film classico "Inherit the Wind", probabilmente conosci già il famigerato processo delle scimmie di Scopes del 1925. Il famoso avvocato Clarence Darrow ha discusso senza successo a nome di un insegnante di biologia delle superiori di nome John Scopes, che è stato accusato di violando uno statuto del Tennessee che vietava a chiunque di insegnare che gli esseri umani discendevano da "un ordine inferiore di animali" e decretava che la storia biblica della creazione fosse l'unica spiegazione accettabile [fonte: Linder]. Negli ultimi anni sono stati gli antievoluzionisti che si sono battuti in tribunale e nelle legislature per richiedere che i bambini imparino la "scienza della creazione" a scuola, oltre alla teoria evolutiva [fonte: Raffaele ].

E se c'è un'idea che infastidisce particolarmente gli antievoluzionisti, è il concetto centrale di Darwin, che si chiama selezione naturale . Non è davvero un'idea difficile da capire. In natura, le mutazioni, cioè un cambiamento permanente nel modello genetico degli organismi, che può far sì che sviluppino caratteristiche diverse dai loro antenati, si verificano in modo casuale. Ma l'evoluzione, il processo a lungo termine mediante il quale animali e piante cambiano nel corso di più generazioni, non dipende dal caso. Invece, i cambiamenti negli organismi tendono a diventare più comuni nel tempo se il cambiamento aiuta l'organismo a sopravvivere e riprodursi meglio.

Ad esempio, immagina che alcuni coleotteri siano verdi, ma poi, una mutazione fa sì che alcuni coleotteri siano marroni, invece. I coleotteri marroni si fondono meglio con l'ambiente circostante rispetto ai coleotteri verdi, quindi non molti di loro vengono mangiati dagli uccelli. Invece, molti di loro sopravviveranno e si riprodurranno e potrebbero trasmettere il cambiamento genetico che renderà la loro prole marrone. Nel corso del tempo, la popolazione dei coleotteri passerà gradualmente al colore marrone. Questa, ovviamente, è la versione semplice. In pratica, la selezione naturale si basa su medie, non su individui specifici, e non è un processo così regolare e ordinato [fonte: UC Berkeley ].

Questa domanda ci ricorda un'altra canzone pop, il singolo di Skeeter Davis del 1962 "The End of the World", in cui la cantante si chiede perché il sole continua a splendere dopo che il suo ragazzo l'ha scaricata. La presunzione del testo è che la realtà intorno a noi - che sia il sole splendente o il canto degli uccelli sugli alberi - è più duratura dei nostri piccoli sentimenti fragili. In verità, però, la nostra ragazza innamorata ha avuto la sfortuna di nascere troppo presto - di circa 5,5 miliardi di anni, dai o prendi alcuni. Questo è il punto in cui il sole, che come qualsiasi altra stella è un gigantesco reattore a fusione, esaurirà l'idrogeno nel suo nucleo che brucia come combustibile per creare luce solare e inizierà a bruciare l'idrogeno negli strati circostanti.

Quello sarà l'inizio della spirale della morte del sole, in cui il suo nucleo si ridurrà e i suoi strati esterni si espanderanno in modo massiccio, trasformandolo in una gigante rossa. In un'ultima esplosione, il sole arrostirà il sistema solare con un'ondata di calore che trasformerà temporaneamente anche la zona solitamente gelida di Plutone e della cintura di Kuiper (oltre Nettuno) in una sauna celeste. È probabile che i pianeti interni, inclusa la Terra, vengano risucchiati dal gigante morente, oppure trasformati in cenere [fonte: Overbye ].

Tra i lati positivi, a meno che gli umani non riescano a colonizzare i sistemi solari di altre stelle, nessuno sarà in giro per vivere questo inferno finale. Il sole, che è circa a metà della sua durata prevista, si sta già riscaldando gradualmente e tra un miliardo di anni si prevede che sarà circa il 10 percento più luminoso di adesso. Quell'aumento della radiazione solare sarà sufficiente per far evaporare gli oceani del nostro pianeta, lasciandoci senza l' acqua da cui la nostra specie dipende per la sopravvivenza [fonte: Overbye ].

" Magneti [soffocanti].: Come funzionano?" Questa è la domanda che i rapper Insane Clown Posse hanno posto nel loro singolo "Miracles" qualche anno fa, che ha portato quegli snarkmeister al "Saturday Night Live" a ridicolizzarli senza pietà. E questo è stato un peccato, perché è un cosa perfettamente ragionevole su cui riflettere. Un magnete è qualsiasi oggetto o materiale che ha un campo magnetico, cioè un gruppo di elettroni che scorre tutt'intorno nella stessa direzione. Ora, gli elettroni, come i rapper di Detroit che indossano maschere da clown, imprecare molto e bere Faygo Cola -- come allacciarsi in coppia, e il ferro ha molti elettroni spaiati che sono tutti desiderosi di entrare nell'azione. Quindi, oggetti che sono di ferro solido o contengono molto ferro loro - i chiodi, per esempio - verranno attirati verso un magnete sufficientemente potente.Le sostanze e gli oggetti attratti dai magneti sono detti ferromagnetici [fonte:Università dell'Illinois ].

Gli esseri umani conoscono il fenomeno del magnetismo da molto, molto tempo. Esistono magneti naturali, come la calamita, ma i viaggiatori medievali hanno scoperto come strofinare gli aghi di acciaio della bussola contro quelle pietre in modo che raccolgano elettroni e si magnetizzino, il che significa che hanno sviluppato i propri campi magnetici. Quei magneti non erano particolarmente durevoli, ma nel 20° secolo i ricercatori hanno sviluppato nuovi materiali e dispositivi di ricarica che hanno permesso loro di realizzare magneti permanenti più potenti [fonte: Stupak ]. Puoi effettivamente creare un tipo di magnete, chiamato elettromagnete, da un pezzo di ferro avvolgendo un filo elettrico attorno ad esso e quindi collegando le estremità ai poli di una di quelle grandi batterie con le clip in cima [fonte:Università dell'Illinois ].

C'è qualcosa in questo fenomeno atmosferico che ha ispirato soggezione nelle persone fin dai tempi antichi. Nel Libro della Genesi, Dio mise un arcobaleno nel cielo dopo il Diluvio Universale e disse a Noè che era un segno di "un segno dell'alleanza tra me e la Terra" [fonte: Biblos ]. Gli antichi greci andarono oltre e decisero che l'arcobaleno era in realtà una dea, che chiamarono Iris. Ma l'hanno resa una figura minacciosa - la portatrice delle notizie degli dei dell'Olimpo sulla guerra e la retribuzione [fonte: Lee and Fraser , pg viii]. E nel corso dei secoli, grandi menti che vanno da Aristotele a Rene Descartes hanno cercato di capire quale processo ha creato la sorprendente gamma di colori degli arcobaleni [fonte: Broughton e Carriero ].

Da allora, però, gli scienziati l'hanno inchiodato abbastanza bene. Fondamentalmente, gli arcobaleni sono causati dalle goccioline d'acqua che rimangono sospese nell'atmosfera dopo un temporale. Le goccioline hanno una densità diversa rispetto all'aria circostante, quindi quando la luce solare le colpisce, le goccioline agiscono come minuscoli prismi, piegando la luce per suddividerla nelle lunghezze d'onda che le compongono e poi riflettendole verso di noi. Che a sua volta crea l'arco con bande di colori dello spettro visibile che vediamo. Poiché le goccioline devono riflettere la luce su di noi, per vedere un arcobaleno, dobbiamo stare con le spalle al sole. Abbiamo anche bisogno di guardare in alto da terra con un angolo di circa 40 gradi, che è l'angolo di deviazione dell'arcobaleno, cioè l'angolo in cui piega la luce solare. È interessante notare che se tu'Aula di Fisica ].

Quando qualcuno si riferisce alla "teoria della relatività", ciò che realmente intendono sono due teorie, la relatività speciale e la relatività generale, che furono ideate dal fisico teorico Albert Einstein all'inizio del 1900 [fonte: nobelprize.org ]. Ma qualunque cosa tu chiami il corpus di opere di Einstein, è senza dubbio sconcertante per la maggior parte dei non scienziati. Einstein ha pensato a un modo intelligente per spiegarlo: "Quando un uomo si siede con una bella ragazza per un'ora, sembra un minuto. Ma lascialo sedere su una stufa calda per un minuto ed è più di un'ora qualsiasi. Questa è relatività. " [fonte: Mirsky ].

E questo in realtà riassume abbastanza bene, anche se i dettagli sono un po' più complessi. Prima di Einstein, tutti credevano praticamente che lo spazio e il tempo fossero qualità fisse, che non cambiavano mai, perché è così che ci guardano dal nostro punto di vista sulla Terra. Ma Einstein usò la matematica per dimostrare che la visione assoluta delle cose era un'illusione. Invece, ha spiegato, sia lo spazio che il tempo possono subire alterazioni: lo spazio può contrarsi, espandersi o curvarsi e anche la velocità con cui passa il tempo può spostarsi, se un oggetto è soggetto a un forte campo gravitazionale o si muove molto rapidamente .

Inoltre, come appaiono lo spazio e il tempo può dipendere dal punto di vista di una persona che li osserva. Immagina, ad esempio, di guardare una sveglia che ticchetta vecchio stile con le lancette per leggere l'ora. Ora, immagina di mettere quell'orologio in orbita attorno alla Terra, in modo che si muova molto velocemente, rispetto alla tua posizione sulla superficie. Se potessi ancora vedere le lancette dell'orologio, ti sembrerebbero più piccole di quanto farebbero sulla Terra e il battito dell'orologio sarebbe più lento [fonte: Cornell University ].

L'orologio si muove più lentamente a causa di un fenomeno chiamato "dilatazione del tempo". Lo spazio e il tempo sono in realtà un'unica cosa, chiamata spazio-tempo, che può essere distorta dalla gravità e dall'accelerazione. Quindi, se un oggetto si muove molto velocemente, o ha una gravità davvero potente che agisce su di esso, il tempo per quell'oggetto rallenterà, rispetto a un oggetto che non è soggetto alle stesse forze. È possibile, utilizzando calcoli matematici, prevedere quanto tempo rallenterà per un oggetto in rapido movimento.

Probabilmente suona abbastanza strano. Ma sappiamo che in realtà è vero. Il GPS, i cui satelliti dipendono dalla misurazione precisa del tempo per fornire le posizioni della mappa sulla Terra, ne è una prova. I satelliti sfrecciano intorno al pianeta a circa 8.700 miglia (14.000 chilometri) all'ora e se gli ingegneri non regolassero i loro orologi per compensare la relatività, entro un giorno, le mappe di Google sui nostri smartphone ci darebbero posizioni che erano di 6 miglia (9,86 chilometri) al largo [fonte: OSU Astronomy ].

Bene, in realtà, le bolle non sono sempre perfettamente rotonde per tutto il tempo, come probabilmente avrai notato se hai mai usato uno di quegli oggetti giocattolo per soffiare bolle di sapone. Ma le bolle vogliono essere sferiche e se ne soffi una che inizialmente è più a forma di sigaro, fatica a rimodellare se stessa. Questo perché le bolle sono fondamentalmente strati sottili di liquido le cui molecole si uniscono perché sono attratte l'una dall'altra, un fenomeno chiamato coesione [fonte: USGS ]. Questo crea quella che pensiamo come tensione superficiale, ovvero una barriera che resiste agli oggetti che cercano di attraversarla [fonte: USGS]. All'interno dello strato, le molecole d'aria che sono intrappolate non possono uscire, anche se stanno spingendo contro l'acqua. Ma questa non è l'unica forza che agisce su quello strato. All'esterno, più aria spinge verso l'interno verso di loro. Il modo più efficiente per lo strato liquido di resistere a queste forze è assumere la forma più compatta, che sembra essere una sfera, in termini di rapporto tra volume e superficie [fonte: Popular Science ].

È interessante notare che gli scienziati hanno escogitato modi per creare bolle che non sono rotonde, in modo da poter studiare la geometria delle superfici. Sono in grado di creare bolle cubiche e persino rettangolari, sospendendo un sottile strato di liquido su un telaio metallico che viene modellato nella forma desiderata [fonte: NEWTON ].

Si spera che questo non deluderà troppo i fan di Joni Mitchell, ma le nuvole non sono in realtà fiocchi di capelli d'angelo e castelli di gelato nell'aria. Una nuvola è una massa visibile di goccioline d'acqua, o cristalli di ghiaccio, o una miscela di entrambi sospesa sopra la superficie terrestre. Le nuvole si formano quando l'aria calda e umida sale. Man mano che sale più in alto e raggiunge uno spazio più fresco, anche l'aria calda e umida si raffredda e il vapore acqueo si condensa di nuovo in minuscole goccioline d'acqua e/o cristalli di ghiaccio, a seconda di quanto fanno freddo. Quelle goccioline e cristalli rimangono ammassati insieme a causa del principio di coesione, di cui abbiamo discusso in precedenza. Il risultato è una nuvola [fonte: Britannica]. Alcune nuvole sono più spesse di altre perché hanno una maggiore densità di goccioline d'acqua.

Le nuvole sono una parte fondamentale del ciclo idrologico del nostro pianeta, in cui l'acqua si muove continuamente tra la superficie e l'atmosfera e cambia stato da liquido a vapore a liquido e talvolta anche solido. Se non fosse per quel ciclo, probabilmente non ci sarebbe vita sul nostro pianeta [fonte: NASA ].

Nel 1803, un meteorologo di nome Luke Howard inventò quattro principali classificazioni delle nubi, i cui nomi erano basati su parole latine. Cumulus , che è la parola latina per "mucchio", descrive quelle nuvole ammucchiate e grumose che vediamo spesso nel cielo. Cirrus , che significa "capelli", è il termine per le nuvole di alto livello che sembrano sottili, come ciocche di capelli. Le nuvole piatte e prive di caratteristiche che formano fogli sono chiamate stratus , che è la parola latina per "strato". Infine, ci sono nuvole nimbus (il nome in realtà è latino per "nuvola precipitante") sono nuvole di pioggia basse e grigie [fonte: NASA ].!

A noi umani piace pensare alla realtà come a un luogo piacevole e stabile, dove varie cose rimangono nello stesso posto a meno che non vogliamo che vadano da qualche altra parte. Ma continua a sognare. In realtà, se guardi l' acqua a livello molecolare, si comporta come un branco di cuccioli che si accalcano in una cuccia, con le molecole che si urtano a vicenda e si spingono per posizione. Quando c'è molto vapore acqueo nell'aria, le molecole vengono urtate contro una superficie e si attaccano ad essa, motivo per cui si forma condensa all'esterno di una bevanda fredda in una giornata umida.

Al contrario, quando l'aria è più secca, le molecole d'acqua nella tua tazza d'acqua possono essere urtate nell'aria e attaccarsi ad altre molecole che galleggiano intorno. Questo processo è chiamato evaporazione. Se l'aria è abbastanza secca, più molecole salteranno dalla tua tazza nell'aria di quante non si attaccheranno dall'aria all'acqua. Nel tempo, l'acqua continuerà a perdere molecole nell'aria e alla fine ti ritroverai con una tazza vuota [fonte: NEWTON ].

La capacità delle molecole di un liquido di essere spinte nell'aria e di attaccarsi ad essa è chiamata pressione di vapore, perché le molecole che saltano esercitano una forza, proprio come farebbe un gas o un solido che preme contro qualcosa. Liquidi diversi hanno pressioni di vapore diverse. Un liquido come l'acetone - solvente per unghie - ha una pressione di vapore molto elevata, il che significa che evapora facilmente e va nell'aria. L'olio d'oliva, al contrario, ha una pressione di vapore molto bassa, quindi è improbabile che evapori molto a temperatura ambiente [fonte: NEWTON ].

Nota dell'autore: 10 domande scientifiche a cui dovresti davvero sapere come rispondere

Sono stato affascinato dalla scienza e dalla tecnologia sin da quando avevo 8 anni, quando ho raccontato con entusiasmo una serie chiamata How and Why Wonder Books, che trattava argomenti che vanno dalla fisica nucleare ai dinosauri. Ho anche provato a replicare gli esperimenti descritti nei libri e ho chiesto ai miei genitori di fornirmi batterie, cavi, fogli di alluminio e altre cose di cui avevo bisogno. Avrei potuto anche intraprendere una carriera in qualche campo scientifico, tranne per il fatto che al liceo mi sono reso conto che non mi piaceva la matematica e che ero più bravo a spiegare esperimenti e studi ad altre persone che a svolgere il lavoro da solo. Oggi, oltre a scrivere per , sono anche blogger per il sito web di Science Channel.

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