自1991年開始,哈佛大學的桑德斯劇場每年都有這麼一個科學界的頒獎典禮——搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)。
哈佛的「搞笑諾貝爾獎」頒獎現場確實會有不少科研大咖、諾獎得主到場,但場面並不嚴肅,一些奇奇怪怪的場景每年都在上演。
比如,畫風清奇,漫長亂飛的紙飛機。
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又或者一群獲獎者牽著繩子一起上臺;
領個獎順便把啤酒瓶往腦袋上一拍;
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還有現場玩起了呼啦圈大賽,原來科學家玩起呼啦圈還沒隔壁家小孩厲害。
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每年的「搞笑諾貝爾獎」頒獎現場都可以用「群魔亂舞」來形容,就連他們的研究主題都如同頒獎現場一般「不走尋常路」,獲得搞笑諾獎的大多都是思路清奇,研究方向很有意思的,比如:為什麼義大利麵只能折成三四五六七八段,而不是兩段?
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啄木鳥每天啄樹不會頭痛嗎?
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再比如,酒吧打架時,用空的啤酒瓶和滿的哪個打人會更痛?
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以上令人迷惑的「獲獎」研究,都出自小編今天想推薦的紀錄片:《趣味科學》(The Funny Side of Science),不妨帶孩子一起看看來自桑德斯的搞笑諾貝爾獎頒獎禮,以及這些獲獎科學研究背後的故事,看看這些腦洞大開的科學家們,是如何從日常生活中發現有趣的問題。
更重要的是,孩子能學到科學家解決問題的思路:發現——假設——實驗——驗證——應用,看似無用的研究背後,其實都蘊含著研究科學的本質,而這些都可以讓孩子引發科學方面的啟迪。
01
#為什麼意面不能折成兩段?
搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)中的Ig其實是ignoble(不光鮮的)的意思,這些研究都具備「奇葩」屬性,顧名思義,這是一個「諷刺性」的獎項,既是對諾貝爾獎(Nobel Prize)的模仿,但ignoble(不光鮮的)同樣也有諷刺意味,看起來「不正經」的研究也能在實際應用中發揮大用處。
這些研究主題都有一個共同點:初見時覺得好玩,一周後你還是念念不忘,腦子裡只想著把它們分享給好朋友,笑過之後還會陷入思考。
其中最有名的一個研究就是「義大利麵研究」,這也是物理學上一個久遠的難題:為什麼生的意面在折斷時會崩解成多段,但就是不能折成兩段?
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我不信邪地買了一袋,還真是根根如此,背後到底是什麼原理呢?
為了研究這個問題,科學家們決定最先從問題本源製作工藝上入手:意面的生產。
但意面的製作和大多數麵條的製作方法是一樣的:小麥粉加水——捏成麵團——用機器擠壓成條狀——在熱風隧道的架子上烘乾。
工藝沒問題,難道是因為意面的內部結構嗎?
研究者把意面放到1000倍的顯微鏡下,發現麵條表面有疏密不同的孔,這也許就是麵條第一處斷裂的原因。但為什麼就是不能折成兩段呢?
苦思冥想之下,科學家們決定採用是 實踐出真知(最「笨」)的做法:沒日沒夜地折意面......,但大量的實驗無一例外,麵條就沒有能折成兩段的。
但皇天不負有心人,沒想到折著折著,靈感就這麼來了。
科學家們開始猜想斷裂是否同時發生,有沒有可能第一次斷裂時的作用力,以某種方式被傳遞了下去,才引發了後續的斷裂?
為了驗證這種猜想,科學家安裝了一臺高速攝像機,專門記錄麵條斷裂的過程。
在每秒千幀的慢速回放中,他們發現了一股被不斷傳遞的波,當鬆開麵條的瞬間,麵條在一股波的傳遞下彎曲。當彎曲發生到一定程度後,麵條開始斷裂。
當然波的傳遞是遞減的,這就是為什麼,無論我們怎麼折,都很難看到一根意面有十處以上的斷裂。
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當然,光是有經驗和觀察還不夠。科學家們又為這種物理現象建模,試圖用方程來解釋意面被折斷這一運動行為。
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六個月後,意面為什麼無法折成兩段的研究被發表在了知名期刊《物理評論快報》上,被「搞笑諾貝爾獎」主辦方關注到,也就有了後面的事兒。
說了這麼多,那這一發現的應用方向在哪?
對此科學家淡定的表示,這只是一項基礎研究,在工程乃至醫學領域的應用還需要很長一段時間。
不過其實不用這麼長的時間,在生活中這一原理其實已經有了很多應用。
比如:撐杆跳用的撐杆。撐杆跳的技巧就是盡力壓彎杆,然後往高處跳,所以對於製作杆的材料要求較高,因為它極大影響了彎曲和回彈能力。稍有不慎,就可能會出現失誤。
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再比如,還有很多人沒有注意到的:生活中常見的大橋、建築、甚至於核反應堆中調節原子速變率的控制棒......,生活中處處都是「義大利麵」。
不可否認,不起眼的東西也可能蘊藏著大學問,基礎科學是推動社會不斷向前的動力。
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「意面研究」生動地向孩子上了一課:如何在日常生活中發現問題,然後提出假設,不斷驗證,最終得出答案。這種科學思維對孩子來說並不難理解,也非常適合運用到學習中。
02
#啄木鳥啄木頭,腦袋會不會振壞?
小研究有大學問,因此其實搞笑諾貝爾獎一點也不搞笑,裡面都是大學問。另一個典型的研究,啄木鳥為什麼沒有偏頭痛?科研究者伊萬·施瓦布當時戴著啄木鳥頭飾上臺領的獎。
施瓦布是一名鳥類學家,因此他對啄木鳥的行為很感興趣,一隻啄木鳥平均每秒啄樹20下,一天可達12000次,相當於以14公裡時速將一個人的臉砸到牆上。
那麼問題來了:啄木鳥小小的腦袋承受得起這樣的衝擊嗎?它不會頭痛嗎?它的眼珠為什麼沒有從眼窩飛出?
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一個不需要科學研究就可以得出的結論,大部分動物都有生存本能,啄木鳥肯定不傻,出於本能也一定不會做讓自己痛苦的事。
但這還不足以滿足科學家的好奇心,科學家需要的是科學解釋。
於是,施瓦布用高速攝影機記錄了啄木鳥啄樹的畫面,慢放時發現了有趣的事實:當啄木鳥快速啄樹幹時,它的第三眼瞼會將眼珠包圍、固定起來,就像車上的安全帶。
眼睛如此,大腦其實也是如此,通過對啄木鳥大腦構造的解析,科學家發現了啄木鳥不會得腦震蕩的原因:在敲擊樹木時,腦部有兩條環繞整個頭骨的骨頭,能起到緩衝作用。
而由於啄木鳥下頜密度遠大於頭部上方,衝擊力最終會作用於啄木鳥的下頜,從鳥啄向下傳遞到脖子以及肩膀的肌肉裡。
最後,啄木鳥的大腦非常非常小,把它放在人類大腦就像圖片這麼大,體積小的大腦往往更為堅固,衝擊力會被最大程度的分散到大腦以外,所以啄木鳥敲擊樹幹時就不怕大腦受震蕩了。
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說到這,你估計也想到了這項看似無釐頭的研究有什麼用。
就是做頭盔!
騎行頭盔以及工地頭盔的防震機理和啄木鳥頭骨構造部分相同,據說目前全世界最好的頭盔和安全帽,乃至一些軍用頭盔,也有效仿啄木鳥的頭部結構,此求實現更好的減震效果。
當然,施瓦布研究啄木鳥的腦震蕩問題僅僅是因為他的興趣,發現改進頭盔的方法那只是不經意間的......
開始時,我們都在嘲笑研究鳥類腦震蕩的人,最後卻不得不欽佩他們的科學洞察力。
03
#搞笑諾貝爾獎並不搞笑
自1991年這個獎項成立以來,每次宣布一位搞笑諾貝爾獎得主,就會有一位真的諾貝爾獎得主上臺頒獎。,趣味科學和嚴肅科學其實並無高下、優劣之分。
但兩者的關係遠不止於此。
2010年的諾貝爾物理學獎得主,安德烈·蓋姆,10年前曾因讓磁場中的青蛙「升空」獲得搞笑諾貝爾獎。
當時這張青蛙的照片還在網絡瘋傳,被視為搞笑諾獎的標誌。
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2005年,荷蘭的巴爾特·克諾爾斯及其所在的倡導和平使用能源的國際原子能機構獲得了諾貝爾和平獎。一年後,他的新研究涉及一種危害人類數萬年的疾病——瘧疾,每年都有70萬-120萬人因感染瘧疾而去世,其中大部分都是非洲的孩子。
而背後的罪魁禍首,就是岡比安蚊,世界上最致命的瘧疾傳播媒介之一。
更令人感動的是,為了找出人體的哪個部位最吸引這種致命蚊子,克諾爾斯自己做起了小白鼠為科學「獻身」:他待在一間有許多岡比安蚊(無瘧疾)的房間,讓研究者們觀察蚊子們的軌跡。
研究發現,岡比安蚊最鍾愛腳的氣味,尤其是強烈的腳味。結合此前研究團隊在一篇文章上讀到過,奶酪的味道聞起來像腳。
他們不禁猜想,奶酪和腳之間一定有什麼關係。
果然,研究發現,用來浸泡奶酪的細菌,能讓奶酪發出特殊氣味,而這些細菌和人腳上的細菌非常相似。
為了證明這個結論,緊接著克諾爾斯和團隊又做了一個實驗:在蚊子籠裡放兩張紙,其中一張塗上林堡乾酪(一種氣味像人腳、奇臭無比的奶酪),另一張不塗。
果然,在沒有其他差別的情況下,蚊子果然聚集到了塗了奶酪的紙上。
所以,這項研究到底是怎麼應用的呢?
捕蚊器!
當蚊子聞到奶酪陷阱的味道時,就會「忘掉」人類的腳了。
△ 圖為試驗捕蚊器
在後來接受採訪時,克諾爾斯表示,研究臭奶酪能否有效減少瘧疾,實在是太有趣的事兒,他非常榮幸成為諾貝爾和平獎的一小份子,不過,他最終為獲得搞笑諾貝爾獎而驕傲,因為它是頒給思維創新者的。
說到底,趣味科學和嚴肅科學都是不分家的,區別在於前者不畏世俗,勇於提出科學界想不到或不願提的新問題。
在搞笑諾貝爾獎成立之前,還有哪些「搞笑」研究發現引發的科學進步:
17世紀80年代的牛頓,解釋了「物體為什麼往下落」這樣的「愚蠢」問題;
19世紀的達爾文,解釋了每個人類家族裡總有奇怪的親戚,其中一些便是猴子;
同是19世紀的孟德爾,解釋了豌豆是如何將自身性狀傳給下一代豌豆的。
正如獎項創始人馬克·亞伯拉罕所說,從科學研究到日常生活,接觸新事物時,大家的第一反應往往是感到不安或好笑,這是人之本性。
但引人發笑也是需要勇氣的,這也是搞笑諾貝爾獎得主們最不缺的東西。
不正經的研究背後其實透露的是科學的真諦,如果把「不正經」的研究比作是一場遊戲,科學家們經常會輸,但偶爾能贏下。當你贏了的那一刻,科學便前進了一步,社會也往前邁進了一大步。
在這個舞臺上,令人敬重的諾貝爾獎得主們扮起了小丑,為探索未知而狂歡。
或許這就是科學家們的熱血,也是居裡夫婦共同獲得諾貝爾物理獎時的浪漫。
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