En voyant ces cieux bleus, le soleil éclatant et l'arc-en-ciel pourraient vous faire penser à tout un tas de questions scientifiques auxquelles vous ne pouvez pas répondre pour le moment. Lisez la suite pour les solutions. iStockphoto/Thinkstock Le gouvernement américain dépense environ 60 milliards de dollars par an pour subventionner la recherche scientifique, et les programmes d'études supérieures en sciences et en ingénierie des universités américaines sont si bons qu'ils attirent bon nombre des étudiants les meilleurs et les plus brillants du reste du monde [source :National Science Foundation]. Entouré de merveilles technologiques, des guichets automatiques parlants et des satellites de télécommunications aux tomates de supermarché qui sont génétiquement modifiées pour conserver leur saveur, Les Américains doivent être sacrément intelligents quand il s'agit de science, hein?
Bien, devine encore. La vérité troublante est que les adultes américains ont tendance à être d'une ignorance embarrassante en ce qui concerne les connaissances scientifiques de base. Une enquête Harris Interactive de 2009 a révélé que seulement 53% savaient qu'il fallait un an à la Terre pour tourner autour du soleil, et seulement 59% savaient que les premiers humains et dinosaures n'existaient pas en même temps, comme ils l'ont fait dans "The Flintstones". Et seulement 47% ont correctement déclaré - dans une fourchette d'erreur de 10% - qu'environ 70% de la surface de la Terre est recouverte d'eau. Seul un adulte américain sur cinq pourrait répondre correctement à ces trois questions [source :ScienceDaily]. Une étude de 2011 de l'Université du Michigan a révélé que seulement 28 % des adultes américains avaient suffisamment de connaissances scientifiques pour pouvoir lire la section Tuesday Science du New York Times et la comprendre. Certes, c'est une amélioration par rapport à une étude de 1988, alors que seulement 10 pour cent des adultes pouvaient donner un sens aux articles scientifiques du Times [source :ScienceDaily].
Alors évidemment, nous avons encore beaucoup de chemin à parcourir pour atteindre quelque chose qui ressemble à une alphabétisation scientifique universelle. Mais pour ceux d'entre vous qui ressentent le besoin désespéré de changer de sujet lorsque quelqu'un mentionne le boson de Higgs, la superinformatique massivement parallèle ou l'escalade du débat sur la question de savoir si les dinosaures avaient des plumes, ne crains pas. Nous allons commencer facilement, avec les réponses à 10 questions scientifiques vraiment fondamentales auxquelles tout le monde devrait savoir répondre.
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Chantez-le avec Armstrong :« Je vois des cieux bleus… » Goodshot/Thinkstock "Je vois des cieux bleus et des nuages blancs, " Louis Armstrong chantonnait dans sa chanson de 1968 " What a Wonderful World. " Et il l'a probablement fait, étant donné que sa chanson est une ode à l'optimisme. Des chercheurs européens ont découvert que la lumière de la partie bleue du spectre influence les émotions de manière positive, nous rendant plus réactifs aux stimuli émotionnels et plus adaptables aux défis émotionnels [source :Opfocus].
Mais on s'éloigne. La raison pour laquelle le ciel apparaît bleu est à cause d'un effet appelé diffusion . La lumière du soleil doit traverser l'atmosphère terrestre, qui est rempli de gaz et de particules qui agissent comme les pare-chocs d'un flipper, la lumière du soleil rebondissant partout. Mais si vous avez déjà tenu un prisme dans vos mains, vous savez que la lumière du soleil est en fait composée d'un tas de couleurs différentes, qui ont toutes des longueurs d'onde différentes. La lumière bleue a une longueur d'onde relativement courte, il passe donc plus facilement à travers le filtre que les couleurs avec des longueurs d'onde plus longues, et par conséquent sont dispersés plus largement lorsqu'ils traversent l'atmosphère. C'est pourquoi le ciel semble bleu pendant les parties de la journée où le soleil semble être haut dans le ciel (bien que ce soit en fait l'endroit de la planète où vous vous trouvez qui bouge, par rapport au soleil).
Au lever et au coucher du soleil, bien que, les rayons du soleil doivent parcourir une plus longue distance pour atteindre votre position. Cela annule l'avantage de longueur d'onde de la lumière bleue et nous permet de mieux voir les autres couleurs, c'est pourquoi les couchers de soleil apparaissent souvent rouges, orange ou jaune [sources :NASA, ScienceDaily].
Malheureusement, il y a beaucoup de débris spatiaux autour de la planète Terre. Maciej Frolow/Photodisc/Getty Images L'âge de la Terre est quelque chose dont les gens se sont disputés, parfois amèrement, pour un long, Longtemps. En 1654, un érudit nommé John Lightfoot, dont les calculs étaient basés sur le livre de la Genèse de la Bible, proclamé que la Terre avait été créée précisément à 9 heures du matin, heure mésopotamienne, le 26 octobre, 4004 avant notre ère A la fin des années 1700, un scientifique nommé le comte de Buffon a réchauffé une petite réplique de la planète qu'il avait créée et a mesuré la vitesse à laquelle elle se refroidissait, et sur la base de ces données, a estimé que la Terre était d'environ 75, 000 ans. Dans le 19ème siècle, le physicien Lord Kelvin a utilisé différentes équations pour fixer l'âge de la Terre à 20 à 40 millions d'années [source :Badash].
Mais tout cela a été éclipsé à la fin des années 1800 et au début des années 1900 par la découverte de la radioactivité, qui fut bientôt suivi par le calcul des taux de désintégration de diverses substances radioactives [source :Badash]. Les scientifiques de la Terre ont utilisé ces connaissances pour déterminer l'âge des roches terrestres, ainsi que des échantillons de météorites et de roches ramenés de la lune par les astronautes. Par exemple, ils ont examiné l'état de désintégration des isotopes du plomb des roches, puis comparé cela à une échelle basée sur des calculs de la façon dont les isotopes du plomb changeraient au fil du temps. À partir de ce, ils ont pu déterminer que la Terre s'est formée il y a environ 4,54 milliards d'années avec une incertitude de moins de 1 % [source :U.S. Geological Survey].
Un requin corne camouflé au fond de la mer; la sélection naturelle est-elle responsable de ses couleurs ? Gérard Soury/Oxford Scientific/Getty Images Comme l'âge de la Terre, la théorie de l'évolution - développée pour la première fois par le biologiste Charles Darwin au milieu des années 1800 - est un autre sujet sur lequel les gens ont tendance à s'énerver. Si vous avez déjà vu le film classique "Hériter du vent, " vous connaissez probablement déjà le tristement célèbre procès Scopes Monkey de 1925. Le célèbre avocat Clarence Darrow a plaidé sans succès au nom d'un professeur de biologie du secondaire nommé John Scopes, qui a été accusé d'avoir violé une loi du Tennessee qui interdisait à quiconque d'enseigner que les humains descendaient « d'un ordre inférieur d'animaux, " et a décrété que l'histoire biblique de la création était la seule explication acceptable [source :Linder]. Ces dernières années, ce sont des anti-évolutionnistes qui se sont battus devant les tribunaux et les législatures pour exiger que les enfants apprennent la "science de la création" à l'école, en plus de la théorie de l'évolution [source :Raffaele].
Et s'il y a une idée qui dérange particulièrement les anti-évolutionnaires, c'est le concept central de Darwin, ce qu'on appelle la sélection naturelle. Ce n'est vraiment pas une idée difficile à comprendre. Dans la nature, mutations, c'est-à-dire une modification permanente du schéma génétique des organismes, ce qui peut les amener à développer des caractéristiques différentes de leurs ancêtres - se produisent de manière aléatoire. Mais l'évolution, le processus à long terme par lequel les animaux et les plantes changent sur plusieurs générations, n'est pas le fruit du hasard. Au lieu, les changements dans les organismes ont tendance à devenir plus fréquents au fil du temps si le changement aide l'organisme à mieux survivre et se reproduire.
Par exemple, imaginez que certains coléoptères sont verts, mais alors, une mutation fait brunir certains coléoptères, au lieu. Les coléoptères bruns se fondent mieux dans leur environnement que les coléoptères verts, donc pas autant d'entre eux sont mangés par les oiseaux. Au lieu, plus d'entre eux survivront et se reproduiront, et peuvent transmettre le changement génétique qui fera brunir leur progéniture. Heures supplémentaires, la population de coléoptères passera progressivement à une couleur brune. Cette, bien sûr, est la version simple. En pratique, la sélection naturelle est basée sur des moyennes, pas des individus spécifiques, et ce n'est pas tout à fait aussi fluide et ordonné d'un processus [source :UC Berkeley].
Est-ce à quoi ressemblera le soleil dans ses dernières années ? Comstock/Thinkstock Cette question nous rappelle une autre chanson pop, Le single "The End of the World" de Skeeter Davis en 1962, " dans lequel la chanteuse se demande pourquoi le soleil continue de briller après que son petit ami l'ait apparemment larguée. La vanité des paroles est que la réalité autour de nous - que ce soit le soleil qui brille ou les oiseaux qui chantent dans les arbres - est plus durable que nos fragiles petits sentiments. En vérité, bien que, notre fille amoureuse a eu le malheur de naître trop tôt - d'environ 5,5 milliards d'années, donner ou prendre quelques-uns. C'est le point où le soleil, qui comme toute autre étoile est un gigantesque réacteur à fusion, manquera de l'hydrogène dans son noyau qu'il brûle comme carburant pour créer du soleil et commencera à brûler l'hydrogène dans ses couches environnantes.
Ce sera le début de la spirale de la mort du soleil, dans lequel son noyau se rétrécira et ses couches externes se dilateront massivement, le transformer en une géante rouge. Dans une dernière rafale, le soleil grillera le système solaire avec une explosion de chaleur qui transformera temporairement même les environs généralement glacials de Pluton et de la ceinture de Kuiper (au-delà de Neptune) en un sauna céleste. Il est probable que les planètes intérieures, y compris la Terre, sera soit aspiré dans le géant mourant, ou bien transformés en cendres [source :Overbye].
Du coté positif, à moins que les humains ne parviennent à coloniser les systèmes solaires d'autres étoiles, personne ne sera là pour vivre cet enfer final. Le soleil, qui est environ à mi-chemin de sa durée de vie prévue, se réchauffe déjà progressivement, et dans un milliard d'années, il devrait être environ 10 pour cent plus lumineux qu'il ne l'est maintenant. Cette augmentation du rayonnement solaire suffira à faire bouillir les océans de notre planète, nous laissant sans l'eau dont notre espèce dépend pour sa survie [source :Overbye].
Aimants :comment fonctionnent-ils ? iStockphoto/Thinkstock « Aimants [biologiques] :comment fonctionnent-ils ? » C'est la question que les rappeurs Insane Clown Posse se posaient dans leur single "Miracles" il y a quelques années, ce qui a conduit ces snarkmeisters de "Saturday Night Live" à les ridiculiser sans merci. Et c'était malheureux, parce que c'est une chose parfaitement raisonnable à méditer. Un aimant est tout objet ou matériau qui possède un champ magnétique, c'est-à-dire un tas d'électrons circulant tout autour dans la même direction. Maintenant, électrons - comme les rappeurs de Detroit qui portent des masques de clown, maudit beaucoup, et boire Faygo Cola - aime se mettre en couple, et le fer a beaucoup d'électrons non appariés qui sont tous impatients de participer à l'action. Donc, objets en fer solide ou contenant beaucoup de fer - clous, par exemple - vont être attirés vers un aimant suffisamment puissant. Les substances et objets attirés par les aimants sont appelés substances ferromagnétiques [source :Université de l'Illinois].
Les humains connaissent le phénomène du magnétisme depuis longtemps, Longtemps. Il existe des aimants naturels, comme l'aimant, mais les voyageurs médiévaux ont compris comment frotter des aiguilles de boussole en acier contre ces pierres afin qu'elles captent des électrons et deviennent magnétisées, ce qui signifie qu'ils ont développé leurs propres champs magnétiques. Ces aimants n'étaient pas particulièrement durables, mais au 20ème siècle, les chercheurs ont développé de nouveaux matériaux et dispositifs de charge qui leur ont permis de fabriquer des aimants permanents plus puissants [source :Stupak]. Vous pouvez réellement créer un type d'aimant, appelé électro-aimant, à partir d'un morceau de fer en enroulant un fil électrique autour de celui-ci, puis en connectant les extrémités aux pôles de l'une de ces grosses batteries avec les clips sur le dessus [source :Université de l'Illinois].
Un arc-en-ciel ressemble à un arc car vous ne pouvez pas voir la moitié inférieure à cause du sol. Dans l'air, cela pourrait ressembler à un disque. iStockphoto/Thinkstock Il y a quelque chose à propos de ce phénomène atmosphérique qui a inspiré la crainte chez les gens depuis les temps anciens. Dans le livre de la Genèse, Dieu a mis un arc-en-ciel dans le ciel après le déluge et a dit à Noé que c'était un signe d'"un gage de l'alliance entre moi et la Terre" [source :Biblos]. Les anciens Grecs sont allés plus loin, et a décidé que l'arc-en-ciel était en fait une déesse, qu'ils nommèrent Iris. Mais ils ont fait d'elle une figure inquiétante - la porteuse des nouvelles des dieux de l'Olympe sur la guerre et le châtiment [source :Lee et Fraser, page viii]. Et au fil des siècles, de grands esprits allant d'Aristote à René Descartes ont cherché à comprendre quel processus a créé la gamme saisissante de couleurs des arcs-en-ciel [source :Broughton et Carriero].
Depuis, bien que, les scientifiques l'ont plutôt bien compris. Essentiellement, les arcs-en-ciel sont causés par les gouttelettes d'eau qui restent en suspension dans l'atmosphère après une tempête de pluie. Les gouttelettes ont une densité différente de celle de l'air environnant, alors que la lumière du soleil les frappe, les gouttelettes agissent comme de minuscules prismes, courber la lumière pour la décomposer en ses longueurs d'onde composantes, puis nous les reflétant. Cela crée à son tour l'arc avec des bandes de couleurs du spectre visible que nous voyons. Parce que les gouttelettes doivent refléter la lumière vers nous, pour voir un arc-en-ciel, nous devons être debout dos au soleil. Nous devons également regarder du sol à un angle d'environ 40 degrés, qui est l'angle de déviation de l'arc-en-ciel, c'est-à-dire l'angle auquel il courbe la lumière du soleil. De façon intéressante, si vous êtes dans un avion et que vous voyez un arc-en-ciel d'en haut, il peut en fait ressembler à un disque, plutôt qu'un arc [source :classe de physique].
Le génie lui-même :Albert Einstein. MPI/Getty Images Quand quelqu'un se réfère à la "théorie de la relativité, " ce qu'ils veulent vraiment dire, ce sont deux théories, relativité restreinte et relativité générale, qui ont été conçues par le physicien théoricien Albert Einstein au début des années 1900 [source :nobelprize.org]. Mais peu importe ce que vous appelez l'œuvre d'Einstein, c'est sans aucun doute déroutant pour la plupart des non-scientifiques. Einstein a trouvé une manière intelligente de l'expliquer :"Quand un homme s'assoit avec une jolie fille pendant une heure, cela semble une minute. Mais laissez-le s'asseoir sur un poêle chaud pendant une minute et c'est plus long qu'une heure. C'est la relativité." [source :Mirsky].
Et ça résume assez bien, bien que les détails soient un peu plus complexes. Avant Einstein, tout le monde croyait à peu près que l'espace et le temps étaient des qualités fixes, qui n'a jamais changé, car c'est ainsi qu'ils nous regardent de notre point de vue sur Terre. Mais Einstein a utilisé les mathématiques pour montrer que la vision absolue des choses était une illusion. Au lieu, il expliqua, l'espace et le temps peuvent tous deux subir des modifications - l'espace peut se contracter, développer ou courber, et la vitesse à laquelle le temps passe peut changer, également, si un objet est soumis à un fort champ gravitationnel ou se déplace très rapidement.
De plus, la façon dont l'espace et le temps apparaissent peut dépendre du point de vue de la personne qui les observe. Imaginer, par exemple, que vous regardez un réveil à l'ancienne avec des aiguilles pour indiquer l'heure. Maintenant, imaginez mettre cette horloge en orbite autour de la Terre, pour que ça avance très vite, par rapport à votre position sur la surface. Si tu pouvais encore voir les aiguilles de l'horloge, ils vous paraîtraient plus petits qu'ils ne le feraient sur Terre, et les tics de l'horloge seraient plus lents [source :Cornell University].
L'horloge se déplace plus lentement en raison d'un phénomène appelé « dilatation du temps ». L'espace et le temps sont en fait une seule chose, appelé espace-temps, qui peut être déformé par la gravité et l'accélération. Donc, si un objet se déplace très rapidement, ou a une gravité vraiment puissante agissant sur elle, le temps pour cet objet va ralentir, par rapport à un objet qui n'est pas soumis aux mêmes forces. C'est possible, en utilisant des calculs mathématiques, pour prédire combien de temps va ralentir pour un objet se déplaçant rapidement.
Cela semble probablement assez étrange. Mais nous savons que c'est en fait vrai. GPS, dont les satellites dépendent d'une mesure précise du temps pour fournir des positions cartographiques sur la Terre, est la preuve. Les satellites sifflent autour de la planète vers 8h, 700 milles (14, 000 kilomètres) par heure, et si les ingénieurs n'ajustaient pas leurs horloges pour compenser la relativité, en une journée, Google maps sur nos smartphones nous donnerait des positions à 6 miles (9,86 kilomètres) [source :OSU Astronomy].
Les bulles sont rondes parce qu'elles veulent l'être, grâce à la cohésion. Ryan McVay/Getty Images Bien, réellement, les bulles ne sont pas toujours parfaitement rondes tout le temps, comme vous l'avez probablement remarqué si vous avez déjà utilisé un de ces jouets pour faire des bulles de savon. Mais les bulles veulent être sphériques, et si vous en soufflez un qui est plus en forme de cigare au départ, il a du mal à se remodeler. C'est parce que les bulles sont essentiellement de fines couches de liquide dont les molécules se collent parce qu'elles sont attirées les unes par les autres, un phénomène appelé cohésion [source :USGS]. Cela crée ce que nous considérons comme une tension superficielle, c'est-à-dire une barrière qui résiste aux objets essayant de la traverser [source :USGS]. A l'intérieur de la couche, les molécules d'air qui sont piégées ne peuvent pas sortir, même s'ils poussent contre l'eau. Mais ce n'est pas la seule force agissant sur cette couche. Dehors, plus d'air pousse vers eux. Le moyen le plus efficace pour la couche liquide de résister à ces forces est de prendre la forme la plus compacte, qui se trouve être une sphère, en termes de rapport volume/surface [source :Popular Science].
De façon intéressante, les scientifiques ont trouvé des moyens de faire des bulles qui ne sont pas rondes, afin qu'ils puissent étudier la géométrie des surfaces. Ils sont capables de créer des bulles cubiques et même rectangulaires, en suspendant une fine couche de liquide sur une armature métallique qui est moulée dans la forme désirée [source :NEWTON].
Nan, les nuages ne sont pas faits de cheveux d'ange mais de cristaux de glace et d'eau. Toujours aussi jolie, bien que. Medioimages/Photodisc/Thinkstock Avec un peu de chance, cela ne décevra pas trop les fans de Joni Mitchell, mais les nuages ne sont pas réellement des arcs de cheveux d'ange et des châteaux de crème glacée dans l'air. Un nuage est une masse visible de gouttelettes d'eau, ou cristaux de glace, ou un mélange des deux suspendu au-dessus de la surface de la Terre. Les nuages se forment lorsqu'ils sont humides, l'air chaud monte. Alors qu'il monte plus haut et atteint un espace plus frais, l'air chaud et humide se refroidit, trop, et la vapeur d'eau se condense en minuscules gouttelettes d'eau et/ou cristaux de glace, selon la façon dont ils ont froid. Ces gouttelettes et cristaux restent regroupés en raison du principe de cohésion, dont nous avons déjà parlé. Le résultat est un nuage [source :Britannica]. Certains nuages sont plus épais que d'autres car ils ont une densité de gouttelettes d'eau plus élevée.
Les nuages sont un élément clé du cycle hydrologique de notre planète, dans laquelle l'eau se déplace continuellement entre la surface et l'atmosphère, et changements d'état de liquide à vapeur à liquide, et parfois aussi solide. S'il n'y avait pas eu ce cycle, il n'y aurait probablement pas de vie sur notre planète [source :NASA].
En 1803, un météorologue nommé Luke Howard a proposé quatre classifications principales des nuages, dont les noms étaient basés sur des mots latins. Cumulus , qui est le mot latin pour « tas, " décrit ceux entassés, nuages grumeleux que nous voyons souvent dans le ciel. Cirrus , qui signifie "cheveux, " est le terme pour les nuages de haut niveau qui semblent vaporeux, comme des mèches de cheveux. Aspect plat, les nuages sans relief qui forment des feuilles sont appelés stratus , qui est le mot latin pour "couche". Finalement, il y a nimbus les nuages (le nom est en fait latin pour "nuage précipitant") sont bas, nuages de pluie grise [source :NASA]. Et parfois, ils se combinent - comme les très grands nuages gris grumeleux que vous voyez avant les orages - appelé un cumulonimbus !
Qu'est-ce qui fait disparaître le liquide de ces verres ? iStockphoto/Thinkstock Nous, les humains, aimons considérer la réalité comme une belle, endroit stable, où diverses choses restent au même endroit à moins que nous ne voulions qu'elles aillent ailleurs. Mais rêvez. En réalité, si vous regardez l'eau au niveau moléculaire, il agit comme une bande de chiots entassés dans un lit pour chien, avec des molécules qui se heurtent et se bousculent pour se positionner. Lorsqu'il y a beaucoup de vapeur d'eau dans l'air, les molécules vont se heurter à une surface et s'y coller, c'est pourquoi de la condensation se forme à l'extérieur d'une boisson fraîche par temps humide.
Inversement, quand l'air est plus sec, les molécules d'eau dans votre tasse d'eau peuvent être projetées dans l'air et se coller à d'autres molécules qui flottent. Ce processus est appelé évaporation. Si l'air est suffisamment sec, plus de molécules sauteront de votre tasse dans l'air qu'elles ne colleront de l'air dans l'eau. Heures supplémentaires, l'eau continuera à perdre des molécules dans l'air, et vous finirez par vous retrouver avec un gobelet vide [source :NEWTON].
La capacité des molécules d'un liquide à être poussées dans l'air et à s'y coller s'appelle la pression de vapeur, parce que les molécules sautantes exercent une force, tout comme le ferait un gaz ou un solide qui appuie contre quelque chose. Différents liquides ont des pressions de vapeur différentes. Un liquide tel que l'acétone - dissolvant pour vernis à ongles - a une pression de vapeur très élevée, ce qui signifie qu'il s'évapore facilement et va dans l'air. Huile d'olive, en revanche, a une pression de vapeur très faible, il est donc peu probable qu'il s'évapore beaucoup à température ambiante [source :NEWTON].
Je suis fasciné par la science et la technologie depuis l'âge de 8 ans, quand j'ai parcouru avec impatience une série intitulée How and Why Wonder Books, qui traitait de sujets allant de la physique nucléaire aux dinosaures. J'ai même essayé de reproduire les expériences décrites dans les livres, et a mis mes parents sur écoute pour qu'ils me fournissent des piles, câble, du papier d'aluminium et d'autres trucs dont j'avais besoin. J'aurais peut-être même fait carrière dans un domaine scientifique, sauf que j'ai réalisé au lycée que je n'aimais pas les maths, et que j'étais meilleur pour expliquer les expériences et les études à d'autres personnes que pour faire le travail moi-même. Aujourd'hui, en plus d'écrire pour HowStuffWorks, Je suis également blogueur pour le site Web de Science Channel.
