Топ-7 загадок, которые наука не решила до сих пор. Рассказывают ученые Пермского Политеха

 Шаровая молния — выдумка или реальное явление? Что такое «темная материя» и как влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой? Почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей? И что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

Что мы знаем о шаровой молнии?

Прежде всего, разберемся, как появляется обычная молния. Твердая земля заряжена отрицательно — на ней избыток электронов. Она покрыта воздушным слоем, а сухим он плохо проводит электричество. Но при движении потоков воздух электризуется, в верхних слоях грозовых облаков скапливаются частицы с положительным зарядом, а в нижних — с отрицательным. Возникает электрическая разность потенциалов. Когда скапливается слишком большое количество частиц с разными зарядами, возникает электрический искровой заряд — молния.

— От Солнца к Земле постоянно поступает поток положительно заряженных протонов — ядра атомов водорода. Попадая в воздух, они вызывают ядерные реакции. Потоки частиц проходят сквозь атмосферу, создавая каналы ионизированных атомов воздуха, по которым и движутся электронные лавины  ветвистого электрического разряда. Он направляется от положительно заряженного облака в твердую землю с «минусовым» зарядом, — объясняет Вячеслав Кирчанов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики ПНИПУ.

Шаровая молния — загадочное природное явление, представляющее собой светящееся и плавающее в воздухе образование. Обычно она возникает во время грозы или штормовой погоды и часто вместе с обычными молниями. Ее происхождение ассоциируется с электрическими разрядами или формированиями из облачных структур, но иногда она появляется внезапно в воздухе или, как утверждают свидетели, возникает из различных объектов, таких как деревья или столбы. Шаровую молнию видели даже внутри подводных лодок в океанах.

В 1954 году физик Тар Домокош смог наблюдать процесс формирования этого явления. Во время грозы молния ударила в землю между ним и единственным на местности кустом. Через несколько секунд примерно на том же месте в воздухе возник сверкающий шар. Он вращался вокруг своей оси и двигался параллельно земле. Спустя три секунды сфера исчезла, так же беззвучно, как и появилась. Ученый предположил, что разность температур внутри и вне канала обычной молнии с помощью порыва ветра сформировала некое вихревое кольцо, из которого потом образовалась наблюдаемая шаровая молния.

В 2012 году на Тибетском плато китайские ученые зафиксировали шаровую молнию, используя спектрометры, предназначенные для изучения обычных молний. В течение 1,64 секунды они наблюдали свечение шаровой молнии и проанализировали ее спектры. В отличие от обычной с линиями ионизированного азота, спектр шаровой содержал линии железа, кремния и кальция — основных компонентов почвы.

Интересно, что еще в 1950-е годы нобелевский лауреат Петр Капица смог получить сферический газовый разряд при атмосферном давлении в гелиевой среде. Добавки различных органических соединений меняли яркость и цвет свечения. Физик предположил, что шаровая молния создается из-за высокочастотных колебаний, возникающих после обычной молнии. С помощью шарового резонатора, наполненного гелием, и сильных непрерывных колебаний он получил свободно парящий газовый разряд овальной формы. Он образовывался в области максимума электрического поля и медленно двигался по кругу, совпадающему с силовой линией.

— В науке до сих пор не решена фундаментальная проблема консервации электромагнитной энергии на долгое время без потерь или использования дополнительных средств. Природа решила ее в шаровой молнии, — добавляет ученый-физик Пермского Политеха.

Какую роль играют темные материя и энергия?

Вся материя, согласно современной физике, состоит из вещества, полей (гравитационного, электромагнитного и др.), вакуума и темных компонентов. Видимое вещество составляет всего 5% всей массы Вселенной. Внутри нее (от большего к меньшему) находятся: галактики, звезды, планеты, человек, молекула, атом, частицы (протоны, нейтроны, электроны, лептоны, кварки и др.). На 95 % состоит из темной материи и темной энергии.

— К темным компонентам относится темная материя, хотя чем именно представлена — пока неизвестно. Она не излучает электромагнитные волны и  недоступна прямому наблюдению. Но проявляет себя в гравитационном  притяжении к видимой материи, а значит, ее частицы имеют гравитационную массу, — рассказывает Вячеслав Кирчанов.

Темная энергия, частицы которой также не обнаружены, представляет собой антигравитацию и как бы расталкивает пространство, являясь источником ускоренного расширения Вселенной. Она составляет 70% от массы всей Вселенной.

Известно, что темная энергия равномерно распределена в пространстве, взаимодействует с обычной материей через гравитацию, но никак иначе. Она также обладает низкой плотностью.

Зачем мы зеваем?

- Зевают все: и дети, и взрослые, и животные. Но точные причины этого процесса науке пока неизвестны. Наиболее весомой точкой зрения считается то, что зевота участвует в процессе терморегуляции мозга. В пользу этой теории говорят и эксперименты с участием животных и людей. Кроме этого, зевание связывают со стремлением организма взбодриться, поскольку человек с большей вероятностью будет зевать во время монотонной деятельности, например, при вождении автомобиля или на лекции. При активных занятиях люди зевают меньше, — рассказывает Ольга Юрьева, кандидат психологических наук, доцент кафедры социологии и политологии ПНИПУ.

Выделяют существование так называемой социальной (или эмоциональной) зевоты. Ее еще называют «заразной», когда человек, наблюдая за зеванием другого, начинает повторять это действие. Неврологи объясняют этот феномен работой зеркальных нейронов, когда мы считываем ментальное состояние другого человека и проецируем его на себя. Наблюдения врачей позволяют говорить о том, что пациенты с нарушениями социального взаимодействия (например, при аутизме) реже зевают в ответ.

Почему работает эффект плацебо?

Чаще всего под плацебо мы понимаем некий препарат, который не имеет лекарственных свойств, но в некоторых случаях оказывает положительное воздействие на пациента, словно настоящее лечебное средство. Наиболее активно плацебо стали изучать с 1955 года, за это время накопилось много фактов его работы практически во всех сферах медицины. Тем не менее исследований на сегодняшний день очень мало.

— В науке существует два понятия «плацебо» и «плацебо-эффект». Изяслав Лапин, занимаясь психофармакологией, под плацебо понимал любой компонент лечения, намеренно использующий неспецифическое, психологическое и психофизиологическое влияние на больного и его болезнь. А плацебо-эффект — это любые изменения, происходящие с человеком после приема лекарственных средств или лечебной процедуры плацебо. Чаще всего, это улучшение состояния больного, — объясняет Ольга Юрьева.

Есть еще одна разновидность плацебо, которую профессор физиологии и нейробиологии Фабрицио Бенедетти назвал ноцебо — «злобным двойником плацебо».  Под его воздействием у человека развиваются неприятные переживания и даже опасные для жизни и здоровья последствия — ноцебо-эффект.

Плацебо — это сложный психобиологический феномен, проявляющийся в любой ситуации, связанной с лечением. Причем изменения происходят на поведенческом, физиологическом, биохимическом и клеточном уровнях. Доказано, что плацебо-эффект связан с работой префронтальной коры головного мозга, которая отвечает за планирование и ожидание желаемого результата. Считается, что именно оно выступает важнейшим психофизиологическим фактором формирования плацебо-эффекта, — рассказывает ученый-психолог ПНИПУ.

Обнаружено, что если пациент не знает, чем его лечат, то эффективность лечения снижается. Неизвестность деформирует процесс формирования ожидания.  Оно же, как способность предвосхищать будущие события, неразрывно связано с нашим предшествующим опытом. Например, негативный предшествующий опыт может снижать или даже блокировать плацебо-эффект и приводить к формированию ноцебо-эффекта. С другой стороны, правильно поданная профессионалом информация влияет на формирование ожидания улучшения у пациента и вносит положительный вклад в результат лечения.

На сегодняшний день можно выделить несколько факторов, влияющих на плацебо-эффект: авторитетность врача, психологические особенности человека (тревожность, неуравновешенность, внушаемость, инфантилизм), стоимость и доступность лекарственного препарата, информация о препарате (слухи, реклама, отзывы и т.п.), упаковка и внешний вид лекарственного препарата.

Зачем нужны отпечатки пальцев?

Узоры на подушечках пальцев уникальны даже у монозиготных близнецов. Отпечатки стабильны на протяжении всей жизни человека и восстанавливаются даже после травмы. Они формируются к 17 неделе внутриутробного развития плода. Самый глубокий слой эпидермиса (базальный слой) начинает расти быстрее, чем покровы над ним, что заставляет его сморщиваться. Эти складки внутри приводят к тому, что на поверхностных слоях кожи тоже начинают появляться неровности.

— Однако ученые до сих пор не могут понять предназначение отпечатков. Одни считают, что отпечатки обеспечивают трение, чтобы лучше удерживать предметы. Другие — что особая их структура усиливает осязательные способности человека, — объясняет Ольга Юрьева.

От яркого света хочется чихать 25% людей — почему?

— Это называется световым чихательным рефлексом. Первые его описания мы можем найти в трудах Аристотеля. Исследование в 2010 году показало, что этот феномен является врожденным у 18-35 % людей. Однако ученые до сих пор не могут четко ответить на вопрос, что вызывает это световое чихание. Согласно одной из версий, причиной чихательного рефлекса является активизация тройничного нерва. Он находится рядом со зрительным и при нарастании освещения наш мозг может ошибиться и запустить реакцию чихания, — отмечает ученый-психолог Пермского Политеха.

Почему мы делимся на правшей и левшей?

Наличие феномена правшей и левшей связывают с так называемой функциональной асимметрией мозга. Она заключается в том, что большие полушария мозга человека принимают различное участие в приеме и переработке информации, а также в протекании различных процессов в организме.

— В процессе развития у человека формируется один из двух типов мозговой организации: левополушарный или правополушарный. Почему произошло это разделение именно так, науке до конца не понятно. Основная гипотеза состоит в том, что дублировать функции мозга для другого полушария было бы неэффективно, — рассказывает ученый-психолог ПНИПУ.

Известно, что левшей в мире намного меньше, чем правшей: число первых колеблется в пределах 15-17%. И в разные временные рамки эти показатели сильно не изменяются. Такое преобладание правшей объясняется тем, что эволюционно человеческое общество развивалось как «праворукое».

Тем не менее существуют те, кто одинаково хорошо владеет как правой, так и левой рукой. Таких людей называют амбидекстрами. Есть теория, что ими является довольно большое количество детей, но становятся правшами или левшами в результате средового и культурного влияния.

Развить амбидекстрию возможно и взрослому человеку, и неважно, правша он или левша. Для этого можно выполнять часть повседневных дел той рукой, которой реже пользуемся, а также делать какие-либо действия двумя руками одновременно.

Контактное лицо:

Анна Брюханова,

ведущий специалист пресс-службы ПНИПУ