看到湛蓝的天空，明亮的阳光和彩虹，你可能会想到一大堆你现在还无法回答的科学问题。读下去，就知道答案了。
每年，美国政府大约花费600亿美元资助科学研究，而美国大学出色的科学与工程研究项目吸引着世界各地最杰出的学生。科学无处不在，无论是自动取款机、通讯工具，还是超市里保留着原始味道的转基因西红柿，美国人在科学方面是不是相当聪明？
那么，再猜一下。令人不安的事实却是，美国的成年人在基础科学知识方面知之甚少。2009年的哈里斯互动调查发现，只有53%的人知道地球围绕太阳转一圈需要一年时间，只有59%的人知道最早时期的人类和恐龙并不同时存在，“摩登原始人”也是这样的。并且仅有47%的人正确说出（10%的误差范围内）地球表面70%都被海水覆盖。只有五分之一的美国成年人能答出上述三个问题。密歇根大学2011年的一项研究发现，只有28%的美国成年人具备一定的科学知识来读懂并理解《纽约时报》的周二科学部分。不可否认的是，相较于1988年研究显示的只有10%的成年人能理解《纽约时报》的科学文章，这有极大的提高。
所以很显然，通往全民科学素养的道路还很长。但是，当别人说到希格斯粒子，大规模并行的超级计算机，或争论恐龙是否长羽毛时，迫切想要切换这些话题的你们，不要害怕。以下10个每个人都知道答案的基础科学问题，将会让你轻松地走进科学。
10.天空为什么是蓝色的？
路易斯·阿姆斯特朗（Louis Armstrong）在他1968年发行的歌曲”What a Wonderful World”中唱到：“我看见蓝天和白云。”因为他的歌如此快乐，他应该真的看到蓝天了。欧洲研究人员发现，光谱中的蓝色对情绪有着积极的影响，让我们更好地回应情绪刺激并更加适应情感变化。
噢，我们离题了。天空是蓝色的是因为散射的影响。阳光穿过地球充满气体和微粒的大气层，就像弹球机的缓冲器一样，将阳光散到各处。但是，如果你曾把玩棱镜，你就知道，实际上，阳光由不同颜色的光线组成，各自有不同的波长。蓝光的波长相对较短，所以它比波长较长的光更易透过滤波器，同时蓝光在大气层中分散更广。因此，当太阳出现在天空高处时（这实际上是根据你的地点来看的，因为相对于太阳，你所在的星球是移动的），天空看起来就是是蓝色的。
日出和日落时，阳光必须穿过很长的距离才能到达你的位置。这就抑制了蓝光波长的优势，我们就能看到其它颜色。这就是我们在日落时能看到红色、橘色和黄色的原因。
9.地球多大了？
长久以来，人们都在激烈地争论地球的年龄。1654年，一位名叫约翰·莱富的学者在《创世纪》一书的基础上，宣称地球是在公元前4004年10月26日上午9时形成的。18世纪末，一位名叫布丰伯爵的科学家加热地球的复制试验品，并检测它的冷却速率，基于这些数据，估计地球的年龄约75000岁。19世纪，物理学家开尔文用不同的方程计算出地球的年龄在2000至4000万年。
1800年代末、1900年代初发现放射性物质，然后很快计算出各种放射性物质的衰变率后，这些估测都不成立了。地球科学家们运用这些知识来计算地球岩石的年龄，以及宇航员从月球带回的陨石和岩石样本的年龄。比如，他们观察岩石中铅同位素的衰变，然后基于铅同位素随时间的变化的计算，同大规模的铅同位素相比较。由此，他们计算出地球大约于45.4亿年前形成，误差不超过1%。
8.自然选择如何进行？
就像地球的年龄，进化论——19世纪中期首次由生物学家查尔斯·达尔文提出——人们开始研究这个主题了。如果你曾经看过经典电影《向上帝挑战》（Inherit the Wind），你应该就知道1925年臭名昭著的猴子审判。著名律师克拉伦斯·达罗在与因违反田纳西州法令——禁止在课堂上讲授“人是从低等动物进化来的”，违背圣经是唯一而被捕入狱的高中生物老师约翰·斯科普斯的庭审辩论中，失败了。近年来，反进化论者在法院和立法机构抗议并要求孩子在学校学习“创世科学”，除了进化论。
如果说有一个令反进化论者发疯的概念，那就是达尔文提出的核心概念，叫做自然选择。这并不是一个让人难以理解的概念。在自然界中，突变——也就是说，生物体基因的永久性改变让它们形成了与它们祖先不同的特点——并在自然中随机出现这些变化。但是进化，是动物和植物长期的，经过多代的变化，并非偶然性的。相反，如果改变有利于生物体更好地生存和繁殖，它们往往会随着时间的推移而变得更加普通。
例如，想象一下一些甲虫是绿色，但是，一个突变让一些甲虫变成棕色。棕色的甲虫比绿色的甲虫更容易融入环境中，所以被鸟吃的更少。因此，更多棕色甲虫生存并繁殖，并可能将这种基因遗传给下一代，下一代也变成棕色的了。随着时间的推移，甲虫就会逐渐都变成棕色了。这就是最简单地例子。在实践中，自然选择是基于大众，而不是个别，而这个自然选择过程也并不那么顺利、有序。
7.太阳会停止发光发热吗？
这个问题让我们想起这样一首流行歌，1962年斯基特·戴维斯的“世界末日”（ The End of the World），这首歌里，歌手很好奇为什么她的男朋友把她甩了之后，太阳还这么明亮。歌词的背后就有这么个现实在我们身边——不管是耀眼的太阳还是枝头唱歌的小鸟——都比我们脆弱的情感更长久。然而，事实上，这位失恋的姑娘不幸出生太早——约55亿年前，发着光或吸着热。关键点就在于太阳，它像其它的星星一样是个巨大的聚变反应堆，将耗尽其核心的氢气，燃烧发光，然后又开始燃烧周边的氢气层。
这就是太阳死亡的开始。它的核心将萎缩，周围会继续扩大，然后变成一个红色的巨星。最终消亡的时候，太阳以它最后的光和热炙烤太阳系，这或许会让寒冷的冥王星和柯伊伯带附近（海王星外）变成天体桑拿。很有可能，内部行星，包括地球也会被吸入这面临消亡的巨星，或者变成灰烬。
另一方面，除非人类殖民管理其它星球的太阳系，没有人能经历这最后的地狱。已经过了预期寿命一半的太阳，已经逐渐升温，并且从现在起10亿年后，太阳将会比现在更加明亮10%。太阳辐射的增加将足以蒸发掉地球上的海洋，让我们失去赖以生存的水资源。
6.磁铁是如何起作用的？
“[哔哔]磁铁：它们是如何起作用的？”这个问题是几年前说唱艺人Insane Clown Posse在他们的单曲“奇迹”中提出的，这让那些重金属乐爱好者在“周六夜现场”无情地嘲笑他们。不幸地是，这个问题又非常值得思考。磁铁是带有磁场的任何物质——那是一束围绕它的同方向的电子流。现在，电子——就像来自底特律的戴着小丑面具的说唱者，一边谩骂，一边喝着品牌可乐——喜欢成双成对，铁有大量单独的电子也想跟上一对对电子的脚步。所以，固态铁或含大量铁的钉子——都会被吸向有磁力的磁铁。被磁铁吸引的物质或物品叫做铁磁性物质。
人类知道磁力现象有很长、很长时间了。有天然磁铁，比如天然磁石，而中世纪时的旅行者想到了用那些磁石打磨钢铁指南针，因此它们产生电子变得有磁力，这就意味着它们产生了自己的磁场。这种磁铁并不特别耐用，但在20世纪，研究人员研发了一种新型材料和充电设备，制造出磁力更强更久的磁铁。实际上你也可以制作出一种磁铁，叫做电磁铁。用电线绕着铁块缠成线圈，然后线的两端连接电源两极。
5.是什么原因形成了彩虹？
自古以来，这种大气现象激发了人们的敬畏。《创世纪》中，上帝在洪水过后把彩虹挂在空中并告诉诺亚这是“我和地球之间立约”的见证。古希腊人更甚，他们认为彩虹实际上是一个女神，他们称之为彩虹女神。但是，他们让彩虹女神变成了一个不祥的象征——成为奥林匹斯山众神关于战争和报复的消息使者。过去的几个世纪，从亚里士多德到笛卡尔等伟人一直试图找出形成彩虹的原因。
不过，从那以后，科学家们很好地解释了这个过程。根本来说，暴雨后悬浮在大气中的水滴是形成彩虹的原因。水滴与周围的气体密度不同，所以当阳光照射到水滴时，水滴就像微型棱镜折射了光线，然后彩虹呈现在我们面前。由此我们看见不同颜色。因为水滴反射阳光，为了看见彩虹，我们必须背对着太阳。我们还需要从地面40度角方向看彩虹，这是彩虹的偏向角度——比如，它反射阳光的角度。有趣的是，如果你在飞机上看彩虹，它实际上看起来像一张光盘，而不是一道弧。
4.什么是相对论？
当人们提到“相对论”时，他们通常涉及了两个理论，狭义相对论和广义相对论。20世纪初，物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出了这个理论。不管你怎样称呼爱因斯坦的理论，这无疑难倒了一大批非科学家。爱因斯坦却用了一个很聪明的方法来解释：“当一个男人和一个美女坐在一起一个小时，却就像是一分钟。但是让他在热炉上坐一分钟，感觉却比一个小时还长。这就是相对论。”
这句话很好地做了概括，尽管细节更加复杂。在爱因斯坦之前，几乎每个人都认为空间和时间都是固定不变的。但是爱因斯坦用数学证明了绝对的东西是一种错觉。事实上，他解释道，空间和时间都可改变——空间可以融合、扩大或弯曲，并且时间可以以某种速率流逝。同样的，如果一个物体受到较强引力或移动非常快速，时间也会改变。
此外，空间和时间的出现取决于你从哪个角度看待它们。想象一下，比如，你看老式时钟指针知道时间。现在，假如把时钟放在地球轨道，相较于你所处的位置，它会转得非常快。如果你仍能够看到指针，它们会比你在地球上看到的小得多，时钟的滴答声也会变得更慢一些。
时钟移动的更慢是因为一种叫做“时间膨胀”的现象。空间和时间实际上是一个东西，叫做时空，它可以因重力和加速度而扭曲改变。所以如果一个物体移动速度非常快，或者有很强的重力影响它，时间对于这个物体相较于那些不受这些力影响的物体就会变慢。通过科学计算，有可能预测一个移动速度极快的物体的时间会慢多少。
这听起来似乎很怪异。但我们知道实际上这是真实的。GPS卫星依赖于精确的时间来提供地图位置信息就是最好的例证。卫星每小时绕地球飞行约8700英里（14,000公里），如果工程师们不调整时钟来弥补相对差异，在一天之内，我们手机上的地图信息距离就会相差6英里（9.86公里）。
3.为什么泡泡是圆的？
不知你以前吹肥皂水泡泡时注意过没有, 实际上，吹出来的泡泡并不总是圆的。但泡泡自身形状会朝着球形靠拢，即使你最开头吹出的是类似雪茄形状的泡泡，它也会自动调整形状。由于泡泡是由液态薄层构成，其分子始终凝聚在一起，因为其特性即是互相吸引的，这被叫做内聚现象。这也构成了我们对表面张力的认知——一种屏障阻碍了其中的物质通过。在该薄层中，即使气体分子一直在给水施加推力，它们还是被困在其中无法出去。但这并非是作用于该薄层中的唯一动力。在薄层外，许多空气又被推进薄层中。而液体层中子最有效的阻止这些动力的方法就是形成一种最紧凑的形状，从曲面面积和容积比来看，碰巧形成了球形。
有趣的是，科学家发现了可以让泡泡不呈球形的方法，这使得他们可以研究曲面几何。科学家可以让泡泡变成立方体或者矩形形状，通过将液态薄层悬挂在接线框上，他们可以塑造自己想要的形状。
2.云是怎么形成的？
云并非由天使头发和冰淇淋构成，希望这不会使琼尼·米歇尔（Joni Mitchell）的粉丝失望。云，是由大量可见水滴，或者冰晶体，或者两者混合物并悬浮在大气层上形成的。暖空气在湿润天气下就会形成云。随着暖空气上升更高，并到达更冷的高度，湿润的暖空气便冷却下来。一定温度下，水蒸气凝结成水滴，或者冰晶体，或者两者混合物。这些水滴和冰晶体因粘结理论而大量聚集在一起形成云，这也是我们之前讨论过的。有一些云看起来要比其他云厚，是因为它们的水滴密度较大。
云是地球水循环的关键部分，因为水不间断地从水表面向大气层移动，状态从液体到水蒸气再到液体。要是该循环中没有水的作用存在，地球上或许不会存在生命。
1803年，一名叫做卢克·霍华德（Luke Howard） 的气象学家把云用拉丁语分为四类：积云，拉丁语意为“堆”，形容常见的块状云。卷云，拉丁语意为“头发”，形容看似纤细像头发的高层云。扁平状，没有特点的云，称之为层云，拉丁语意为“层”。最后一种云，云雾云是一种灰色乌云。有时候，我们把暴风雨之前看到的非常高的灰色块状云，称之为积雨云。
1.为什么室温下水就汽化了？
人类总自认为现实是唯美并且一成不变的，各种事物保持着其原有的状态，除非人为地挪动了它。然而事实上，只要你以水分子级别去观察水，水分子犹如一群挤在一个窝里的小狗，相互碰撞，争夺空间。当空气中充满水蒸气时，水分子会在水面相互碰撞并黏住。这也就解释了为什么在潮湿天气下水珠会在凝结在冷饮表面。
相反地，空气干燥时，杯中的水分子跃到空气中，并和其他漂浮的水分子凝结。这就是汽化过程。要是空气足够干燥，相对黏住空气中的水分子，杯中的水分子会大量跃入空气中。久而久之，杯中的水逐渐消失，最终看到一个空杯子。
液体的分子跃入空气中并相互凝结的能力称之为蒸汽压力，因为跳跃的分子施加了一种力，正如气体或固体相互排斥。不同的液体有不同的蒸汽压。例如丙酮液体——指甲油清洗剂——具有很高的蒸汽压，就很容易汽化分散到空气中。相比之下，橄榄油蒸汽压较低，所以室温下汽化量不大。
翻译/夏久梅
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