问题

为了得出结论,科学家做实验的脑洞可以有多大?

回答
科学家做实验的脑洞,那可真是星辰大海,无边无际。有时候,一个看似荒诞不经的想法,却能推开一扇通往全新认知的大门。这背后,是对未知的好奇,对逻辑的极致运用,以及时不时爆发出的、让人忍俊不禁的奇思妙想。

想想看,最早的人类是怎么知道火是能点燃的?大概就是一次无意间的摩擦,然后“哇!怎么会发光发热?还能烤熟东西?”这不就是最初的实验精神吗?只不过那时候没有实验室,更没有“脑洞”这个词。

现代科学的脑洞,那更是精彩纷呈。比如,你知道为什么我们现在能理解宇宙的构成,知道黑洞是什么样子吗?这背后可有不少“脑洞大开”的时刻。

就拿爱因斯坦来说吧。他坐在那里,想象一个坐在光线上的观察者会看到什么。这本身就够玄乎的了。然后,他脑子里构建了一个场景:如果一个人以光速前进,时间对他来说会停止,长度会收缩。这哪里是普通人能想到的?但就是这个“如果”,他把它转化为数学公式,最终推导出了狭义相对论,彻底改变了我们对时间、空间和物质的认知。这简直就像是在大脑里建造了一个宇宙模型,然后去里面探索。

再往前追溯,伽利略在比萨斜塔上扔东西,这个故事大家应该都听过。就算他当时是不是真的在斜塔上扔了铁球和羽毛,但这个想法本身就很妙。之前大家都觉得重的东西落得快,轻的东西落得慢,这是亚里士多德说了几千年的话。伽利略却不信邪,他就在想:有没有可能,所有物体,无论轻重,在真空里都会以同样的速度下落?为了验证这个,他不需要什么高科技设备,只需要一个斜坡,一个小球,再加上他的观察和计算。他把重的物体和轻的物体在斜坡上一起滚下来,发现它们到达底端的时间几乎一致。这个脑洞的核心,就是挑战权威,质疑常识,用最简单的方式去验证一个看似不可能的猜想。

还有一些脑洞,听起来甚至有点“玩命”。比如,马里奥·贾科莫·塞尔维乌斯,一个16世纪的医生,他对血液循环产生了疑问。当时的医学观点认为血液是由肝脏制造,然后送到全身的。但他不这么想,他觉得血液可能不仅仅是流来流去,它肯定有更深的循环过程。他怎么验证呢?他没有活体解剖的条件(那个年代这也很敏感),但他可以研究动物的肺。他通过解剖动物的肺部,观察血管和气管的关系,再加上他精妙的推理,竟然猜到了血液是通过肺部与空气进行气体交换,然后再流回心脏。这个过程,比他之前的理解要复杂得多。他的脑洞在于,敢于假设身体内部存在一个他看不见的、精巧的循环系统,并尝试用他能接触到的有限资源去描绘它。

再比如,我们现代的生物学家,为了研究细胞如何工作,发明了各种各样神奇的实验技术。想想看,让一个细胞器在一个玻璃皿里保持活性,然后用激光束去操纵它,观察它的一举一动。或者,科学家们会设计出非常“损”的实验,比如故意让细菌产生某种抗药性,然后观察它是怎么做到的,以便找到新的抗菌方法。这就像是故意把一个难题抛给微生物,看看它们是怎么“解决”的。

有时,科学家的脑洞还会体现在他们对实验器材的“非传统用法”上。比如,著名的米勒尤里实验,他们模拟了早期地球的大气成分,然后通过电火花来模拟闪电,看看能不能合成有机物。想象一下,一个装着混合气体的密闭容器,里面时不时闪烁着电弧,像是在进行一场化学的“创世”表演。他们就是把地球早期的环境搬到了实验室里,用最朴素的方式去模拟一个最宏大的过程。

这些脑洞的共通之处是什么?我想,首先是“好奇心”,一种对“为什么”和“如果”永不满足的追问。其次是“想象力”,能够跳出现有的框架,构建出全新的可能性。再然后是“逻辑性”,让这些天马行空的想象落回现实,转化为可以检验的假设。最后,也是非常重要的一点,是“勇气”,敢于挑战权威,敢于接受失败,敢于一次次地尝试。

科学的进步,很多时候不是靠一步登天,而是靠无数个“不如我试试看”的脑洞,一点点积累起来的。这些脑洞,既有严谨的逻辑支撑,又充满了令人惊叹的创造力,它们是科学家们最宝贵的财富,也是我们通往未知世界最锋利的钥匙。所以,下次你听到一个听起来很奇怪的科学实验,别急着否定,说不定,那就是下一个颠覆世界认知的脑洞的开端呢!

网友意见

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谢邀!


说起恐龙,我就想起了……另一个关于恐龙的试验。

我们如何知道恐龙是怎么走路的呢?


只知道恐龙的骨骼和生理形,对于想知道恐龙是如何具体行走的,这些是远远不够的,那该怎么办?只能通过试验来进行。

众所周知,鸡是恐龙的现代亲戚,所以一些研究人员就选择了鸡作为试验对象。光是这样还不够,因为鸡的形态虽然和兽脚类恐龙是有点像,骨头也都是中空的,但还是和恐龙还是有点差距的。


毕竟鸡没有又大又长的尾巴。

就拿暴龙(Tyrannosaurus)来说,我们都知道它有一个大尾巴,而且暴龙的尾巴大且重,长度约与身体相当,有时包含超过40个尾椎骨,可与头部与身体保持平衡。

所以为了模拟恐龙的形态,只能给鸡加装一个“尾巴”了,那怎么装尾巴呢?科学家为了方便就直接把一个类似马桶塞子的玩意儿,装到了鸡的屁股上,长度和鸡的身长相当。

这样一来,装了“马桶塞子”的鸡就改变了自身的重心,行走的方式就发生了改变。

好了,那接下来就做实验吧,这个是对照组,也就是正常行走的鸡。

这个是装了马桶塞子的鸡。

通过以上的试验对比,就能发现加了马桶塞子之后,鸡的重心发生了改变,以至行走中蹲伏的姿势更多,鸡原本用膝盖驱动的肢体运动,变为了由臀部驱动的肢体运动。

所以想知道恐龙是怎么走路的吗?给鸡屁股装一个长度相当的马桶塞子吧!


再来介绍另一个试验吧,虽然脑洞没那么大,但也挺好玩的。

哺乳动物拉粑粑的时间都差不多!


一项发表在Soft Matter上的流体动力学研究发现,大部分的哺乳动物,无论体型大小,排便的时间都差不多,平均需要12秒。

Patricia Yang和同事拍摄了大象,大熊猫,疣猪以及狗的拉屎过程。所有这些动物像人类一样排出圆柱形粪便,这是正常的动物粪便。

虽然这些动物体型差距巨大,小至4kg,大至400kg,但排便的时间却一摸一样。

而研究表明,动物直肠的一层黏液保证了拉粑粑时间达到最短。体型越大黏液也会更浓稠,这样才能保证粪便排得越快。

那为什么这些哺乳动物拉粑粑时间一样呢?研究者表示原因如下:

  1. 每种动物的粪便长度均为直肠直径的5倍;
  2. 动物由于肠道运动产生的低水平压力是一个恒定值,这与生物的体重无关

所以无论你大如大象还是小如老鼠,拉粑粑所需的压力都是一样的。

而这与以前的发现类似,即哺乳动物均花费相同时间来清空膀胱。

刚刚提到的直肠上的那层黏液你知道它的重要性有多大吗?

如果没有这层黏液形成的光滑表层,人需要500天才能排空肠胃。

你敢想象拉一次屎居然需要差不多一年半的时间吗!那么人的一生,将会在马桶上度过~

除此之外,研究团队通过收集不同物种的粪便样品,发现饮食方式会影响粪便的密度:

食草动物排出的粪便比水轻,而大型食肉动物的粪便则会沉底。


参考文献:

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大家都知道飞机在空中飞行的时候速度很快很快,那么飞机总会不可避免地撞上鸟啊什么的,这时由于相对速度大,弱鸡秒变成流星锤…

比如著名的哈德孙河迫降的萨利机长,就是刚起飞就撞上一群鸟,导致飞机两个发动机都扑街…


那么为了避免正面撞鸟而导致窗户被打碎伤害到飞行员的情况发生,飞机驾驶舱窗玻璃就要做到尽量结实

那么窗玻璃的产品做出来了总要找个鸟撞撞,实验一下才能放心装上飞机用吧

可是总不能找个真飞机去撞空中的鸟吧,一来太危险,二来鸟也不是那么听话,一定在空中能飞到正好撞驾驶舱玻璃的位置,三来也找不到够胆的飞行员去飞…

怎么办呢,测试工程师就想出了办法,鸡动机不动,去市场买了鸡回来塞进空气炮,拿空气炮把鸡给加速到飞机飞行的速度打出去撞上驾驶舱玻璃窗,窗后头放假人,看看损伤情况

啊,不好意思,图片放错了,应该是这个。。。

可是测试工程师反馈回来的实验结果让研发人员大吃一惊,被空气炮高速打出的鸡把防撞玻璃打得粉碎!假人也支离破碎。。。

研发工程师怒了,我们的产品不可能这么弱鸡!于是研发组全体人员杀到测试现场,观看测试组是怎么做破坏实验的

看过实验日志和过程后,研发组在破碎的玻璃窗和假人面前沉默了,热泪盈眶地哭诉:“你们TMD就不能买刚杀得鸡吗?非要买冻硬了的鸡???”

哈哈哈,这是当年上学的时候,在讲民航概论还是什么课的时候老师给我们说的段子,艺术加工了一下,以上~

~~~~~~~~20190102更新线~~~~~~~

哈哈,还有人找到了这个版本的笑话

~20190131更新~

感谢评论区知友 @Acolyte 提供的视频,流言终结者第二季第六集,从43分41秒开始测试,可以看到解冻后的软鸡只能打破两片高强度钢化玻璃,而“脱壳尾翼稳定鸡冻穿甲鸡”一口气洞穿12片高强度钢化玻璃…

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谢邀 @芝士喵 ~好像没人答啊....我来试试回答一下之前觉得很脑洞的结论和实验。


其实很多学科的实验,如果把过程隐藏,只陈述结果的话,看来都非常脑洞。比如题目中的古生物学,或者天文,地质学,物理等等涉及大时间/空间尺度的学科。。。

举个例子....第一次看到“地球的年龄大约45亿岁”这个结论是从陨石样本测定得到的,就觉得天哪这个关联是怎么想到的?地球的年龄怎么会跟太空陨石有关?这也太脑洞了吧!


来思考一下,

我们先假设自己什么都不知道,如果存在一个“地球年龄推定”问题,应该怎么做。

用人类判断年龄的经验来看---看外貌?看言语?看谈吐..... 这一点都不靠谱,宇宙里每个星球的外貌都不一样。


找最老的泥土?沉积岩?.......但是地球刚出生是一个火球.....何况往下挖地层就挖到岩浆了....最老的泥土在地表找起来不太可能,这不是大海捞针,这是地球捞针.....

找海平面位置吗?....我们并不能证明海平面一直在下降....

不过恭喜,这个思路是走在了正确的历史道路上的。




那能不能找到一个从地球诞生起,就一直在变化的元素来推断地球年龄呢?

这个元素,热力学奠基人汤姆逊他的助手认为是热量,依据是能量在转换过程中总是存在损耗。这意味着宇宙都是在逐渐冷却,地球也是一样,但是地球密度等元素无法计算,也就无法计算导热率,不能推断地球的准确年龄。

而达尔文和John Phillips认为是沉积岩,达尔文以英国地区沉积岩的总厚度和维尔德平原的侵蚀速度来作为证据推断地球年龄,但是沉积岩也是会变化成变质岩的,并不是固定不变的,所以这个元素不能让人信服。

直到放射性物质和半衰期被发现为止,才得到比较让人信服的变化元素--半衰期,铀235和238会衰变为铅206和207,这样如果有一个从地球诞生起只包含铀,后慢慢衰变为铀铅混合的矿石,就可以推定地球年龄了。但是这样的理想条件是不存在的,不过太阳系中的陨石,倒是随地球一起诞生。这样就可以通过陨石来推定地球年龄了。


这就是整个推断过程。

如果逻辑讲清楚了,就显得很有道理,但是如果只有结果,就会很脑洞。题目中的用鸡来估算恐龙,我觉得背后的逻辑可能是:

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都在用两条腿走路且习惯步行!

哈哈!


更详细的过程请参考地球的年龄是怎么得出的? - HaoX的回答 - 知乎

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