109 răspunsuri ştiinţifice la întrebări cotidiene

   Particulele fumului ce iese dintr-o ţigară arzând liniştit sunt minuscule, mai mici decât lungimile de undă ale luminii vizibile. Atunci când o undă luminoasă întâlneşte una dintre aceste particule minuscule, particula este prea mică pentru a refracta unda aşa cum ricoşează o minge de perete. în schimb, unda este doar abătută oarecum de la drumul său, pe care şi-l continuă înclinat: este împrăştiată. Lungimile de undă mai mici ale luminii - cele de la capătul albastru al spectrului luminii vizibile - sunt mai profund deviate de la drumul lor iniţial decât lungimile de undă mai mari, deoarece dimensiunea lor este mai apropiată de cea a particulelor de fum.
   Atunci când privim fumul având principala sursă de lumină în spatele nostru sau într-o parte, multe dintre razele albastre nu trec direct prin el şi "se pierd" ; sunt împrăştiate în cameră - în mai mare măsură decât razele de alte culori. Astfel, ochii noştri primesc un exces de lumină albastră refractată, iar fumul pare albăstrui.
   Atunci când ţigara este pufăită, particulele de fum sunt oarecum mai mari, deoarece nu au ocazia de a arde complet. Când sunt inhalate, multe dintre ele rămân blocate în plămâni şi nu mai sunt revăzute decât la biopsie.
   Particulele care parcurg întreaga călătorie pe tărâmul pulmonar ies căptuşite cu umezeală, ceea ce le sporeşte şi mai mult dimensiunea. Particulele sunt acum mai mari decât lungimile de undă ale tuturor culorilor luminii şi, prin urmare, nu o mai împrăştie. Asemenea oricărui obiect mare, ele reflectă toate culorile în aceeaşi măsură, întorcându-le de unde au plecat. Aşadar, fumul nu pare să aibă nici o culoare şi lasă impresia că este alb.

   Nu aţi întrebat, dar...

   Nici o carte de ştiinţă nu poate fi completă până nu răspunde la următoarea întrebare: "De ce este cerul albastru?".

   E albastru din acelaşi motiv pentru care şi fumul de ţigară este albastru: e vorba de împrăştierea preferenţială a luminii albastre de către anumite particule minuscule.
   Fireşte, aerul pur nu are nici o culoare, adică toate lungimile de undă (culorile) vizibile ale luminii trec prin el fără să fie absorbite. însă conţine molecule şi, deseori, fire de praf suspendate, care sunt mai mici decât lungimile de undă ale luminii vizibile şi care, prin urmare, o împrăştie. Ca şi în cazul particulelor fumului de ţigară, lumina albastră este împrăştiată mai mult decât celelalte culori, care au tendinţa de a trece direct prin aer fără să-şi schimbe prea mult direcţia.
   Când priviţi cerul, vedeţi toate culorile în lumina soarelui, venind spre dumneavoastră mai ales dintr-o parte - oriunde s-ar afla soarele în momentul respectiv. însă, pe lângă asta, primiţi o lumină albastră suplimentară, care este "împrăştiată prin aer" din multe alte direcţii. Prin urmare, primiţi un exces de lumină albastră peste ceea ce vă oferă soarele, iar cerul arată mai albastru decât lumina zilei.

   Nici asta nu aţi întrebat, dar...

   De ce sunt răsăriturile şi apusurile atât de colorate?

   Când soarele e jos pe cer la răsărit sau la apus, îl vedeţi direct, de la o distanţă enormă, reprezentată de atmosferă (vezi p. 148). Atunci când traversează toată această atmosferă, o mare parte din lumina albastră care se îndrepta în direcţia dumneavoastră se împrăştie în multe alte, direcţii, astfel încât lumina care ajunge direct la dumneavoastră este lipsită de albastru. Lumina solară lipsită de albastru pare roşie, portocalie sau galbenă, în funcţie de dimensiunea particulelor de praf care se găsesc în aer şi de celelalte culori pe care le împrăştie.
   Dacă asta distruge romantismul, uitaţi că am spus ceva.
   ÎNCERCAŢI: Creaţi-vă propriul apus de soare. Adăugaţi câteva picături de lapte într-un pahar transparent cu apă şi uitaţi-vă prin pahar ia un bec electric. Becul va părea roşu, galben sau portocaliu. Lumina emanată de bec este lipsită de albastru, din pricina împrăştierii provocate de particulele minuscule de cazeină şi de globulele grase suspendate în lapte. Culoarea exactă pe care o vedeţi depinde de dimensiunea şi de concentraţia acestor particule din apă.

   Capitolul 3

   În garaj

   Maşina rugineşte în faţa ochilor dumneavoastră; nu porneşte; cauciucurile sunt dezumflate; şi tocmai aţi derapat pe aleea îngheţată, aţi intrat într-o creangă de copac şi v-aţi făcut ţăndări parbrizul incasabil. Nu ar fi plăcut să înţelegeţi ştiinţa din spatele acestor evenimente? Ei bine, poate după ce vă calmaţi.
   Prin prisma ştiinţei privim mai îndeaproape câteva dintre fenomenele fascinante care au rezultat în urma relaţiei noastre de dragoste cu motorul infernal cu ardere internă.

   O dilemă şocantă

   Când afară este frig, bateria maşinii mele e pe jumătate moartă. Când e ger, maşina nici măcar nu mai porneşte. Cu toate acestea, mi s-a spus să ţin bateriile de la lanternă în frigider, ca să nu se consume. De ce frigul e bun pentru bateriile de la lanternă, dar nu şi pentru bateria maşinii?
   Nimeni nu vă spune să încercaţi să folosiţi bateriile de la lanternă atunci când sunt reci. Ar fi la fel de lente ca bateria de la maşină. Frigul inhibă ambele tipuri de baterii. Acestea trebuie să fie la temperatura camerei, ca să vă ofere cantitatea de energie dorită.
   Bateriile produc electricitate - fluxuri de electroni - prin intermediul unei reacţii chimice (vezi p. 48), iar toate reacţiile chimice decurg mai lent la temperaturi scăzute (vezi p. 159). Răciţi o baterie mult sub temperatura normală a camerei, iar numărul de electroni emişi pe secundă (limbaj tehnic: cantitatea de curent pe care o va oferi) va fi redus în mod considerabil, fie că este vorba despre bateria maşinii sau a lanternei. Bateriile reci ale casetofonului cu căşti vor transforma stilul allegro vivace în lento. Şi dacă tot veni vorba, nu le introduceţi până nu se încălzesc; altfel, condensarea umezelii pe suprafeţele reci va produce muzică cu apă - şi aici nu mă refer la Hăndel.
   Doar abilitatea bateriei de a furniza curent - fluxuri puternice de electroni, la cerere - este inhibată de temperaturile scăzute. Frigul nu are aproape nici un efect asupra forţei cu care bateria emite electronii (limbaj tehnic: voltajul).
   Şi încă ceva: bateriile pierd puţină electricitate chiar şi dacă nu sunt conectate, adică până şi atunci când nu produc cantităţi voite de electricitate. Acest fapt le consumă din rezervele limitate de substanţe chimice. Dacă le păstraţi la rece, încetiniţi până şi această reacţie chimică minoră şi conservaţi energia pentru când veţi avea cu adevărat nevoie de ea. însă bateriile alcaline din zilele noastre au o durată de depozitare atât de lungă, încât refrigerarea nu va conta mai deloc.
   în cazul bateriilor de maşină, care conţin un anumit lichid (acid sulfuric), frigul mai este implicat într-un fel. Atunci când bateria furnizează curent, anumiţi atomi (de fapt, sunt ioni, dar n-o să spun nimănui, dacă faceţi şi dumneavoastră la fel) trebuie să migreze sau să înoate prin acid, de la polul pozitiv intern la polul negativ şi viceversa. La tempe¬raturi scăzute, ei sunt încetiniţi considerabil, astfel încât abilitatea bateriei de a furniza curent este la rândul său inhibată.
   Unii mecanici de şcoală veche ar putea să jure că, dacă bateria unei maşini stă mult timp pe beton, şi nu pe raftul unui magazin, betonul "suge electricitatea din ea". Fireşte, betonul este rece şi suge căldura din baterie: asta se întâmplă de fapt.
   Dumneavoastră ar trebui să aveţi mare grijă cu mecanicul care vă suge banii direct din portofel.

   Gustos, dar nu şi aromat

   Mai exact, ce înseamnă GMS şi cum acţionează asupra alimentelor? Este menţionat drept "potenţiator de aromă", dar cum e posibil să sporeşti aroma unui aliment adăugându-i o singură substanţă, indiferent despre ce aromă ar fi vorba?
   Poate că sună ciudat, dar ceva chiar se petrece aici.
   Ceea ce face ca povestea GMS-ului să fie atât de greu de înghiţit este terminologia care induce în eroare : "potenţiatorii de aromă" nu sporesc aroma alimentelor în sensul îmbunătăţirii acesteia; adică nu fac alimentele să aibă un gust mai bun. Ei intensifică sau amplifică aromele deja prezente - indiferent dacă aceste arome sunt plăcute, neutre sau de-a dreptul respingătoare. Industria procesării alimentelor preferă să-i numească "potenţiatori". Noi îi vom numi intensificatori de aromă.
   Cum funcţionează ? Unii experţi în arome discută în termeni de sinergie, situaţie în care efectul total a două lucruri care acţionează împreună este mai mare decât suma efectelor lor individuale. Altfel spus, întregul este mai mare decât suma părţilor. Un intensificator de aromă poate să aibă sau nu o aromă proprie, însă, atunci când se combină cu ceva care are aromă, aceasta este percepută ca fiind mai puternică decât ar fi fost ca atare.
   Cum ne păcăleşte intensificatorul papilele gustative, fâcându-le să ne ofere o senzaţie mai intensă? Cercetătorii încă investighează acest lucru. Potrivit unei teorii, intensificatorii ajută anumite molecule de aromă să se prindă mai bine sau mai mult timp de receptorii de pe limbă. GMS-ul pare să aibă un talent special în ceea ce priveşte intensificarea gustului sărat şi a celui amar.
   GMS înseamnă glutamat monosodic, un derivat al acidului glutamic, care este unul dintre aminoacizii des întâlniţi din care sunt alcătuite proteinele. Totuşi, nu este singurul intensificator de aromă. Alte două substanţe chimice care acţionează la fel sunt cunoscute pe piaţă drept 5'-IMP şi 5'-GMP (chimiştii le numesc inosinat-5'-disodic şi guanilat-5'-disodic). Toate cele trei substanţe sunt derivaţi ai aminoacizilor naturali care se găsesc în plante precum ciuperci şi alge.
   Calităţile de accentuare a aromei ale acestor materiale de origine vegetală sunt cunoscute de mii de ani. Japonezii, de exemplu, folosesc în mod tradiţional algele în supe rafinate, delicate, care pot beneficia astfel de o amplificare semnificativă a gustului. Japonia este principalul producător de GMS pur din lume, o pudră albă, cristalină, care s-a vândut decenii la rând cu tonele. Ea este utilizată cu precădere în producerea alimentelor gata preparate, deşi restaurantele chinezeşti o folosesc adesea ca ingredient la gătit.
   Recent, GMS-ul a fost oarecum aspru criticat, deoarece creează reacţii neplăcute la anumite persoane. Toate dovezile par să indice că problema, dacă poate fi numită aşa, este că unii oameni sunt hipersensibili la GMS; GMS-ul nu este în mod inerent periculos decât atunci când e luat în doze mari. Dar aproape orice este periculos în doze mari.
   Administraţia Americană pentru Controlul Alimentelor şi Medicamentelor nu a solicitat până acum menţionarea separată a conţinutului de GMS pe etichetele alimentelor. însă l-aţi putea găsi, pe el sau pe verişorii săi apropiaţi, pe etichetele supelor şi snacksurilor, ascunzându-se în spatele mai multor pseudonime, precum extract de Kombu, glutaven, Aji-no-moto (pe produsele japoneze) şi proteină vegetală hidrolizată, adică o proteină vegetală care a fost descompusă în aminoacizii care o formau, printre care şi acidul glutamic.
   Diferiţi alţi compuşi de intensificare a aromei sunt extraşi din drojdii. O companie produce şi vinde firmelor de procesare a alimentelor peste 24 de "intensificatori de aromă" pe bază de drojdii, concepuţi astfel încât să intensifice anumite arome, de la cea de vită sau pui la caşcaval sau a alimentelor sărate. Veţi observa că figurează printre ingredientele de pe ambalaj drept "extract din drojdie", "nutrient de drojdie" sau "aromă naturală", deşi, strict vorbind, nu sunt arome. Pe de altă parte, nici GMS nu sunt.

   Sub nici o formă

   îmi plac fripturile mai crude. Dar ce să le spun acelor persoane mai catolice decât Papa care mă tachinează că mănânc carne "în sânge"?
   Nimic. Pur şi simplu zâmbiţi. Se înşală.

   îmi pare rău, dar răspunsul trebuie să fie : "Da şi nu". Poate de aceea oamenii umblă repetând pur şi simplu papagaliceşte răspunsul prefabricat, dar deloc lămuritor, potrivit căruia "evaporarea este un proces de răcire".
   Remarcăm că glandele noastre sudoripare secretă un lichid - apă ce conţine puţină sare şi uree - la suprafaţa pielii numai în anumite momente, de exemplu: a) când ne este cald, b) când depunem un efort intens sau c) când suntem pe cale să rostim un discurs şi nu ne mai găsim notiţele.
   Totuşi, în realitate, procesul de transpiraţie funcţionează întotdeauna, chiar şi atunci când este frig. Este un mecanism esenţial de menţinere a temperaturii corpului la un nivel constant. în situaţiile a, b şi c de mai sus, transpiraţia este produsă mai rapid decât se poate evapora, prin urmare observăm acumularea de umezeală pe piele.
   Câinii, solicitaţi mult mai rar să rostească discursuri, nu au glande sudoripare pe piele (ci doar, în mod ciudat, pe pernuţele labelor). Aşa că îşi scot limbile extraordinar de lungi şi gâfâie, ceea ce accelerează evaporarea salivei, răcind aerul care le ajunge în plămâni. Alte animale transpiră în grade diferite. Porcii transpiră într-adevăr uneori "ca porcii", deşi le place să se răcorească bălăcindu-se în noroi, la fel ca elefanţii şi hipopotamii. De fapt, obiceiul nu diferă foarte mult de scăldatul nostru rapid în piscină.
   însă ce este evaporarea, mai exact? Este procesul prin care anumite molecule de la suprafaţa unui lichid decid pur şi simplu să se despartă de surorile lor şi să-şi ia zborul. Pe măsură ce pleacă tot mai multe molecule, cantitatea de lichid rămasă scade. Aţi văzut acest fenomen de zeci de ori: podelele ude se usucă, la fel ca rufele de pe sârmă.
   Dacă dorim să accelerăm evaporarea, putem face două lucruri: încălzim şi suflăm. încălzirea lichidului le conferă tot mai multor molecule energia de care au nevoie ca să scape. Aşa au apărut uscătoarele de păr, precum şi acele abominabile uscătoare de mâini, cu aer cald, din toaletele publice. Suflatul dispersează mulţimea de molecule de apă care tocmai s-au evaporat şi face loc în aer pentru mai multe. Suflatul în supa fierbinte pentru a o răci constituie o aplicare clasică, dar lipsită de eleganţă, a acestui principiu. Un alt exemplu: vă va fi frig atunci când ieşiţi din cadă, dacă în cameră este curent, deşi temperatura aerului poate fi chiar plăcută.
   ÎNCERCAŢI: Suflaţi pe dosul palmei şi veţi simţi un aer rece, deşi respiraţia dumneavoastră este caldă şi vi se pare că nu transpiraţi.
   Suflatul accelerează evaporarea cantităţii reduse de umezeală care se găseşte în permanenţă la suprafaţa pielii. Afară, întotdeauna vă va fi mai frig atunci când bate vântul. "Factorul de răcire al vântului" cu care meteorologii din nord adoră să ne sperie în timpul iernii reprezintă o încercare de a lua în calcul acest fenomen. Din păcate, el nu se aplică decât atunci când sunteţi dezbrăcat.
   Aşadar, de ce ar trebui exodul moleculelor de apă să reducă temperatura lichidului rămas şi, prin urmare, să scadă temperatura obiectului cu care lichidul vine în contact? O să sune aproape înfricoşător, însă procesul de evaporare este deosebit de selectiv. El alege în mod preferenţial şi înlătură moleculele mai rapide (mai fierbinţi), lăsându-le în urmă pe cele mai reci (mai lente). Iată cum.
   Moleculele oricărui lichid se află într-o mişcare continuă: alunecă una pe lângă alta, se agită, ţâşnesc de colo-colo, se ciocnesc unele de altele şi, în general, se comportă ca un muşuroi de furnici. Cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât mişcarea moleculară este mai rapidă (şi cu atât furnicile se deplasează mai rapid, dacă chiar vreţi să ştiţi). De fapt, asta este cu adevărat temperatura: o măsură a energiei cinetice (energia mişcării) medii a tuturor moleculelor substanţei.
   Cuvântul important aici este mediu, deoarece, la orice temperatura dată, moleculele nu se mişcă toate cu aceeaşi viteză. Unele s-ar putea deplasa foarte rapid, deoarece tocmai au primit un impuls în urma ciocnirii cu o altă moleculă. în acelaşi timp, moleculele care le-au lovit se mişcă mai lent, pentru că tocmai au dat o parte din energia lor moleculelor cu care s-au ciocnit. Mergeţi la cea mai apropiată masă de biliard şi veţi observa că bila albă încetineşte în mod considerabil atunci când loveşte o altă bilă, în vreme ce bila lovită îşi ia avânt cu o viteză mai mare. însă energia medie a celor două bile - "temperatura" lor - rămâne neschimbată.
   La suprafaţa unui lichid, ce molecule credeţi că sunt cele mai predispuse la saltul în aer şi evaporare? Cele cu energia cea mai mare,...

   Foloseşte şi aruncă

   Pentru a economisi energia şi resursele, reciclăm tot felul de lucruri în ultima vreme. Putem recicla însăşi energia?
   Categoric, dacă prin reciclare înţelegeţi transformarea unui lucru în ceva mai util. Facem asta tot timpul. Centralele electrice transformă apa, cărbunii sau energia nucleară în electricitate. în prăjitoarele noastre de pâine din bucătărie, transformăm energia electrică în energie termică, în motoarele automobilelor noastre, transformăm energia chimică în mişcare (energie cinetică). Toate formele diferite de energie sunt inter-şanjabile; tot ce trebuie să facem este să inventăm o maşină potrivită ca să facă acest lucru.
   însă există şi o şmecherie - poate cea mai mare şmecherie din întregul univers. De fiecare dată când convertim energia, pierdem puţin din valoarea ei. Iar asta nu numai pentru că dispozitivele noastre sunt ineficiente sau pentru că lucrăm de mântuială; e vorba de ceva mult mai important. E ca şi cum aţi încerca să schimbaţi valută într-o ţară străină; există un agent de schimb cosmic care îşi ia în mod inevitabil partea lui din fiecare tranzacţie. Numele acestui agent de schimb cosmic este Cea de-a Doua Lege a Termodinamicii.
   E cu adevărat o glumă de genul "Am două veşti: una buna şi una proastă".
   Mai întâi, vestea bună. Aceasta este Legea Conservării Energiei, cunoscută şi sub numele de Prima Lege a Termodinamicii. Ea afirmă că energia nu poate fi creată sau distrusă. Poate fi convertită din una dintre multiplele sale forme în alta - căldură, lumină, energie chimică, energie electrică, masă şi aşa mai departe -, însă, potrivit Primei Legi, cantitatea de energie trebuie să rămână mereu aceeaşi; energia nu dispare niciodată pur şi simplu. Cantitatea de masă-energie din univers a fost stabilită atunci când a fost creată (vezi p. 235). Nu putem rămâne niciodată fără energie.
   Grozav! înseamnă că tot ce trebuie să facem este să continuăm să convertim şi să reconvertim energia în formele de care avem nevoie pe moment - lumina becului, electricitatea unei baterii, mişcarea motoru¬lui - şi să continuăm să o folosim la nesfârşit. Vom recicla energia exact la fel cum reciclăm conservele din aluminiu, nu?
   Din păcate, nu. Iată şi vestea proastă. Cea de-a Doua Lege a Termodinamicii afirmă că, ori de câte ori convertim energia dintr-o formă în alta, pierdem puţin din caracterul său util. Nu putem pierde energie - Prima Lege interzice acest lucru -, însă pierdem puţin din abilitatea ei de a face treabă. Şi dacă nu poţi să-ţi faci treaba cu ea, la ce mai foloseşte energia?
   Motivul pentru care se pierde puţin din forţa de muncă este acela că, ori de câte ori convertim energia dintr-o formă în alta, o parte ajunge să fie energie termică, fie că vrem asta sau nu.
   Circa 60% din energia cărbunilor care sunt arşi la centrala electrică din zona în care locuiţi se pierde sub formă de căldură; doar 40% ajunge să devină electricitate şi o bună parte din acest procent se pierde în drum spre dumneavoastră, prin firele de electricitate. Apoi, 98% din energia electrică folosită la aprinderea unui bec se pierde sub formă de căldură. O bună parte din energia chimică a benzinei iese prin radiatorul şi ţeava de eşapament a maşinii dumneavoastră sub formă de căldură.
   Chiar dacă toate aceste operaţiuni complexe ar fi 100% eficiente, o parte din căldură s-ar pierde în mod inevitabil. Chiar şi atunci când apa învârte o roată hidraulică, o mică parte din energia apei se transformă în căldură prin frecarea cu elementele componente ale roţii.
   A ne aştepta să nu se producă deloc căldură e ca şi cum ne-am aştepta să nu existe deloc frecare. Iar a ne aştepta să nu se producă deloc frecare e ca şi cum ne-am aştepta ca o maşină să funcţioneze la infinit fără să încetinească niciodată. Mişcare continuă. Energie de nicăieri. Iar asta este imposibil. (Vezi Prima Lege.) Prin urmare, ori de câte ori energia este pusă la treabă, trebuie să se producă şi puţină căldură.
   Dar căldura tot energie e, nu? Fireşte. Atunci, de ce nu putem să luăm căldura asta şi s-o punem din nou la treabă, ca energie utilizabilă?
   Iată adevărata veste proastă a Celei de-a Doua Legi: într-adevăr, putem face acest lucru, însă nu în totalitate. în vreme ce alte forme de energiepot fi convertite 100% în căldură, căldura nu poate fi transformată 100% în orice altă formă. De ce? Deoarece căldura este o mişcare...