活动关节时为什么会咔咔作响？| 趣问万物_风闻

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来源 | 万物

编辑 | Mirror

活动关节时为何会咔咔作响？

当我们活动关节时，经常会听到“咔咔”的响声。这种声音是怎么来的呢？

在我们的关节中存在一种叫做滑膜的结构，会分泌起润滑作用的液体（关节液），而关节面则由一层软骨组织覆盖。过去人们认为我们在活动关节时，关节面被分开，在关节液中形成的气泡突然破裂，就发出了“咔咔”的响声。然而，把这种声音归结为气泡破裂并没有充分的实验证据。2015年，来自阿尔伯塔大学的研究团队通过实时磁共振成像技术，第一次在人体内直接观察了这一现象并揭示出其背后真正的成因。

在实验过程中，研究者以每秒3.2帧的频率拍摄下受试者双手中10个掌指关节的活动情况，从中捕捉关节发出声响时的画面。磁共振图像显示，当关节面分开时，关节液中会迅速形成气泡，同时发出声响。

磁共振图像显示关节发出响声前（左）后（右）的状态，黄色箭头为关节间隙 | 图片来源Kawchuk, G. N. et al. (2015）

这一现象揭示了活动关节的声响来自于气泡形成之时，而非人们所以为的气泡破裂。当两个浸没于液体且相互接触的固体表面被迅速分开时，就可能形成小气泡，然后随着压力减小长成大气泡。这种现象被称为“摩擦成核作用”（tribonucleation）。

正常活动关节时发出“咔咔”响声并不代表身体异常，也并没有证据表明这会导致关节炎等问题。为了检验人们的这个疑虑，一位医生（Donald L. Unger）曾亲身试验，只掰其中一只手的关节，而不动另一只，坚持了60年，也并未因此患关节炎。这位颇具献身精神的医生还因为这项实验在2009年获得了搞笑诺贝尔奖。

为什么有些人睡觉时会不自觉张开嘴？

有些人在睡觉时并没有意识到自己是张着嘴的，比起担心不雅观，其背后可能存在的健康隐患才是更需要重视的。

在大多数情况中，睡觉张嘴是由于鼻腔通道被堵，无法用鼻子顺畅呼吸，嘴巴就自动接下这项性命攸关的重任。如果鼻腔通道只是部分堵塞，在你醒着的时候，稍微用力呼吸就能打开通道，但是当你睡着的时候，身体处于节能模式，自然就会选择更轻松的呼吸方式，即通过嘴巴而非被堵住的鼻腔。

一些人通过鼻腔呼吸不畅可能与鼻子或下颌的构造有关，例如鼻腔导气管过窄。但最常见的原因还是过敏性或病毒性鼻炎导致鼻黏膜肿胀，并且产生大量粘液，使空气难以顺畅流通。其他原因还包括鼻中隔偏曲、扁桃体肿大等。不过，即使在这些病症痊愈后，你可能仍会在睡觉时张嘴呼吸，因为身体已经习惯如此。

但这可不是什么好习惯，用嘴呼吸久了最直接的感受就是会口干舌燥，唾液不足，再加上口腔缺少鼻腔的鼻毛和鼻黏膜等保护屏障，空气中的病菌就有机会趁虚而入。此外，有研究表明，儿童如果长期习惯口呼吸还可能影响其面部发育。

想要改善这一问题，平常就要有意识地控制自己用鼻子呼吸，让身体养成习惯；平躺时，适当抬高头部，也更易保持口腔关闭。当然，最靠谱的解决方式还是咨询医生。

摇晃水瓶能加热水吗**？**

我们知道摩擦能生热，所以冬天可以通过搓搓双手来取暖。但同样是摩擦，当我们晃动水瓶时，瓶子与液体以及液体之间的摩擦却似乎并没有让我们感受到热量。这并不是因为它们的摩擦不会产生热量，而是因为它们产生的热量并不足以使水温明显升高，而且还会通过热传导流失到瓶身及周围环境中。

从微观层面看，温度是一个系统中所有粒子平均动能的衡量形式，反映了粒子热运动的剧烈程度。系统中的粒子运动越快，系统的整体平均温度就越高。让一立方厘米的水升高1℃需要略多于4焦的能量，如果你想把一升水加热到沸腾（100℃），就需要大约320千焦的能量（80ºC * 1000cm3 * 4J/ºC cm3），相当于一辆汽车以90km/h的速度行驶时的动能，所以手速还是别想了。

不过据说，曾有国外电视台让全体职员用手使劲摇晃装有一些水的保温瓶，持续接力整整10小时，最终把水温从室温（约23℃）升到了热气腾腾的70℃。这里使用的是保温瓶，因此热量更不容易流失。在最理想的真空环境下，缺少热传导的介质，或许就能以更省力的方式通过摇晃让水升温。你以为给自己省下了加热的燃料费，其实是花了补充自身热量的吃饭钱。能量守恒，在宇宙哪儿都一样。

星系碰撞后会发生什么？

天文学家过去就知道，我们的太阳以及其他数千亿颗恒星所在的银河系正在逐渐靠近直径是自身1.6倍的仙女星系****，未来的某一天两个星系终将碰撞。得益于盖亚空间望远镜对仙女星系恒星的细致测量，现在我们对这个碰撞事件的具体发生时间有了更为准确的预测：大约45亿年后。到时，地球年龄将是现在的两倍，与之相比，人类历史的长度几乎不值一提，所以我们也不必为此过分担心。

实际上，“碰撞”一词用在这里并不恰当，因为星系中大部分区域是空无一物的。因此，与其说银河系与仙女星系“碰撞”在了一起，倒不如说它们互相穿过了对方。恒星的自身直径相对于它们彼此之间的距离微不足道，太阳以及银河系内其他恒星与仙女星系中的某颗恒星发生碰撞的概率微乎其微，除非你身处银河系之外，亲眼目睹两个星系的碰撞，否则你很难察觉到发生的一切。所以，各位银河系居民请停止杞人忧天！

虽然在有生之年我们不能亲眼见证银河系与其他星系发生碰撞，但望远镜能够观测到宇宙中的其他星系，它们之间的碰撞一直在发生，这为我们研究这一星系演化过程提供了样本。星系碰撞最显著的影响是改变了星系的形状——原本近乎完美的盘状结构或旋臂在潮汐力的作用下被扭曲得面目全非。如果碰撞的速度足够慢，两个星系将没有足够的能量彼此分开，它们最终会合并成一个新的巨型星系——文学家相信这也将是银河系与仙女星系的结局，他们甚至还给这个未来星系取名为银河仙女星系。

水黾如何在水面上行走？

当你蹲下来仔细观察湖面时，可能会看见一只在水面上行走的昆虫，长得像蜘蛛，但却是6条腿，它的名字就叫做水黾（min，三声）。世界上有超过1700种水黾，它们有着黑褐色的身躯，六条细长的腿向外伸展，能在水面上自如行动。如果你凑近仔细看，就会发现它们腿末端接触的水面略微下陷，但却不会沉入水中。这种“水上漂”的功夫背后其实是物理学原理。

基础物理学告诉我们，昆虫所受的重力若小于液体将其上托起的支持力，它就不会下沉。为避免溺水，水黾必须尽可能增大这个向上的推力。古希腊科学家阿基米德曾提出，液体中物体所受到的向上的浮力等于物体排开液体的重量。但对于浮在液体表面的物体而言，就需要运用不同的物理定律。

液体的表面极为特殊，就如同一张绷紧的弹簧垫。这是因为构成液体的分子之间存在相互作用力，处于液体内部的分子所受到的各个方向的作用力相对平衡，但对液体表面的分子而言，缺少了来自上方液体的作用力，就会在内部液体的“牵拉”下，“绷紧”表面，形成张力，即表面张力。同一物体在不同液体表面所受到的张力也不同，而在非金属液体中，水能提供的表面张力相比其他常见液体更大。

而水黾能够克服重力正是利用了水的表面张力，而且它们与水面接触的腿部末端细长，能够分散对水面的压力并获得更大的支持力，远远超过重力，因此不用担心下沉。另外，水黾腿上还有防水的油质细毛，可以为水上滑行提供保障。

大多数水黾的体重都很轻，不过，体型最大的海南巨黾已经快接近安全体重范围的极限。它们的约3克重，但同时腿长也超过20厘米，因此还能维持在水面的平衡。如果哪天吃太饱没控制住体重，能否安然“划水”可就悬了。