活動關節時為什麼會咔咔作響？| 趣問萬物_風聞

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活動關節時為何會咔咔作響？

當我們活動關節時，經常會聽到“咔咔”的響聲。這種聲音是怎麼來的呢？

在我們的關節中存在一種叫做滑膜的結構，會分泌起潤滑作用的液體（關節液），而關節面則由一層軟骨組織覆蓋。過去人們認為我們在活動關節時，關節面被分開，在關節液中形成的氣泡突然破裂，就發出了“咔咔”的響聲。然而，把這種聲音歸結為氣泡破裂並沒有充分的實驗證據。2015年，來自阿爾伯塔大學的研究團隊通過實時磁共振成像技術，第一次在人體內直接觀察了這一現象並揭示出其背後真正的成因。

在實驗過程中，研究者以每秒3.2幀的頻率拍攝下受試者雙手中10個掌指關節的活動情況，從中捕捉關節發出聲響時的畫面。磁共振圖像顯示，當關節面分開時，關節液中會迅速形成氣泡，同時發出聲響。

磁共振圖像顯示關節發出響聲前（左）後（右）的狀態，黃色箭頭為關節間隙 | 圖片來源Kawchuk, G. N. et al. (2015）

這一現象揭示了活動關節的聲響來自於氣泡形成之時，而非人們所以為的氣泡破裂。當兩個浸沒於液體且相互接觸的固體表面被迅速分開時，就可能形成小氣泡，然後隨着壓力減小長成大氣泡。這種現象被稱為“摩擦成核作用”（tribonucleation）。

正常活動關節時發出“咔咔”響聲並不代表身體異常，也並沒有證據表明這會導致關節炎等問題。為了檢驗人們的這個疑慮，一位醫生（Donald L. Unger）曾親身試驗，只掰其中一隻手的關節，而不動另一隻，堅持了60年，也並未因此患關節炎。這位頗具獻身精神的醫生還因為這項實驗在2009年獲得了搞笑諾貝爾獎。

為什麼有些人睡覺時會不自覺張開嘴？

有些人在睡覺時並沒有意識到自己是張着嘴的，比起擔心不雅觀，其背後可能存在的健康隱患才是更需要重視的。

在大多數情況中，睡覺張嘴是由於鼻腔通道被堵，無法用鼻子順暢呼吸，嘴巴就自動接下這項性命攸關的重任。如果鼻腔通道只是部分堵塞，在你醒着的時候，稍微用力呼吸就能打開通道，但是當你睡着的時候，身體處於節能模式，自然就會選擇更輕鬆的呼吸方式，即通過嘴巴而非被堵住的鼻腔。

一些人通過鼻腔呼吸不暢可能與鼻子或下頜的構造有關，例如鼻腔導氣管過窄。但最常見的原因還是過敏性或病毒性鼻炎導致鼻黏膜腫脹，並且產生大量粘液，使空氣難以順暢流通。其他原因還包括鼻中隔偏曲、扁桃體腫大等。不過，即使在這些病症痊癒後，你可能仍會在睡覺時張嘴呼吸，因為身體已經習慣如此。

但這可不是什麼好習慣，用嘴呼吸久了最直接的感受就是會口乾舌燥，唾液不足，再加上口腔缺少鼻腔的鼻毛和鼻黏膜等保護屏障，空氣中的病菌就有機會趁虛而入。此外，有研究表明，兒童如果長期習慣口呼吸還可能影響其面部發育。

想要改善這一問題，平常就要有意識地控制自己用鼻子呼吸，讓身體養成習慣；平躺時，適當抬高頭部，也更易保持口腔關閉。當然，最靠譜的解決方式還是諮詢醫生。

搖晃水瓶能加熱水嗎**？**

我們知道摩擦能生熱，所以冬天可以通過搓搓雙手來取暖。但同樣是摩擦，當我們晃動水瓶時，瓶子與液體以及液體之間的摩擦卻似乎並沒有讓我們感受到熱量。這並不是因為它們的摩擦不會產生熱量，而是因為它們產生的熱量並不足以使水温明顯升高，而且還會通過熱傳導流失到瓶身及周圍環境中。

從微觀層面看，温度是一個系統中所有粒子平均動能的衡量形式，反映了粒子熱運動的劇烈程度。系統中的粒子運動越快，系統的整體平均温度就越高。讓一立方厘米的水升高1℃需要略多於4焦的能量，如果你想把一升水加熱到沸騰（100℃），就需要大約320千焦的能量（80ºC * 1000cm3 * 4J/ºC cm3），相當於一輛汽車以90km/h的速度行駛時的動能，所以手速還是別想了。

不過據説，曾有國外電視台讓全體職員用手使勁搖晃裝有一些水的保温瓶，持續接力整整10小時，最終把水温從室温（約23℃）升到了熱氣騰騰的70℃。這裏使用的是保温瓶，因此熱量更不容易流失。在最理想的真空環境下，缺少熱傳導的介質，或許就能以更省力的方式通過搖晃讓水升温。你以為給自己省下了加熱的燃料費，其實是花了補充自身熱量的吃飯錢。能量守恆，在宇宙哪兒都一樣。

星系碰撞後會發生什麼？

天文學家過去就知道，我們的太陽以及其他數千億顆恆星所在的銀河系正在逐漸靠近直徑是自身1.6倍的仙女星系****，未來的某一天兩個星系終將碰撞。得益於蓋亞空間望遠鏡對仙女星系恆星的細緻測量，現在我們對這個碰撞事件的具體發生時間有了更為準確的預測：大約45億年後。到時，地球年齡將是現在的兩倍，與之相比，人類歷史的長度幾乎不值一提，所以我們也不必為此過分擔心。

實際上，“碰撞”一詞用在這裏並不恰當，因為星系中大部分區域是空無一物的。因此，與其説銀河系與仙女星系“碰撞”在了一起，倒不如説它們互相穿過了對方。恆星的自身直徑相對於它們彼此之間的距離微不足道，太陽以及銀河系內其他恆星與仙女星系中的某顆恆星發生碰撞的概率微乎其微，除非你身處銀河系之外，親眼目睹兩個星系的碰撞，否則你很難察覺到發生的一切。所以，各位銀河系居民請停止杞人憂天！

雖然在有生之年我們不能親眼見證銀河系與其他星系發生碰撞，但望遠鏡能夠觀測到宇宙中的其他星系，它們之間的碰撞一直在發生，這為我們研究這一星系演化過程提供了樣本。星系碰撞最顯著的影響是改變了星系的形狀——原本近乎完美的盤狀結構或旋臂在潮汐力的作用下被扭曲得面目全非。如果碰撞的速度足夠慢，兩個星系將沒有足夠的能量彼此分開，它們最終會合併成一個新的巨型星系——文學家相信這也將是銀河系與仙女星系的結局，他們甚至還給這個未來星系取名為銀河仙女星系。

水黽如何在水面上行走？

當你蹲下來仔細觀察湖面時，可能會看見一隻在水面上行走的昆蟲，長得像蜘蛛，但卻是6條腿，它的名字就叫做水黽（min，三聲）。世界上有超過1700種水黽，它們有着黑褐色的身軀，六條細長的腿向外伸展，能在水面上自如行動。如果你湊近仔細看，就會發現它們腿末端接觸的水面略微下陷，但卻不會沉入水中。這種“水上漂”的功夫背後其實是物理學原理。

基礎物理學告訴我們，昆蟲所受的重力若小於液體將其上托起的支持力，它就不會下沉。為避免溺水，水黽必須儘可能增大這個向上的推力。古希臘科學家阿基米德曾提出，液體中物體所受到的向上的浮力等於物體排開液體的重量。但對於浮在液體表面的物體而言，就需要運用不同的物理定律。

液體的表面極為特殊，就如同一張繃緊的彈簧墊。這是因為構成液體的分子之間存在相互作用力，處於液體內部的分子所受到的各個方向的作用力相對平衡，但對液體表面的分子而言，缺少了來自上方液體的作用力，就會在內部液體的“牽拉”下，“繃緊”表面，形成張力，即表面張力。同一物體在不同液體表面所受到的張力也不同，而在非金屬液體中，水能提供的表面張力相比其他常見液體更大。

而水黽能夠克服重力正是利用了水的表面張力，而且它們與水面接觸的腿部末端細長，能夠分散對水面的壓力並獲得更大的支持力，遠遠超過重力，因此不用擔心下沉。另外，水黽腿上還有防水的油質細毛，可以為水上滑行提供保障。

大多數水黽的體重都很輕，不過，體型最大的海南巨黽已經快接近安全體重範圍的極限。它們的約3克重，但同時腿長也超過20釐米，因此還能維持在水面的平衡。如果哪天吃太飽沒控制住體重，能否安然“划水”可就懸了。