20 Больших вопросов Вселенной и научные ответы на них
Наука - это не клубок беспорядочных и бесполезных знаний, а настоящий кладезь Вселенской мудрости.
Вот 20 главных вопросов, которыми когда-либо задавалось человечество. И какие-никакие ответы на них.
1. Из чего сделана Вселенная?
Астрономы оказались сбитыми с толку: им неизвестно 95% состава Вселенной. Атомы, образующие все, что мы видим вокруг себя, составляют лишь жалкие 5%.
За последние 80 лет стало ясно, что внушительный остаток составляют два загадочных элемента - темная материя и темная энергия.
Первая, впервые обнаруженная в 1933 году, выступает в качестве невидимого клея, связывающего вместе галактики и скопления галактик. Последняя, представленная в 1998 году, заставляет Вселенную расширяться на невиданных скоростях. Астрономы теряются в догадках на счет истинной природы этих невидимых «чужаков».
2. Как зародилась жизнь?
Четыре миллиарда лет назад что-то зашевелилось в первичном бульоне. Несколько простых химических веществ соединились, создав биологию – появились первые молекулы, способные самовоспроизводиться.
Мы, люди, эволюционно связаны с этими биологическими молекулами. Но как эти основные химические вещества, существовавшие тогда на Земле, самопроизвольно организовались в нечто, напоминающее жизнь? Как мы дошли до ДНК? На что были похожи первые клетки?
Уже более 50 лет после того, как химик Стенли Миллер предложил свою теорию "первичного бульона", мы так и не пришли к пониманию, что же произошло.
Некоторые полагают, что жизнь зародилась в горячих водоемах возле вулканов, другие настаивают на том, что жизнь была занесена метеоритами, упавшими в море и подогревшими его.
3. Одни ли мы во Вселенной?
Возможно, нет. Астрономы прочесывают Вселенную в поисках мест, где вода могла дать начало жизни – от Европы и Марса в нашей Солнечной системе до планет на расстоянии долгих световых лет. Радиотелескопы уже давно прослушивают небеса, а в 1977 году был зафиксирован сигнал, имеющий потенциальные признаки инопланетного сообщения.
Астрономы теперь могут сканировать атмосферы чужих миров на предмет кислорода и воды. Следующие несколько десятилетий обещают быть захватывающим временем в поисках жизни на 60 млн потенциально обитаемых планетах только в Млечном пути.
4. Что делает нас людьми?
Геном человека на 99% идентичен геному шимпанзе и, если на то пошло, на 50% - геному банана. Мозг человека больше, чем мозг большинства животных. Не самый большой, но содержит в три раза больше нейронов, чем мозг гориллы (86 млрд, если быть точным).
Многие вещи, которые считают прерогативой человека - язык, использование инструментов, узнавание себя в зеркале – отмечались и у других животных. Возможно, отличие в нашей культуре и ее последующем влиянии на гены (и наоборот).
Ученые считают, что обзавестись большим мозгом людям помогло использование огня и приготовление пищи. Но вполне возможно, что Землю сделали планетой людей, а не обезьян наша способность к сотрудничеству и навыки торговли.
5. Что такое сознание?
Ученые до сих пор не сошлись во мнении, что такое сознание. Мы знаем, что сознание связано с различными областями мозга, объединенными в сеть, а не отдельной его частью. Предположительно, если мы выясним, какие области мозга задействуются, и как работает нейронная схема, мы поймем, как возникает сознание.
В более глубоком, почти философском смысле, вопрос заключается в том, почему все должно быть изначально осознанным? Предположительно, что за счет интеграции и обработки большого количества информации, а также фокусировки и блокирования, а не реагирования на сенсорные раздражители, мы можем различать, что реально, а что нет, и представить несколько сценариев будущего, которые помогают нам адаптироваться и выжить.
6. Почему нам снятся сны?
Мы проводим около трети нашей жизни во сне. Учитывая, сколько времени мы уделяем сну, можно подумать, мы должны знать о нем все. Но ученые до сих пор ищут полное объяснение, почему мы спим и видим сны.
Сторонники взглядов Зигмунда Фрейда рассматривают сны, как выражение нереализованных желаний (часто сексуальных), в то время как другие интересуются, являются ли сны чем-нибудь, кроме случайных вспышек активности спящего мозга.
Исследования на животных и достижения в визуализации головного мозга привели нас к более сложному предположению, что сны могут играть определенную роль в памяти, обучении и эмоциях.
Крысы, например, показали, что повторение их дневного опыта во сне, по-видимому, помогает им решать сложные задачи, такие как навигация в лабиринте.
7. Почему вообще что-то существует?
На самом деле нас не должно было быть здесь. «Материя», из которой мы сделаны, - это вещество, у которого есть копия, называемая «антивеществом». Они отличаются друг от друга только электрическим зарядом.
Когда они встречаются – оба исчезают во вспышке энергии. Существуют теории, что большой взрыв создал равное количество того и другого, а это означает, что встреча вещества и антивещества погубит обоих, и Вселенная будет заполнена исключительно энергией.
Очевидно, что в природе существует тонкое отклонение, иначе нас бы просто не было. Ученые пытаются найти разгадку с помощью Большого адронного коллайдера. Кроме того, некоторые ученые, опираясь на существование вещества и антивещества, выдвигают теорию двойников. По их мнению, у каждого из нас может быть двойник в некоем другом измерении.
8. Существуют ли другие Вселенные?
Наша Вселенная – весьма ненадежное место. Стоит «настройкам» измениться хотя бы чуть-чуть, и жизнь, какой мы ее знаем, станет невозможной. В попытках решить проблему «точных настроек», физики разрабатывают идею иных Вселенных.
Если в «мультивселенной» есть бесконечное число Вселенных, тогда каждая комбинация параметров настройки где-нибудь бы сработала, и мы бы оказались во Вселенной, в которой могли бы существовать. Это может показаться безумием, но данные космологии и квантовой физики прокладывают нам путь к познанию мира именно в этом направлении.
9. Что делать с углекислым газом?
За последние пару сотен лет люди заполнили атмосферу Земли углекислым газом, выпустив его из недр Земли, путем сжигания ископаемого горючего. Сегодня человечество стоит перед задачей остановить этот процесс или, в противном случае, столкнуться с жестокими последствиями изменения климата.
Но как это сделать? Существует идея «захоронить» углекислый газ в старых нефтяных и газовых месторождениях. Согласно другому варианту, предлагается спрятать его на дне морском. Однако неизвестно, как долго он сможет там оставаться, и какие могут быть риски.
В тоже самое время, перед нашей планетой стоит задача защитить и сохранить природные источники углерода - леса и торфяные болота, а также добывать альтернативные виды энергии и топлива.
10. Как получить больше энергии от Солнца?
Истощающиеся запасы ископаемого топлива означают, что наша планета нуждается в новом виде энергии. Ближайшая к нам звезда предлагает далеко не одно решение. Энергия солнца уже используется как в быту, так и в промышленности.
Еще одна идея заключается в том, чтобы использовать энергию солнечного света для расщепления воды на составные элементы – кислород и водород, который мог бы обеспечить автомобили будущего чистым топливом.
Ученые также работают над воссозданием процессов, которые происходят внутри звезд - они строят машину термоядерного синтеза. Есть надежда, что эти решения в будущем смогут удовлетворить наши потребности в энергии.
11. Что делает простые числа такими загадочными?
Простые числа, т. е. те, которые могут делиться только на единицу и само себя, позволяют нам, безопасно совершать покупки в Интернете. Для шифрования открытым ключом – сердца электронной торговли – используются простые числа.
Несмотря на фундаментальное значение простых чисел в повседневной жизни, они продолжают оставаться загадкой. На протяжении многих столетий лучшие математики бьются над ее разгадкой. Гипотеза Бернхарда Римана, выдвинутая в 1859 году и связанная с распределением простых чисел среди натуральных, до сих пор не нашла доказательства. Если бы это удалось сделать – Интернет был бы «разрушен».
12. Как победить бактерии?
Антибиотики – одно из чудес современной медицины. Открытие лауреата Нобелевской премии - сэра Александра Флеминга - позволило побороть смертельные болезни, безопасно проводить операции, трансплантации и химиотерапию.
И все же полностью опасность не миновала. Так, например, в Европе около 25 тыс. человек ежегодно умирают от стойких к антибиотикам бактерий. К счастью, благодаря появлению упорядочивающей ДНК, а также инновационным методам, таким как пересадка «хороших» бактерий из фекалий и поиск новых бактерий в океанских глубинах, мы можем противостоять организмам, которые на 3 миллиарда лет старше нас.
13. Станут ли компьютеры еще быстрее и эффективнее?
Современные планшеты и смартфоны обладают гораздо большей вычислительной мощностью, чем те компьютеры, которые были на борту астронавтов, отправившихся в 1969 году на Луну. Хотим ли мы расширить предел вычислительных возможностей гаджетов в наших карманах, и как мы собираемся это сделать?
Сейчас ученые изучают возможность использования новых материалов, как, например, графен (модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом), а также пытаются разрабатывать новые системы, например, квантовый компьютер.
14. Сможем ли мы победить рак?
Ответ краток: « ».
Ни одна болезнь не оказалась столь цепкой, как рак, который существует со времен динозавров, и, будучи вызван «плохими» генами может подстерегать каждого из нас.
Чем дольше мы живем, тем большая вероятность того, что что-то может пойти не так. Тем не менее, несмотря на невероятную сложность, генетики все больше и больше узнают о том, что вызывает рак, как он распространяется, а также о том, как его лучше лечить и предотвращать.
Следует помнить, что до половины всех случаев рака - 3,7 млн в год - можно предотвратить. В случае с раком очень важна профилактика – отказ от курения, умеренное потребление еды и спиртных напитков, активный образ жизни и воздержание от долгого пребывания под полуденным солнцем.
15. Когда появятся слуги-роботы?
Роботы уже могут накрывать на стол и носить чемоданы. Современная робототехника может предложить нам индивидуально специализированных роботов: они готовят к доставке заказы Amazon, доят коров, сортируют почту и перевозят вас от терминала к аэропорту.
Но для того, чтобы получить по-настоящему "умного" Робота, нам требуется взломать искусственный интеллект. Реальный вопрос заключается в том, оставите ли вы роботизированного слугу одного дома с вашей бабушкой. В Японии поставлена задача обеспечить всех престарелых людей надежными роботами к 2025 году.
16. Что находится на дне океана?
95% океана остается неисследованным. Что там?
В поисках ответа на этот вопрос в 1960 году Дон Уолш и Жак Пикар опустились на семь миль вниз, до самой глубокой части океана (Марианская впадина). Их путешествие расширило границы человеческих возможностей, но дал им только беглый набросок о жизни на морском дне.
Добраться до дна технически весьма сложно, так что большей частью люди вынуждены прибегать к отправке в глубины беспилотных летательных аппаратов, как разведчиков. Сегодняшние открытия – от причудливых рыб, таких как опистопроктовые, с их прозрачными головами, до потенциального лечения болезни Альцгеймера, сделанного благодаря ракообразным - это малая часть того странного мира, скрытого под волнами.
17. Что находится по обратную сторону черной дыры?
Для ответа на этот вопрос ученые еще не обладают нужным инструментарием. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, умирающая и разрушающаяся массивная звезда, образующая черную дыру, продолжает оседать пока не образует бесконечно малую, бесконечно плотную точку под названием сингулярность.
В то же время, сторонники квантовой физики, которые никогда полностью не разделяли общую теорию относительности, надеются найти объяснение невидимому центру одного из самых невероятных творений Вселенной благодаря своей идее, названной М-теорией (или теорией струн).
18. Можем ли мы жить вечно?
Мы живем в удивительное время: мы стали думать о старении не как о факте жизни, а как о болезни, которую можно вылечить и, возможно, предупредить, или, по крайней мере, отложить на очень длительное время.
Наши знания о причинах старения и том, почему некоторые животные живут дольше других, стремительно расширяются. Несмотря на то, что остается много неизвестного, собранные нами ключевые знания о ДНК, балансе старения, метаболизма, плюс генов, которые регулируют этот процесс, составляют картину, позволяющую разработать лекарственные препараты, продлевающие жизнь.
Но вопрос не в том, как жить дольше, а в том, как жить дольше хорошо. А так как многие заболевания, такие как диабет и рак, являются заболеваниями старения, победа над старением может стать ключом к их лечению.
19. Как нам решить проблему с перенаселением?
Количество людей на нашей планете удвоилось до более, чем 7 млрд с 1960 года, и ожидается, что к 2050 году нас станет, по меньшей мере, 9 млрд. Где мы все будем жить, и как мы будем добывать достаточно еды и топлива для нашего постоянно растущего населения?
Может быть, мы сможем заселить Марс или начать строить многоквартирные дома под землей. Мы можем даже начать питаться выращенным в лаборатории мясом.
Возможно, пока эти решения кажутся фантастическими, но нам следовало бы начать относиться к ним серьезно.
20. Возможны ли путешествия во времени?
Путешественники во времени уже среди нас.
Благодаря специальной теории относительности Эйнштейна, время для астронавтов, работающих на орбите международной космической станции, идет медленнее.
На таких скоростях эффект ничтожен, но, наращивание скорости и увеличение эффекта означает, что в один прекрасный день люди смогут перемещаться на тысячи лет в будущее.
При этом похоже, что природа менее охотно открывает возможности для вояжа в другую сторону и не хочет, чтобы мы возвращались в прошлое. Однако физики работают над сложным способом добиться этого с помощью «червоточины» и космических кораблей.
Путешествия во времени позволят подарить себе подарок на Рождество или получить ответ на некоторые из многочисленных вопросов Вселенной.
