Проклятые вопросы современной науки. Список. Зеленые дети Вулпита. Послание из Космоса

Ракета-носитель “Ангара”

Смерть Айседоры Дункан

Тайроны

Проект полета на Марс глазами NASA

По следам Тунгусского метеорита: Дьявольское кладбище

Благодатный Огонь

Благодатный Огонь считается одним из чудес православ­ного христианства. Сейчас, в отличие от былых времен, за его появлением могут следить не только...

Гостинная в загородном доме

Все большее количество семей при малейшей возможности стараются приобрести загородный дом либо построить его. Ведь как бы ни была хороша...

Достопримечательности Осло

Осло - столица Норвегии и, без сомнения, её самый привлекательный город. Он - зеркало страны, как её истории, так и современности. ...

Возможности 3D-принтеров для дома и жизни

Трехмерная печать появилась более трех десятилетий назад, однако широкое распрострнение данная технология получила относительно недавно. 3D-принтер представляет собой устройство, ...

Актуальные тренды дачной мебели

Дизайн дачи давно уже никто не пускает на самотек, делая ее жалким вместилищем устаревшей для городской квартиры мебели, дешевых предметов обстановки...

Солнечная электростанция в Минске станет частью комплексного проекта «Газпрома»

«Зеленые здания» в Минске, строящиеся по стандарту B-REA-M, называли самым амбициозным проектом в столице Беларуси, притом еще и достаточно...

Прозрачные дисплеи

Современные технологии в области техники и электроники не стоят на месте, ежедневно появляются новые и высокотехнологичные гаджеты, позволяющие реализовать самые...

Устройство мира

Тысячу лет назад на Руси полыхали костры, на которых проповедники «любви и милосердия» заживо сжигали Волхвов. Суньте палец в...

Как-то получилось, что из акул в Балтийском море представлены лишь...

Вы уменьшаете боль при помощи морфия, вплоть до последнего дня эксперимента, а потом заменяете морфий физиологическим раствором. И угадайте, что происходит? Физиологический раствор снимает боль.

Это - эффект плацебо: каким-то образом состав из ничего может оказать очень мощное воздействие. Врачи знают об эффекте плацебо уже давно. Но кроме того, что, по-видимому, он имеет биохимическую природу, мы не знаем ничего. Ясно одно: разум может влиять на биохимию организма.

2. Проблема горизонта

Наша Вселенная оказывается необъяснимо едина. Посмотрите на пространство от одного края видимой Вселенной до другого, и вы увидите, что на всем протяжении фон микроволнового излучения в космосе имеет одинаковую температуру. Это не кажется удивительным до тех пор, пока вы не вспомните, что эти два края находятся на расстоянии 28 миллиардов световых лет друг от друга, а нашей Вселенной всего лишь 14 миллиардов лет.

Ничто не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света, поэтому невозможно, чтобы тепловое излучение смогло пропутешествовать между двумя горизонтами и уравновесить горячие и холодные зоны, образовавшиеся во время Большого взрыва, установив то тепловое равновесие, которое мы видим сейчас.

С научной точки зрения одинаковая температура фонового излучения является аномалией. Объяснить ее можно было бы признанием того, что скорость света не постоянна. Но даже в этом случае мы все равно бессильны перед вопросом: почему?

3. Ультра-энергетические космические лучи

Вот уже более десяти лет физики в Японии наблюдают космические лучи, которые не должны существовать. Космические лучи - это частицы, которые путешествуют во Вселенной со скоростью близкой к скорости света. Некоторые космические лучи приходят на Землю в результате насильственных событий, таких как взрыв сверхновой. Но мы ничего не знаем о происхождении высокоэнергетических частиц, наблюдаемых в природе. И даже это еще не настоящая тайна.

Когда частицы космических лучей перемещаются в пространстве, они теряют энергию при столкновении с фотонами низкого уровня энергии, например, из космического микроволнового фонового излучения. Однако в Токийском университете обнаружили космические лучи с очень высокой энергией. Теоретически они могли появиться только из нашей галактики, но найти источник этих космических лучей в нашей галактике астрономы не могут.

4. Феномен гомеопатии

Мадлен Эннис (Madeleine Ennis), фармаколог из Королевского университета Белфаста - настоящее бедствие для гомеопатии. Она выступила против заявлений гомеопатов о том, что химическое средство может быть разбавлено до такой степени, что образец не будет содержать практически ничего, кроме воды, и в то же время обладать исцеляющей силой. Эннис решила раз и навсегда доказать, что гомеопатия является просто болтовней.

В своей последней работе она описывает, как ее группа в четырех разных лабораториях исследовала воздействие ультра-разбавленных растворов гистамина на белые кровяные тельца, участвующие в воспалении. К удивлению ученых выяснилось, что гомеопатические растворы (разведенные до такой степени, что, по всей видимости, не содержали даже одной молекулы гистамина), работали так же, как и гистамин.

До этих экспериментов ни одно гомеопатическое средство никогда не срабатывало в клинических испытаниях. Но белфастское исследование свидетельствует о том, что все-таки что-то происходит. "Мы, - говорит Эннис, - не может объяснить наши находки и сообщаем о них для поощрения других к расследованию этого явления".

Если результаты окажутся реальными, считает она, то последствия могут быть весьма существенными: нам, возможно, придется переписывать физику и химию.

5. Темная материя

Возьмите наше самое лучшее знание о гравитации, примените его к вращению галактик, и вы сразу же обнаружите проблему: согласно нашему знанию, галактики должны распадаться. Галактическая материя вращается вокруг центральной точки, поскольку ее гравитационное притяжение создает центростремительные силы. Но для создания наблюдаемого вращения в галактиках не хватает массы.

Вера Рубин (Vera Rubin), астроном из отдела земного магнетизма института Карнеги в Вашингтоне, заметила эту аномалию в конце семидесятых годов прошлого века. Лучший ответ, которые смогли дать физики, заключался в предположении, что во Вселенной имеется больше вещества, чем мы можем наблюдать. Проблема заключалась в том, что никто не мог объяснить, чем является эта "темная материя".

Объяснить ее ученые не могут до сих пор, и это неприятный пробел в нашем понимании. Астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что темная материя должна составлять примерно 90% от массы Вселенной, и все же мы поразительно невежественны в отношении того, что это за 90%.

6. Жизнь на Марсе

20 июля 1976 года. Гилберт Левин (Gilbert Levin) сидит на самом краешке своего кресла. На расстоянии миллионов километров от него, на Марсе, спускаемый космический аппарат "Викинг" взял образцы почвы. Аппаратура Левина смешала их с веществом, содержащим углерод-14. Ученые, участвующие в эксперименте, считают, что если в почве обнаружатся выбросы метана, содержащие углерод-14, то на Марсе должна быть жизнь .

Анализаторы "Викинга" дают положительный результат. Нечто поглощает питательные вещества, преобразовывает их, а затем выделяет газ, содержащий углерод-14. Но почему же нет праздника?

Потому что другой анализатор, предназначенный для определения органических молекул, являющихся необходимыми признаками жизни, ничего не нашел. Ученые состорожничали и объявили открытия "Викинга" ложноположительными. Но так ли это?

Результаты, переданные с последнего космического аппарата НАСА, показывают, что в прошлом поверхность Марса почти наверняка содержала воду и потому была благоприятна для жизни. Существуют и другие доказательства. "Каждый полет на Марс, - говорит Гилберт Левин, - предоставляет данные, подтверждающие мое заключение. Ни одно из них ему не противоречит".

Левин отстаивает свои взгляды уже не в одиночку. Джо Миллер (Joe Miller), микробиолог из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе, проанализировал данные заново и считает, что выбросы демонстрируют признаки циркадного цикла. А это с высокой долей вероятности предполагает наличие жизни. Правы ли эти ученые - пока неизвестно.

7. Тетранейтроны

Четыре года назад были обнаружены шесть частиц, которые не должны были существовать. Их назвали тетранейтронами - четыре нейтрона, которые находятся в связи, игнорирующей законы физики.

Группа ученых из Кана под руководством Франсиско Мигеля Маркеса (Francisco Miguel Marquès) выстреливала ядра бериллия в небольшую углеродную цель и анализировала их траектории с помощью детекторов. Ученые ожидали увидеть, что четыре разных нейтрона попадут в разные детекторы. Вместо этого они обнаружили только одну вспышку света в одном детекторе.

Энергия этой вспышки показала, что все четыре нейтрона попали в один и тот же детектор. Возможно, это просто совпадение, и четыре нейтрона случайно попали в одно и то же место в одно и то же время. Но это до смешного маловероятно.

Вместе с тем, такое поведение не маловероятно для тетранейтронов. Правда, некоторые могут возразить, что согласно стандартной модели физики элементарных частиц, тетранейтроны просто не могут существовать. Ведь по принципу Паули, в одной системе не существует даже двух протонов или нейтронов, которые могли бы обладать одинаковыми квантовыми свойствами. Удерживающая их вместе ядерная сила такова, что не может удержать даже два одиночных нейтрона, не говоря о четырех.

Маркес и его группа были настолько ошеломлены полученными результатами, что "похоронили" эти данные в научном труде, который гласил о некой вероятности открытия тетранейтронов в будущем. Ведь если начать менять законы физики, чтобы обосновать связь четырех нейтронов, возникнет хаос.

Признание существования тетранейтронов означало бы, что сочетание элементов, образовавшихся после Большого взрыва, не согласуется с тем, что мы сейчас наблюдаем. И, что еще хуже, сформированные элементы становятся слишком тяжелыми для космоса. "Вероятно, Вселенная сколлапсировала бы прежде, чем стала расширяться", - говорит Наталья Тимофеюк (Natalia Timofeyuk), теоретик из университета Суррей в Гилфорде, Великобритания.

Вместе с тем, имеются и другие доказательства, говорящие в пользу того, что материя может состоять из многочисленных нейтронов. Это - нейтронные звезды. Они содержат огромное количество связанных нейтронов, и это означает, что когда нейтроны собираются в массы, в действие вступают все еще необъяснимые для нас силы.

8. Аномалия Pioneer

В 1972 американцами был запущен космический аппарат Pioneer-10. На его борту находилось послание внеземным цивилизациям - табличка с изображениями мужчины, женщины и схемы расположения Земли в космосе. Год спустя вслед за ним отправился Pioneer-11. К настоящему времени оба аппарата уже должны были находиться в дальнем космосе. Однако необычным образом их траектории сильно отклонились от расчетных.

Что-то начало их тянуть (или толкать), в результате чего они начали двигаться с ускорением. Оно было крошечным - меньше нанометра в секунду, что эквивалентно одной десятимиллиардной доли гравитации на поверхности Земли. Но этого оказалось достаточно, чтобы сместить Pioneer-10 с его траектории на 400 000 километров.

С Pioneer-11 НАСА потеряла связь в 1995 году, но до того момента он отклонялся от траектории точно так же, как и его предшественник. Чем это было вызвано? Никто не знает.

Некоторые из возможных объяснений уже были отвергнуты, в том числе программные ошибки, солнечный ветер и утечки топлива. Если причиной явился некий гравитационный эффект, то мы об этом ничего не знаем. Физики находятся просто в растерянности.

9. Темная энергия

Это одна из самых известных и наиболее трудноразрешимых проблем физики. В 1998 году астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется со все большей скоростью. До этого считалось, что после Большого взрыва расширение Вселенной замедляется.

Разумного объяснения этому открытию ученые до сих пор не нашли. Одно из предположений - за это явление ответственно некое свойство пустого пространства. Космологи назвали его темной энергией. Но все попытки идентифицировать ее потерпели неудачу.

10. Десятая планета

Если вы отправитесь в путешествие к самому краю Солнечной системы, в холодную зону пространства за Плутоном, то увидите нечто странное. После прохождения пояса Койпера - области космоса, изобилующей ледяными скалами, - вы внезапно увидите пустое пространство.

Астрономы называют эту границу скалой Койпера, так как после нее плотность космического каменного пояса резко уменьшается. Что является причиной? Единственным ответом на это может быть наличие десятой планеты в нашей Солнечной системе. Причем, чтобы так очистить пространство от мусора, она должна быть такой же массивной как Земля или Марс.

Но, хоть расчеты и показывают, что такое тело могло стать причиной существования пояса Койпера, никто и никогда не видел эту легендарную десятую планету.

11. Космический сигнал WOW

Он продолжался 37 секунд и пришел из космоса. 15 августа 1977 года на распечатке радиотелескопа в штате Делавэр самописцы начертили: WOW. И двадцать восемь лет спустя никто не знает, что было причиной этого сигнала.

Импульсы пришли из созвездия Стрельца на частоте около 1420 МГц. Передачи в этом диапазоне запрещены международным соглашением. Природные источники излучения, такие как термические выбросы планет, охватывают гораздо более широкий диапазон частот. Что же явилось причиной излучения этих импульсов? Ответа до сих пор нет.

Ближайшая к нам звезда в этом направлении находится на расстоянии 220 световых лет. Если сигнал пришел оттуда, то это должно быть либо огромным астрономическим событием, либо развитой внеземной цивилизацией с удивительно мощным передатчиком.

Все последующие наблюдения на том же участке неба ни к чему не привели. Сигнала подобного WOW больше не зарегистрировано.

12. Такие непостоянные постоянные

В 1997 году астроном Джон Уэбб (John Webb) и его группа из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее проанализировали свет, приходящий на Землю от далеких квазаров. В своем путешествии длительностью в 12 миллиардов лет свет проходит через межзвездные облака, состоящие из металлов, таких как железо, никель и хром. Исследователи обнаружили, что эти атомы поглощают фотоны света квазара, однако совсем не те, что ожидалось.

Единственное более-менее разумное объяснение этому явлению состоит в том, что физическая постоянная, называемая постоянной тонкой структуры, или альфой, имеет другую величину при прохождения света через облака.

Но это ересь! Альфа является чрезвычайно важной постоянной, определяющей, как свет взаимодействует с материей, и она не должна изменяться! Ее значение, среди прочего, зависит от заряда электрона, скорости света и постоянной Планка. Возможно ли, чтобы какие-то из этих параметров действительно изменились?!

Никто из физиков не хотел верить в правильность измерений. Уэбб и его группа в течение многих лет пытались найти ошибки в своих результатах. Но им до сих пор это не удалось.

Результаты Уэбба - не единственные, подтверждающие, что в нашем понимании альфы что-то не так. Недавний анализ единственно известного природного ядерного реактора, действовавшего почти 2 миллиарда лет тому назад там, где в настоящее время находится Окло в Габоне, также говорит о том, что во взаимодействии света с материей что-то изменилось.

Пропорция определенных радиоактивных изотопов, выработанных в таком реакторе, зависит от альфы, и поэтому анализ продуктов деления, сохранившихся в почве Окло, дает возможность определить значение постоянной во время их образования.

Используя этот метод, Стив Ламорей (Steve Lamoreaux) и его коллеги из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико предположили, что с момента действия в Окло альфа уменьшилась более чем на 4%. И это означает, что наши представления о постоянных может оказаться неверным.

13. Низкотемпературный ядерный синтез (НТС)

После шестнадцатилетнего отсутствия он вернулся. Хотя, на самом деле НТС никогда и не исчезал. Начиная с 1989 года, лаборатории ВМФ США провели более 200 экспериментов, призванных выяснить, могут ли ядерные реакции при комнатной температуре генерировать больше энергии, чем потреблять (считается, что это возможно только внутри звезд).

Управляемый ядерный синтез решил бы многие мировые энергетические проблемы. Неудивительно, что Министерство энергетики США так в нем заинтересовано. В декабре прошлого года после длительного рассмотрения всех доказательств, оно заявило, что открыто для предложений по новым НТС экспериментам.

Это довольно крутой поворот. Пятнадцать лет назад это же самое министерство заключило, что первоначальные результаты по НТС, полученные Мартином Флейшманом (Martin Fleischmann) и Стэнли Понсом (Stanley Pons) из университета штата Юта и торжественно представленные на пресс-конференции в 1989 году, невозможно подтвердить, и таким образом они, вероятно, являются ложными.

Основной принцип НТС заключается в том, что погружение электродов палладия в тяжелую воду (в которой кислород соединен с изотопом тяжелого водорода) может освободить большое количество энергии. Загвоздка состоит в том, что все общепризнанные научные теории считают, что ядерный синтез при комнатной температуре невозможен.

Почему видимой материи больше, чем антиматерии

Больше всего обсуждений происходит вокруг b-мезонов, короткоживущих субатомных частиц, состоящих из одного кварка и одного антикварка. Распад B-мезонов происходит медленнее, чем распад анти-B-мезонов, благодаря чему и могло появиться достаточное количество B-мезонов для формирования всего во Вселенной. Добавим, что существующие B-, D- и K-мезоны могут изменяться и становиться античастицами, и превращаться в частицы вновь. По одной из гипотез, мезоны, по всей вероятности, принимают обычное состояние, что вполне возможно, поскольку обычных частиц все же больше, чем античастиц.

Куда пропал литий из Вселенной

В ранней Вселенной, когда температура была невероятно высокой, изотопы водорода, гелия и лития образовывались в больших количествах, но со временем от изотопов лития-7 осталась лишь треть. Различные теории включая, и гипотетические, основанные на гипотетических бозонах, названных аксионами, пытаются пролить свет на причину изменения. Предлагаются и теории, объясняющие исчезновение лития тем, что он был поглощен ядрами звезд, которые не могут быть обнаружены современными телескопами. Как бы то ни было, единой и точной версии, объясняющей данный феномен, пока не существует.

Зачем людям сон

Хотя мы знаем, что тело человека регулируется так называемыми циркадными часами - биологическим инструментом отвечающим за сон и бодрствование - суть этого явления пока не объяснена. Во время сна в теле человека происходит регенерация тканей, клеток и еще множество других процессов. Существуют организмы, которым вообще не нужен сон, так почему это необходимо людям? Относительно этого вопроса было высказано несколько предположений, но ни одно из них не является исчерпывающим. Пока ученые не знают точно, почему мы спим, однако они уже выяснили, насколько сон важен для организма и как сильно влияет на такие процессы, как умственная работа и гибкость мышления.

Как работает гравитация

Все мы знаем, что гравитация Луны вызывает приливы и отливы, гравитация Земли удерживает нас на земной поверхности, гравитация Солнца удерживает нашу планету на орбите, но насколько глубоко наше понимание этих явлений? Эта сила влияет на то, что у больших объектов есть возможность притягивать к себе меньшие. Ученые пока вникают в суть действия гравитации, не имея при этом достаточных объяснений, по какой причине она существует. Почему атомы большей частью состоят из пустого пространства? Почему сила, которая сдерживает атомы вместе, отличается от гравитации? Состоит ли гравитация из каких-то частиц? Ответы на эти вопросы невозможно получить с помощью современного понимания физики.

Где все

Диаметр обозримой вселенной составляет 92 миллиарда световых лет, наполненных миллиардами галактик со звездами и планетами, тем не менее, видимые следы жизни присутствуют только на Земле. Статистически шанс, что мы являемся единственной формой жизни во Вселенной до невозможного мал, но почему же мы до сей поры ни с кем не связались?

Эта загадка известна как Парадокс Ферми. Было предложено множество объяснений этого парадокса, причем некоторые из них вполне правдоподобны. Мы можем вечно рассуждать о каких-то вероятных сценариях: пропущенных сигналах, о том что они уже здесь, а мы и не знаем об этом, они не могут или не хотят связываться с нами. Или - вот самый разочаровывающий сценарий - Земля действительно единственная обитаемая планета во Вселенной.

Из чего состоит темная материя

Около 80% вещества во Вселенной состоит из темной материи. Темная материя - такая своеобразная субстанция, которая совершенно не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Несмотря на то, что первые теории о темной материи появились примерно 70 лет назад, прямых доказательств, подтверждающих ее существование, обнаружено не было. Многие ученые полагают, что темная материя образована из слабовзаимодействующих массивных частиц, которые могут быть в сотни раз массивнее протонов, но их взаимодействие не может быть легко обнаружено с помощью существующих приборов.

Как зародилась жизнь

Сторонники теории «Первородного бульона» верят, что плодородная ранняя Земля самостоятельно сформировала все увеличивающиеся сложные молекулы, которые и дали начало жизни на Земле. Это могло случиться и на дне океана, и в кратерах вулканов и в толщах льдов. Принимая во внимание, что ДНК является доминирующей основой жизни на планете, РНК могла бы быть одной из первопричин зарождения жизни на нашей планете. Иные теории считают важнейшими аспектами для зарождающейся жизни электромагнитную и вулканическую активность. Некоторые верят в панспермию, гипотезу, согласно которой жизнь была принесена на Землю с метеоритами или кометами в форме микробов.

Как происходит тектоническая активность

Теория литосферных плит, передвигающихся, перераспределяющих континенты и вызывающих землетрясения и извержения вулканов, получила распространение относительно недавно.

Несмотря на то, что первые постулаты в начале 1500 века гласили, что все нынешние континенты могли быть единым континентом (что не является особенным преувеличением, достаточно просто взглянуть на карту мира), эта идея не получила большого распространения до 1960-х, когда появилась обоснованная физическими доказательствами теория спрединга океанического дна, согласно которой блоки литосферы океанической коры раздвигаются и высвобождающееся пространство заполняется магмой, генерируемой в мантии Земли.

Ученые не совсем уверены, что вызывает эти самые сдвиги и как обозначились границы тектонических плит. Существует бессчетное множество различных теорий, но ни одна из них полностью не объясняет все аспекты тектонической активности.

Как мигрируют животные

Многие виды животных и насекомых мигрируют в течение года, сбегая от сезонной смены температуры и убывания жизненно важных ресурсов. Миграция может занять тысячи километров в одном только направлении, так как же животные повторяют этот путь туда и обратно год за годом? Каждый вид применяет различные навигационные инструменты, включая и такие, которые позволяют использовать возможности магнитного поля Земли. Животным они служат своего рода внутренним компасом. Ученые до сих пор не знают, каким образом может быть развита подобная способность или как животные из года в год определяют точное направление.

Что такое темная энергия

Из всех неразгаданных тайн это главная. Темная материя, о которой говорилось ранее, составляет до 80% всего вещества в обозримой Вселенной, темная энергия, гипотетическая форма энергии, по предположениям ученых, может занимать до 70% Вселенной. Ее называют одной из причин расширения Вселенной, хотя это на данный момент не более чем теория. Пока о ней известно лишь, что она имеет низкую плотность, весьма равномерно распределена, и, предположительно, не взаимодействует с обычной материей посредством известных фундаментальных типов взаимодействия.

За последние два столетия наука ответила на множество вопросов о природе и законах, которым она подчиняется. Мы смогли исследовать галактики и атомы, составляющие материю. Мы построили машины, которые могут считать и решать проблемы, неподвластные решению силами человека. Мы решили вековые математические задачи и создали теории, которые дали математике новые проблемы. Эта статья не об этих достижениях. Эта статья о проблемах в науке, которые по-прежнему заставляют ученых искать и задумчиво чесать головы в надежде, что когда-нибудь эти вопросы приведут к возгласу «Эврика!».

Турбулентность

Турбулентность - слово далеко не новое. Вам оно известно как слово, описывающее внезапную тряску во время полета. Тем не менее турбулентность в механике жидкостей - совершенно другое дело. Летная турбулентность, технически называемая «турбулентностью при ясном небе», возникает при встрече двух воздушных тел, движущихся на разных скоростях. Физики, однако, с трудом объясняют это явление турбулентности в жидкостях. Математикам снятся кошмары о ней.

Турбулентность в жидкостях окружает нас всюду. Струя, вытекающая из крана, полностью распадается на хаотичные частицы жидкости, отличные от единого потока, которые мы получаем, когда открываем кран. Это один из классических примеров турбулентности, который используется для объяснения явления школьникам и студентам. Турбулентность распространена в природе, ее можно встретить в различных геофизических и океанических потоках. Она также важна для инженеров, поскольку часто рождается в потоках над лопастями турбин, закрылками и другими элементами. Турбулентность характеризуется случайными колебаниями в таких переменных, как скорость и давление.

Хотя на тему турбулентности было проведено много экспериментов и получено много эмпирических данных, мы все еще далеки от убедительной теории о том, что именно вызывает турбулентность в жидкости, как она контролируется и что именно упорядочивает этот хаос. Решение проблемы осложняется еще и тем, что уравнения, определяющие движение жидкости - уравнения Навье-Стокса - весьма трудно анализировать. Ученые прибегают к высокопроизводительным методикам вычислений, наряду с экспериментами и теоретическими упрощениями в процессе изучения явления, но полной теории турбулентности нет и нет. Таким образом, турбулентность жидкости остается одной из важнейших нерешенных проблем физики на сегодняшний день. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман назвал ее «наиболее важной нерешенной проблемой классической физики». Когда квантового физика Вернера Гейзенберга спросили, если бы он предстал перед Богом и получил возможность попросить его о чем угодно, что бы это было, физик ответил: «Я задал бы ему два вопроса. Почему относительность? И почему турбулентность? Думаю, на первый вопрос у него точно будет ответ».

Ресурс Digit.in получил шанс поговорить с профессором Роддамом Нарасимхой и вот, что тот ответил:

«На сегодняшний день мы не в состоянии прогнозировать простейшие турбулентные потоки, не обращаясь к экспериментальным данным о самом потоке. К примеру, в настоящее время невозможно предсказать потерю давления в трубе с турбулентным потоком, но благодаря умному использованию данных, полученных в экспериментах, она становится известна. Основная проблема в том, что интересные нам проблемы турбулентных потоков почти всегда в высочайшей степени нелинейны, и математики, которая сумела бы справиться с такими чрезвычайно нелинейными проблемами, похоже, не существует. Среди многих физиков долгое время было распространено поверье, что когда в их теме всплывает новая проблема, каким-то образом, словно по волшебству, необходимая для решения математика вдруг оказывается уже изобретенной. Проблема турбулентности демонстрирует исключение из этого правила. Законы, управляющие проблемой, хорошо известны и для простых жидкостей не под давлением в нормальных условиях заключены в уравнениях Навье-Стокса. Но решения остаются неизвестными. Нынешняя математика неэффективна в решении проблемы турбулентности. Как сказал Ричард Фейнман, турбулентность остается величайшей из нерешенных проблем классической физики».

Важность изучений турбулентности породила новое поколение вычислительных методик. Решение, хотя бы приблизительное, теории турбулентности позволит науке делать лучшие прогнозы погоды, проектировать энергоэффективные автомобили и самолеты и лучше понимать различные природные явления.

Происхождение жизни

Мы всегда были одержимы изучением возможности существования жизни на других планетах, но есть один вопрос, который волнует ученых больше: как жизнь появилась на Земле? Хотя ответ на этот вопрос не принесет особой практической пользы, путь к ответу может привести к ряду интересных открытий в областях от микробиологии до астрофизики.

Ученые считают, что ключ к пониманию происхождения жизни может быть в выяснении того, как две характерных особенности жизни - размножение и генетическая передача - появились в виде процессов в молекулах, которые получили способность репликации. Это привело к образованию так называемой теории «первичного бульона», согласно которой на юной Земле непонятным образом появилась смесь, этакий бульон из молекул, которая насыщалась энергией солнца и молний. За долгое время эти молекулы должны были сложиться в более сложные органические структуры, из которых состоит жизнь. Эта теория получила частичную поддержку в процессе знаменитого эксперимента Миллера-Ури, когда двое ученых создали аминокислоту, пропуская электрические заряды через смесь простых элементов из метана, аммиака, воды и водорода. Однако открытие ДНК и РНК поумерило изначальный восторг, поскольку кажется невозможным, что такая элегантная структура, как ДНК, сможет развиться из примитивного бульона химических веществ.

Существует течение, которое предполагает, что юный мир был скорее РНК-миром, чем ДНК-миром. РНК, как выяснилось, обладает способностью ускорять реакции, оставаясь неизменной, и хранить генетический материал вместе со способностью к воспроизводству. Но чтобы назвать РНК оригинальным репликатором жизни вместо ДНК, ученые должны найти свидетельства элементов, которые могли образовать нуклеотиды - строительные блоки молекул РНК. Дело в том, что нуклеотиды крайне сложно произвести, даже в лабораторных условиях. Первичный бульон кажется неспособным к произведению этих молекул. Такой вывод привел к другой школе мысли, которая полагает, что органические молекулы, присутствующие в примитивной жизни, обладают внеземным происхождением и были доставлены на Землю из космоса на метеоритах, что привело к развитию теории панспермии. Другое возможное объяснение сводится к теории «железо-серного мира», которая утверждает, что жизнь на Земле образовалась глубоко под водой, вышла из химических реакций, которые происходят в горячей воде под высоким давлением, найденной вблизи гидротермальных источников.

Весьма примечательно, что даже после 200-летней эпохи индустриализации мы до сих пор не знаем, как на Земле появилась жизнь. Впрочем, интерес к этой задаче всегда остается на хорошем температурном уровне.

Фолдинг белка

Путешествие в чертоги памяти приведет нас к школьным урокам химии или физики, которые мы все так любили (ну, почти все), где нам объясняли, что белки - крайне важные молекулы и строительные кирпичики жизни. Молекулы белка состоят из последовательностей аминокислот, которые влияют на их структуру и, в свою очередь, определяют специфическую деятельность белка. То, как белок укладывается и принимает уникальную нативную пространственную структуру, остается старой загадкой в науке. Журнал Science когда-то назвал фолдинг белка одной из крупнейших нерешенных проблем науки. Проблема, по своей сути, состоит из трех частей: 1) как именно белок эволюционирует в свою финальную нативную структуру? 2) можем ли мы вывести вычислительный алгоритм, чтобы спрогнозировать структуру белка по последовательности его аминокислот? 3) учитывая большое число возможных конформаций, как белок укладывается так быстро? За последние несколько десятилетий на всех трех фронтах был проделан существенный прогресс, тем не менее ученые до сих пор полностью не расшифровали ведущие механизмы и скрытые принципы фолдинга белка.

В процессе фолдинга задействовано большое количество сил и взаимодействий, которые позволяют белку достичь состояния самой низкой из возможных энергий, что придает ему стабильность. Из-за большой сложности структуры и большого количества вовлеченных силовых полей, довольно трудно понять точную физику процесса фолдинга небольших белков. Проблему прогнозирования структуры пытались решить в комбинации с физикой и мощными компьютерами. И хотя с небольшими и относительно простыми белками был достигнут определенный успех, ученые до сих пор пытаются точно спрогнозировать сложенную форму сложных многодоменных белков по их аминокислотной последовательности.

Чтобы понять процесс, представьте, что находитесь на перекрестке тысячи дорог, которые ведут в одном направлении, и вам нужно выбрать путь, который приведет вас к цели за наименьшее время. Точно такая же, только более масштабная проблема лежит в кинетическом механизме фолдинга белка в определенное состояние из возможных. Было выяснено, что случайные тепловые движения играют большую роль в быстрой природе фолдинга и что белок «пролетает» через конформации локально, избегая неблагоприятные структуры, но физический путь остается открытым вопросом - и его решение может привести к появлению более быстрых алгоритмов прогнозирования структуры белка.

Проблема фолдинга белка остается горячей темой в биохимических и биофизических исследованиях современности. Физика и вычислительные алгоритмы, разработанные для фолдинга белка, привели к разработке новых искусственных полимерных материалов. Помимо вклада в рост научных вычислений, проблема привела к лучшему пониманию заболеваний вроде диабета II типа, Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона - в этих расстройствах неправильный фолдинг белков играет важную роль. Лучшее понимание физики фолдинга белка может не только привести к прорывам в материаловедении и биологии, но и произвести революцию в медицине.

Квантовая теория гравитации

Мы все знаем о яблоке, которое упало на голову Ньютона и привело к открытию гравитации. Сказать, что после этого мир перестал быть прежним, - не сказать ничего. Затем появился Альберт Эйнштейн с его общей теорией относительности. Он заново взглянул на гравитацию и искривление пространства-времени, ткани, из которой состоит Вселенная. Представьте тяжелый шар, лежащий на кровати, и небольшой шар, который лежит неподалеку. Тяжелый шар давит на простынь, искривляя ее, и маленький шар скатывается по направлению к первому шару. Теория гравитации Эйнштейна работает шикарно и объясняет даже искривление света. Тем не менее, когда дело доходит до субатомных частиц, работа которых объясняется законами квантовой механики, ОТО выдает довольно странные результаты. Разработка теории гравитации, которая сможет объединить квантовую механику и теорию относительности, две наиболее успешных теории 20 века, остается крупнейшей исследовательской задачей науки.

Эта проблема породила новые и любопытные области в физике и математике. Наибольшее внимание привлекла так называемая теория струн. Теория струн заменяет понятие частиц крошечными вибрирующими струнами, которые могут принимать различные формы. Каждая струна может вибрировать определенным образом, который придает ей определенную массу и спин. Теория струн невероятно сложна и математически устроена в десяти измерениях пространства-времени - на шесть больше, чем мы привыкли считать. Эта теория успешно объясняет множество странностей брака гравитации с квантовой механикой и в свое время была устойчивым кандидатом на должность «теория всего».

Другая теория, формулирующая квантовую гравитацию, называется петлевой квантовой гравитацией. ПКГ относительно менее амбициозна и старается быть, прежде всего, уверенной теорией гравитации, не замахиваясь на великое объединение. ПКГ представляет пространство-время как ткань, образованную крошечными петельками, отсюда и названием. В отличие от теории струн, ПКГ не добавляет лишних измерений.

Хотя у обеих теорией есть свои плюсы и минусы, теория квантовой гравитации остается нерешенным вопросом, поскольку ни одна из теорий не была доказана экспериментально. Экспериментальная проверка и подтверждение любой из вышеупомянутых теорией остается гигантской проблемой экспериментальной физики.

Теория квантовой гравитации едва ли возымеет значимый эффект в нашей повседневной жизни, однако, будучи обнаруженной и доказанной, станет мощным свидетельством того, что мы далеко продвинулись в науке и можем двигаться дальше, в направлении физики черных дыр, путешествий во времени и червоточин.

Гипотеза Римана

В одном из интервью известный теоретик чисел Теренс Тао назвал простые числа атомными элементами теории чисел, довольно веская характеристика. У простых чисел только два делителя, 1 и само число, и таким образом они являются простейшими элементами в мире чисел. Простые числа также чрезвычайно неустойчивы и не вписываются в шаблоны. Большие числа (произведение двух простых чисел) используются для шифрования миллионов безопасных транзакций онлайн. Простая факторизация такого числа займет вечность. Тем не менее, если мы каким-то образом постигнем случайный, на первый взгляд, характер простых чисел и лучше поймем их работу, мы приблизимся к чему-то великому и буквально взломаем Интернет. Решение гипотезы Римана может привести нас на десять шагов ближе к пониманию простых чисел и будет иметь серьезные последствия в банковской, коммерческой структурах и безопасности.

Как уже было упомянуто, простые числа известны своим непростым поведением. В 1859 году Бернхард Риман обнаружил, что количество простых чисел, не превосходящих x, - функция распределения простых чисел, обозначаемая пи (x) - выражается через распределение так называемых «нетривиальных нулей» дзета-функции. Решение Римана связано с дзета-функцией и связанным распределением точек на линии целых чисел, для которых функция равна 0. Гипотеза связана с определенным набором этих точек, «нетривиальных нулей», которые, как полагают, лежат на критической линии: все нетривиальные нули дзета-функции имеют действительную часть, равную ½. Эта гипотеза подтвердила более миллиарда таких нулей и может открыть тайну, окутывающую распределение простых чисел.

Любой математик знает, что гипотеза Римана остается одной из самых крупных загадок без ответа. Решение ее не только повлияет на науку и общество, но и гарантирует автору решения приз в миллион долларов. Это одна из семи великих загадок тысячелетия. Попыток доказать гипотезу Римана было великое множество, но все они остались безуспешными.

Механизмы выживания тихоходок

Тихоходки - это класс микроорганизмов, которые довольно распространены в природе во всех климатических зонах и на любых высотах наших семи континентов. Но это не обычные микроорганизмы: они обладают чрезвычайными способностями к выживанию. Взять хотя бы то, что это первые живые организмы, которые могут пережить опасный вакуум космоса. Немного тихоходок вышли на орбиту ракеты «Фотон-М3», были подвергнуты воздействию всех сортов космической радиации и вернулись практически невредимыми.

Эти организмы не только способны выживать в космосе, но и могут выдерживать температуры чуть выше абсолютного нуля и кипения воды. Также они спокойно переносят давление Марианской впадины, 11-километровой трещины в Тихом океане.

Исследования сводят ряд невероятных способностей тихоходок к криптобиозу, ангидробиозу (высушиванию) - состоянию, в котором метаболическая активность чрезвычайно замедляется. Высушивание позволяет существу терять воду и практически останавливать метаболизм. Получив доступ к воде, тихоходка восстанавливает свое исходное состояние и продолжает жить, будто ничего не произошло. Эта способность помогает ей выживать в пустыне и при засухе, но как этот «маленький водяной медведь» умудряется выживать в космосе или при экстремальных температурах?

В своей высушенной форме тихоходка активирует некоторые жизненно важные функции. Молекула сахара запрещает клеточное расширение, а произведенные антиоксиданты нейтрализуют угрозу, исходящую от вступающих в реакцию с кислородом молекул, присутствующих в излучении космического пространства. Антиоксиданты помогают восстановить поврежденные ДНК, и эта же способность объясняет способность тихоходка переживать экстремальное давление. Хотя все эти функции объясняют сверхспособности тихоходок, мы очень мало знаем об их функциях на молекулярном уровне. Эволюционная история маленьких водяных медведей тоже остается загадкой. Связаны ли их таланты с внеземным происхождением?

Изучение тихоходок может иметь интересные последствия. Если крионика станет возможным, применения ее будут невероятными. Лекарства и таблетки можно будет хранить при комнатной температуре, станет возможно создание суперскафандров для освоения других планет. Астробиологи настроят свои приборы для поиска жизни за пределами Земли еще точнее. Если микроорганизм на Земле может выживать в таких невероятных условиях, есть вероятность, что и на спутниках Юпитера находятся такие тихоходки и спят, ожидая, пока их обнаружат.

Темная энергия и темная материя

Исследование материи на Земле можно сравнить с ковырянием в песочнице. Вся материя, известная нам, составляет всего около 5% известной Вселенной. Остальная часть Вселенной является «темной» и по большей части состоит из «темной материи» (27%) и «темной энергии» (68%).

Любой список нерешенных проблем в науке будет неполным без упоминания загадочных темной материи и темной энергии. Темная энергия выступает в качестве предложенной причины расширения Вселенной. В 1998 году, когда две независимых группы ученых подтвердили, что расширение Вселенной ускоряется, это опровергло популярное на тот момент мнение, что гравитация замедляет расширение Вселенной. Теоретики до сих пор ломают голову, пытаясь объяснить это, и темная энергия остается самым подходящим объяснением. Но чем она является на самом деле - никто не знает. Есть предположения, что темная энергия может быть свойством пространства, своего рода энергией космоса, или пронизывающими космос флюидами, которые непонятным образом приводят к ускорению расширения Вселенной, тогда как «обычная» энергия на это не способна.

Темная материя тоже странная штука. Она практически ни с чем не взаимодействует, даже со светом, существенно затрудняя свое обнаружение. Темная материя была обнаружена вместе со странностями в динамике некоторых галактик. Известная масса галактики не может объяснить расхождения с наблюдаемыми данными, поэтому ученые пришли к выводу, что существует некоторая форма невидимой материи, гравитационная тяга которой удерживает галактики вместе. Темная материя никогда не наблюдалась напрямую, но ученые наблюдали оказываемые ей эффекты с помощью гравитационного линзирования (искривления света, взаимодействующего гравитационно с невидимой материей).

Состав темной материи остается одной из величайших проблем в физике элементарных частиц и космологии. Ученые считают, что темная материя состоит из экзотических частиц - вимпов - которые обязаны своим существованием теории суперсимметрии. Ученые также предполагают, что темная материя может состоять из барионов.

В то время как обе теории - темной материи и темной энергии - вытекают из нашей неспособности объяснить некоторые наблюдаемые особенности Вселенной, они являются в сущности фундаментальными силами космоса и привлекают финансирование крупных экспериментов. Темная энергия отталкивает, а темная материя притягивает. В случае превалирования одной из сил соответствующим образом решится и судьба Вселенной - будет ли она расширяться или сжиматься. Но пока обе теории остаются темными, как и виновники их появления.

Наука уже распахнула для человечества множество дверей, предоставив миллионы важных ответов. Но сегодня по-прежнему есть тайны, ключ к пониманию которых, казалось бы, вот-вот должен быть найден. Но пока его нет. Научно-популярный ресурс попытался разобраться в том, как может выглядеть ТОП-10 нераскрытых, но очень интересных секретов. Участие в составлении списка принимали как именитые ученые, так и обыватели, наслышанные о вопросах, стоящих перед наукой. Итак, десять главных тайн – это…

10. Какой фактор управляет эволюцией?

С одной стороны, на этот вопрос давно ответили, констатировав: естественный отбор. Это одна из самых популярных теорий. Заметьте – теорий, а не аксиом. Многие эксперты склонны считать, что все не так просто, и эволюция не может обходиться одним только этим фактором.

«Я думаю, что одной из самых больших тайн в биологии на сегодняшний день является вопрос о том, действительно ли естественный отбор является единственным определяющим процессом, отвечающим за генерирование сложности организмов, или есть и другие факторы, что также играют роль. Я подозреваю, что последний вариант окажется правильным», — делится предположением Массимо Пиглиуччи (Massimo Pigliucci), специалист отделения экологии и эволюции при нью-йоркском университете Stony Brook.

9. Что происходит в «сердце» землетрясения?

О землетрясениях знают многое: составлены тысячи графиков сейсмологической активности разных регионов Земли. И, казалось бы, не место этому вопросу в списке. Тем не менее, накопленные знания нельзя назвать полными. Ученые могут предсказать, на какую территорию обрушится катаклизм, сколько он продлится, насколько весомыми будут его последствия… Но сейсмологи не способны точно объяснить, что же происходит во время землетрясения внутри планеты. «Проблема фрикционного скольжения при землетрясениях — одна из фундаментальных в науке о Земле», — считает геофизик Том Хитон (Tom Heaton). И добавляет, что ученые последние 30 лет кропотливо работают, предпринимая попытки понять основную «физику» землетрясений.

8. Кто ты?

Природа сознания увлекает как психологов и философов, так и других ученых. Часть ответа уже есть, и она на удивление проста: большинство наших импульсов к тому или иному действию «прописано» в нервных соединениях, к которым не всегда есть доступ у сознательной мысли. Да и нужен ли он? Как бы там ни было, к неизученным областям сегодня во многом относится не только бессознательное, но и вполне сознательные решения: как они формируются? Откуда берутся? Ну и все такое…

Та идея, что сознание полностью контролирует поведение, является такой же неверной, как и идея о том, что Земля плоская, — говорят ученые. И хотя нам и кажется, что мы сами собой руководим, но это от недостатка знаний о подсознательных мотивах.

7. Как появилась жизнь на Земле?

С одной стороны, на эту тему можно говорить часами и ни разу не повториться. А с другой… Теории, теории. Никто толком не может сказать, каким же образом миллиарды лет тому назад на планете появилась микробиальная жизнь. Круг предположения широк: от химических реакций в воде – до реакций в камнях.

«Было предложено много теорий, но так как подтвердить или опровергнуть их очень тяжело, по сути, не одна из них не была полностью одобрена», — объясняет, в чем загвоздка, биолог из университета New Mexicо Диана Норсап (Diana Northup).

6. Как работает мозг?

Кто-то может сказать, что этот вопрос отнесли в список таинственных незаслуженно, потому что о мозге известно многое. Факт. Известно многое. Но если сравнить то, что мы знаем, с тем, о чем понятия не имеем, то, как говориться, становится мучительно больно. Миллиарды нейронов, у каждого из которых есть тысячи связей… Ученые, правда, поговаривают, что . Что ж, поживем-увидим.

«Все мы думаем, что понимаем мозг. По меньшей мере, свой собственный: через опыт. Но наш субъективный опыт – очень бедненький гид к тому, как же все таки работает мозг», — говорит Скот Хьюэттель (Scott Huettel) из центра когнитивной нейрологии при университете Duke.

5. Где остальная часть Вселенной?

Представьте себе, что от огромного торта у вас есть только кроха. Где-то так чувствуют себя ученые, изучающий секреты Вселенной. Говорят, сегодня космологи определили местонахождения 4% материи и энергии из того, что есть вообще. Остальные 96% — это и есть в некотором роде пропавший торт…

«Я называю это темной стороной Вселенной», — делится размышлениями о темной материи и энергии космолог Майкл Тернер (Michael Turner) из университета Чикаго. Одним словом, загадка с множеством неизвестных.

4. Откуда берется гравитация?

Постойте, вроде как Ньютон давным-давно сказал, что… Да, он действительно произнес много правильных вещей, но от этого загадка гравитации не становится менее интересной.

Гравитация – одна из наименее изученных сил из тех, что действуют на нас. «Гравитация полностью отличается от других сил, описываемых стандартными моделями, — рассказывает марк Джексон (Mark Jackson), физик-теоретик из лаборатории Ферми в Иллинойсе.

— Когда вы пытаетесь рассчитать какие-либо незначительные гравитационные взаимосвязи, на выходе получается глупый ответ. Математика попросту не работает». Некоторые теоретики склонны предполагать, что ответ – в миниатюрных невесомых частичках, гравитонах, которые «излучают» гравитационные поля. Впрочем, это даже не ответ, а только начало ответа.

3. Есть ли всеохватывающие теории?

У физиков есть «стандартная модель», «раскладывающая» известную часть Вселенной на частички и объясняющая большинство явлений. Но эта модель оказывается бессильна, когда речь заходит о гравитации, и сбивчива, если ее применять к высокой энергии. Можно ли вывести теорию «на все случаи жизни», пока неизвестно. Некоторые ученые считают, что такого никогда не произойдет.

2. Существует ли внеземная жизнь?

Если жизнь возможна на Земле – почему бы ей не быть возможной и на других планетах? Ответ «да» кажется куда более логичным, нежели категорическое «нет».

«Вот они – мы, произошедшие из звездной пыли. Таким образом, как минимум просто возможно то, что есть и другие – где-то там», — считает Фокс Малдер… ой, простите, Джил Тартер (Jill Tarter): руководитель исследовательского центра в Калифорнии.

«Человечество достигло уровня научно-технической цивилизации всего в последние 200 лет из тех 4,5 млрд., что существует жизнь на планете. Так что мы вполне можем ожидать что где-то есть множество научно-технических цивилизаций, у которых были миллионы, а то и миллиарды лет для развития», — соглашается с коллегой нобелевский лауреат Франк Вилчек (Frank Wilczek).

1. Как зарождалась Вселенная?

Именно этот вопрос возглавил список самых таинственных. Что ж, это вполне естественно «Все другие тайны проистекают из этой», — говорит писательница и вдова астронома Карла Сэгэна (Carl Sagan) Энн Драйан (Ann Druyan).

Исходя из общепринятой точки зрения, все случилось после , что прогремел почти 14 млрд. лет тому назад. А все началось с размера меньшего, чем точка в конце этого предложения. Но в мгновение ока масштабы значительно (ох, как значительно!) увеличились… Это – «необыкновенно мощная теория, но мы все равно понятия не имеем о том, что привело к «разбуханию» — объясняет астрофизик из университета Вашингтона Эрик Эгол (Eric Agol).

Что ж, вот она – первая десятка тайн Вселенной по версии экспертов и читателей LiveScience. Все ли достойные загадки попали в этот список, как считаете?