8 Речей, які не може пояснити наука

Що таке скло?

Нобелівський лауреат Уоррен Андерсон одного разу сказав: «Найглибша і цікава з невирішених проблем в теорії твердого стану криється в природі скла». І хоча скло відомо людству вже не перше тисячоліття, в чому причина його унікальних механічних властивостей, вчені до цих пір не розуміють. Зі шкільних уроків ми пам`ятаємо, що скло - це рідина, але чи так це? Вчені точно не знають, яка природа переходу між рідкої або твердої і склоподібної фазами і які фізичні процеси призводять до основних властивостей скла.

Процес формування скла не вдається пояснити за допомогою жодного з нинішніх інструментів фізики твердого тіла, Багаточасткові теорії або теорії рідин. Якщо описати коротко, рідке розплавлене скло при охолодженні поступово стає все більш в`язким, поки не знаходить жорсткість. У той час як при формуванні кристалічних твердих тіл, наприклад, графіту, атоми в один момент утворюють звичні періодичні структури. Тарун Чітре, дослідник молекулярної динаміки, пояснює організацію молекул в різних речовинах на прикладі танцю:

Ідеальне тверде тіло - це як повільний танець, коли два партнера разом з іншими парами рухаються навколо своєї стартової позиції на танцювальному майданчику.

Ідеальна рідина - це як вечірка знайомств, коли кожен намагається потанцювати з усіма в кімнаті (це властивість називається ергодичність), при цьому середній темп, з яким все танцюють, приблизно однаковий.

Короткометражка про мистецтво видування скла:

Скло ж за цією аналогією схоже на танець, коли група людей розділяється на менші підгрупи і кожна паморочиться в своєму хороводі. Ви можете змінюватися партнерами зі свого кола, і цей танець відбувається вічно.

Скло поводиться так, що його поки неможливо описати рівноважної статистичної механікою. Зокрема, субекспоненціальное автокорреляции і кросскорреляціонной функція скла можуть бути отримані шляхом нескінченного числа випадкових процесів. До якогось моменту система «працює» більш-менш зрозуміло і передбачувано, але, якщо спостерігати за нею досить довго, ви починаєте бачити, як деякі особливості краще описуються теорією ймовірності і випадкових процесів.

Чому велосипед не падає на бік?

Конструкція велосипеда досить проста, і, здається, що давно зрозуміло, як і чому двоколісний засіб зберігає відмінну стійкість. Завжди вважалося, що в збереженні балансу велосипеда найважливішу роль відіграють два механізму. Перший - автоматичне подруливание, або ефект кастору: якщо велосипед нахиляється в якусь сторону, переднє колесо саме повертається туди ж, після чого відцентрова сила повертає колесо в початкове положення. Другий механізм пов`язують з гироскопическим моментом обертових коліс.

Американський інженер Енді Руїна з колегами взявся спростувати обидва цих твердження. Вони сконструювали велосипед, схожий на самокат, у якого переднє колесо стосується опори перед точкою перетину з нею осі передньої вилки, що «скасовує» дію кастору. А крім того, переднє і заднє колеса пов`язані з двома іншими, що обертаються у зворотний бік, і тим самим обнуляє гироскопический ефект.

Проте цей велосипед не так вже й швидко падає на бік. По суті, рівновагу він тримає не гірше звичайного велосипеда і навіть демонструє те ж саме автоматичне подруливание. За результатами експерименту автори зробили висновок, що обидва ефекту - і кастору, і гіроскопа - відіграють важливу роль у збереженні балансу їде велосипеда, але обидва не є критично важливими для нього.

Чому ж не падає велосипед, до кінця так і невідомо. За останніми припущеннями інженерів, ключову роль в цьому відіграє особливу розподіл навантаження.

Як працює плацебо?

Про плацебо, або речовинах, які не мають явних лікувальних властивостей, але позитивно впливають на організм, відомо давно. В основі ефекту плацебо лежить психоемоційний вплив. Але дослідники не раз доводили, що плацебо, не має активних речовин, може стимулювати реальні фізіологічні реакції, в тому числі зміна частоти серцевих скорочень і артеріального тиску, а також хімічної активності в головному мозку. Плацебо також допомагає позбутися від болю, депресії, тривоги, втоми і навіть деяких симптомів хвороби Паркінсона.

Те, як наша психіка може впливати на здоров`я, до сих пір до кінця не ясно, і вчені не можуть розкрити механізми, що лежать в основі фізіологічних реакцій на плацебо. Очевидно, що в ефекті сплетено багато різних аспектів, при цьому ліки-пустушки не впливають на джерело або причину захворювання. Дослідним шляхом встановлено, що реакція організму різниться в залежності від способу доставки плацебо (при прийомі таблеток або ін`єкціях). Також плацебо дають тільки очікуваний, тобто відомий заздалегідь, терапевтичний ефект. І чим вище очікування - тим сильніше ефект плацебо. Крім того, відомо, що його можна підсилити за активної вербальному впливі на пацієнта. Дії плацебо схильні далеко не всі. Найчастіше плацебо діє на екстравертів, людей з підвищеним рівнем тривожності, тривоги, невпевненості в собі.

У жовтні 2013 року була опублікована дослідження, яке демонструє, що плацебо-ефект пов`язаний з підвищенням альфа-активності головного мозку. Альфа-хвилі виникають в розслабленому стані, яке схоже на легкий транс або медитацію, - тобто в найбільш вселяє стані. Ефект плацебо робить значний вплив на нервову систему людини в області спинного мозку. Але поки детально описати механізм його впливу так ніхто і не зміг.

Що означав wow-сигнал з далекого космосу?

15 серпня 1977 відбулася одна з найбільш загадкових подій в історії вивчення космосу. Доктор Джеррі Ейман під час роботи на радіотелескопі «Велике вухо» в рамках проекту SETI зафіксував сильний вузькосмуговий космічний радіосигнал. Його характеристики (смуга передачі, співвідношення сигналу та шуму) відповідали очікуваним від сигналу позаземного походження. Вражений цим, Ейман обвів відповідні йому символи на роздруківці і підписав на полях «Wow!». Цей підпис і дала назву сигналу.

Той самий звук wow-сигналу:

Вчені стверджують, що якщо сигнал і мав неземне походження, то істоти, які його відправили, повинні належати до дуже і дуже просунутої цивілізації. Щоб послати такий потужний сигнал, потрібно як мінімум 2,2-гігаватного передавач, який набагато могутніше будь-якого із земних (наприклад, система HAARP на Алясці, одна з найпотужніших в світі, імовірно здатна передати сигнал до 3600 кВт).

В якості однієї з гіпотез, що пояснюють потужність сигналу, передбачається, що спочатку слабкий сигнал був значно посилений завдяки дії гравітаційної лінзи- однак це як і раніше не виключає можливості його штучного походження. Інші дослідники припускають можливість обертання джерела випромінювання на зразок маяка, періодична зміна частоти сигналу або його однократность. Існує також версія, що сигнал був відправлений з переміщається інопланетного зорельота.

У 2012 році до 35-річчя сигналу обсерваторія Аресібо направила відповідь з 10 000 закодованих твітів в напрямку передбачуваного джерела. Однак чи отримав їх хтось, невідомо. До сих пір wow-сигнал залишається однією з головних загадок для астрофізиків.

Як нежива матерія стає живою?

У науковому світі сьогодні переважає концепція біологічної еволюції, згідно з якою перша життя зародилося сама по собі з неорганічних компонентів в результаті фізичних і хімічних процесів. Те, як з неживої матерії відбувається жива, описує теорія абиогенеза. Однак в ній існує маса проблем.

Відомо, що основними компонентами живої речовини є амінокислоти. Але ймовірність випадкового виникнення певної амінокислотно-нуклеотидноїпослідовності відповідає ймовірності того, що кілька тисяч букв зі складального типографського шрифту будуть скинуті з даху хмарочоса і складуться в певну сторінку роману Достоєвського. Абіогенез в його класичному вигляді передбачає, що таке «скидання шрифту» відбувалося тисячі разів - тобто стільки, скільки знадобилося, поки той не склався в необхідну послідовність. Однак за сучасними підрахунками на це пішло б на багато більше часу, ніж існує вся Всесвіт.

При цьому в лабораторних умовах всі спроби створення штучної живої клітини жодного разу не увінчалися успіхом. Повний набір амінокислот і нуклеотидів і найпростішу бактеріальну клітину як і раніше розділяє прірва. Можливо, перші живі клітини дуже сильно відрізнялися від тих, що ми можемо спостерігати зараз. Також велика кількість вчених підтримують гіпотезу про те, що перші живі клітини могли потрапити на нашу планету завдяки метеоритів, комет та інших позаземним об`єктів.

Чому люди діляться на лівшів і правшів?

За останні 100 років вчені досить добре вивчили проблему, чому люди переважно використовують одну руку і чому частіше це саме права рука. Однак стандартного емпіричного тестування правшів або лівшів немає, так як вчені до кінця не можуть зрозуміти, які механізми беруть участь в цьому процесі.

Вчені розходяться в думці, який відсоток людства є правшами, а який лівшами. В цілому вважається, що більшість (від 70% до 95%) - правші, меншість (від 5% до 30%) - лівші, також існує невизначений число людей з спостерігається повної симетрією. Доведено, що на ліворукість і праворукість впливають гени, але точний «ген лівші» поки не виявлено. Є дані про те, що на схильність до використання правої або лівої руки можуть впливати соціальні і культурні механізми. Найхарактерніший приклад цього, як вчителі перенавчали дітей, змушуючи при писанні перемикатися з лівої руки на праву. При цьому на даний момент більш тоталітарні суспільства мають менше ліворуких, ніж більш ліберальні суспільства.

Деякі дослідники говорять про «патологічної» ліворукості, пов`язаної з мозковими травмами під час пологів. У 1860-х роках французький хірург Поль Брока зазначив взаємозв`язок між активністю рук і півкулями мозку. Згідно з його теорією, половинки мозку з`єднані з половинками тіла хрест-навхрест. Але на даний момент відомо, що ці зв`язки не є такими простими, як їх описував Брок. Дослідження, проведені в 1970-х роках, показали, що більшість лівшів мають однакову лівопівкульними активність, типову для всіх людей. При цьому тільки частина лівшів мають різні відхилення від норми.

Вивчаючи проблеми ліворукості і праворукости приматів, вчені встановили, що більшість тварин в окремій популяції є або лівшами, або правшами. При цьому окремі мавпи часто розвивають свої індивідуальні переваги.

В результаті у нас поки є тільки загальні уявлення про причини праворукости, і дослідникам поки тільки належить детально розібратися у всіх механізмах їх формування.

Чому ми спимо?

Ми спимо 36% свого життя, але вчені до кінця не можуть пояснити його природу. Людям властивий сон, оскільки це закладено в наших генах, але чому такий стан з`явилося в процесі еволюції - загадка. Крім теплокровних тварин (ссавців і птахів), ні у кого з живих істот цих форм сну немає, і в чому полягають переваги сну - до сих пір незрозуміло.

Вчені вже з`ясували, що під час сну швидше ростуть м`язи, краще загоюються рани, а також прискорюється синтез протеїнів. Іншими словами, сон допомагає організму заповнити те, що він втратив під час неспання. Недавні дослідження довели, що під час сну наш мозок очищається від токсинів, і якщо людина заважає цьому процесу (іншими словами - не спиться), у нього можуть початися психічні відхилення. Крім того, під час відпочинку в мозку послаблюються або роз`єднуються зв`язку між клітинами, таким чином у нас «звільняється місце» для надходження нової інформації. У мозку генеруються нові синапси, тому недосипання загрожує зниженням здатності набувати, обробляти і згадувати інформацію.

Під час сну мозок часто «програє» деякі епізоди, які сталися з нами протягом дня, і, на думку дослідників, цей процес допомагає зміцнити нашу пам`ять. Хоча зміст сновидінь визначається реальними враженнями, наша свідомість уві сні відрізняється від нашої свідомості в період неспання. Уві сні наше світовідчуття виявляється набагато більш образним і емоційним. Ми бачимо різні картини, переживаємо за їх приводу, а осмислити належним чином не можемо. Вчені вважають, що синхронізують механізми, що панують у сонному мозку, в більшій мірі пов`язані з першою сигнальною системою і емоційною сферою. Але що ж являють собою сновидіння, відповісти однозначно поки не можна.

Чому кішки муркочуть?

Котяче муркотіння:

Але коли кошеня виростає, він також продовжує муркотіти, і багато дослідників переконані, що в дорослому віці цей звук пов`язаний із задоволенням і радістю. Іноді ж кішки муркочуть при отриманні травми або при хворобі. Доктор Елізабет фон Муггенталер передбачає, що муркотіння і низькочастотні коливання, які воно виробляє, є «природним механізмом самолікування» і зміцнюють, загоюють рани і полегшують біль.

Голосова особливість домашніх кішок не унікальна. Інші види сімейства котячих, такі як рисі, гепарди і пуми, також мурличут. Хоча деякі великі кішки (леви, леопарди, ягуари, тигри, снігові барси і димчасті леопарди) не вміють цього робити.