Вісімнадцять питань, на котрі ще належить знайти відповідь
Є багато такого, про що людина дізнався за останні тисячоліття. Але дещо нам все ж невідомо, і цього «дечого» підозрілого багато. Давайте окинемо швидким поглядом найгостріші кути нашого незнання.
Відео: Людина штучний. абсолютний слух
Півстоліття спроб уявити собі нутрощі чорних дір і того, чи є між ними тунелі, так і не привели до рішучих результатами. (Ілюстрація R.Foster.)
1. З чого зроблена Всесвіт?
Жалюгідні дев`яносто років тому проблеми з цим не було: вона складається з атомів, що складаються з (далі просто підставте ваше улюблене слово). Але багато знання - багато печалі, тому, за сучасними поглядами, Всесвіт на 96% складається з бог знає чого: нікому невідомої темної матерії (словосполучення вперше вжито в 1933 році), що відповідає за 22% маси Всесвіту, і ще менш зрозумілою темної енергії ( ~ 1998 рік), на яку припадає 74%. І якщо інші 4% можна помацати, то 96% - хоча ми і не знаємо, що це таке, - помацати не вдасться ніколи, бо «темні частки», якими б вони не були, повинні дуже слабо взаємодіяти зі звичайною матерією. Поки достовірно виявити частинки хоча б темної матерії (з енергією буде ще складніше!) Не вдалося, але кандидатів виявилося надто багато: і легкі, і особливо важкі, і навіть якісь ультратяжёлие. До ясності, що стосується властивостей темної матерії, проте, ще дуже, дуже, дуже далеко.
2. Навіщо ж потрібні ці жалюгідні чотири відсотки звичайної матерії, всі ці атоми, з яких складаються зірки, усілякий пісок і інші люди?
І правда: їх не повинно бути. Стандартна модель не дозволяє припустити, що речовини і антиречовини в момент народження Всесвіту було різну кількість. Але тоді після їх виникнення антіводород мав аннигилировать, зіткнувшись з воднем, і так далі. Фінальна картина повинна бути трагічною: всі атоми анігілював, а по Всесвіту взад-вперед носяться фотони різних енергій - світло, і нічого, крім світла. У такому сценарії навіть цей світ побачити було б нікому.
І тим не менше ми все ще тут. Значить, є щось, що ми втрачаємо в цій картині: у наявності загадка асиметрії речовини і антиречовини. Неодноразово пробували пояснити її так: мовляв, з якихось причин антиречовину розпадалося швидше речовини, і так далі. Але поки навіть перспективні механізми на кшталт перетворення одних нейтрино в інші не можуть дати коректного загальноприйнятої відповіді на це питання ...
3. І ще трохи про універсум. Чи є інші Всесвіти, крім нашої?
Дуже незручне запитання, бо від відповіді на нього залежить вся наша картина світу. Якщо Всесвітів більше однієї, то їх з величезною часткою ймовірності багато - причому необмежено. Інші фізики люблять посилатися на їх чисельну нескінченність: мовляв, нерозумно питати, чому спостерігаються фізичні закони і значення фундаментальних фізичних констант саме такі. Яка, кажуть вони, тонка настройка Всесвіту? Ніякої налаштування не було, і всі ми - продукт вирішення найскладніших завдань методом брутфорса титанічних масштабів, перебору абсолютно безлічі варіантів всіх мислимих фізичних законів.
В одному з розкладів (світів) природі пощастило, і в результаті виникло життя, і вона відростила собі очі. І навіть мізки, чому тепер задає всякі непристойні питання. А ніякої тонкої настройки (точно вам говоримо!) Немає, є лише сліпа, але закономірна удача. Візьміть число букв, з яких складається «Гамлет», - і за нескінченної кількості перетасовувань ви неодмінно отримаєте «Гамлета» шекспірівського рівня, а може, і краще.
Словом, в абсолютній більшості паралельних всесвітів життя немає. Та й взагалі все дуже погано.
Але є й інші думки. Окремі фізики стверджують, що все так звані випадкові процеси на ділі є абсолютно квантовими за своєю природою, а тому не реалізуються аж до моменту, коли на них гляне спостерігач. Та й після цього існувати буде тільки один варіант - в якому спостерігач все-таки є, а «кіт» або мертвий, або живий, тобто реально існує тільки один - наш світ.
Ось тільки як точно дізнатися, який із двох підходів вірний? ..
4. Ой. Все-таки доведеться ще раз вимовити слово «Всесвіт». Чи самотні ми у ній?
Мільйон варіантів цієї проблеми давно займають допитливі. Не будемо перераховувати все, але відсутність інопланетян на вулицях означає, що ми або загинемо до того, як зможемо полетіти до інших зірок (інакше чому ще не прилетіли до нас?), Або щось ще.
Цьому є пара оригінальних пояснень. Перше, авторства Станіслава Лема, зауважує, що наші уявлення про діяльність високорозвинених інопланетян кульгають. Ми спочатку розділили всі речі в космосі на природні та штучні, в той час як багато природні об`єкти і явища можуть бути побічним продуктом або кінцевою метою технологічної діяльності сверхцивилизаций.
З цієї концепції, якісь чорні діри можуть бути генераторами енергії і одночасно засобами утилізації космічного сміття, зірки - методом розсіювання хмар газу, чомусь заважають сверхцивилизации, і так далі. У такому випадку наші спроби вгледіти інопланетян приречені. «Здатність відрізнити штучне явище від природного є функція знань того, хто встановлює цю відмінність ... Про те, як виглядає енергетика "зоряної" концентрації потужності, на якій відстані її можна виявити, які її різновиди, - про це ми дізнаємося, коли будемо мати подібної енергетикою ... »
Другий варіант, не дуже-то серйозно розглядався в НФ ще 60 років тому, ще дивніше. Подорожей інопланетян немає, тому що на певному етапі вони або навчаються локально змінювати фізичні закони швидко і просто, що дозволяє нескінченно розширювати життєвий простір без потреби в далеких подорожах, або ж знаходять лазівки в інші світи, що дозволяють вести «колонізацію» без подорожей за допомогою польотів на космічних кораблях.
5. Що знаходиться всередині чорної діри?
Відео: ЗАВДАННЯ?!.
Біда не в тому, що ми цього не знаємо, а в тому, що у нас немає навіть уявлень про теорію або експерименті, які дозволили б це дізнатися. Загальна теорія відносності відмовляється працювати в умовах сингулярності, гіпотетично наявної в ЧД. Може бути, тут-то квантова фізика і повинна сказати своє вагоме слово, але десятиліття спроб використовувати для цього як її саму, так і в зв`язці з теорією відносності поки не привели до успіху. Потрібна теорія квантової гравітації - але її, на жаль, поки не вдається побудувати. Ну а теорія струн і петлевая квантова гравітація, які люто лають один одного, однозначних рішень не принесли.
Досить міркувати про те, чого ми не можемо доторкнутися, звернемося до практики.
6. Куди подіти вуглекислий газ?
Ми виробляємо двадцять трильйонів кіловат-годин на рік, в основному спалюючи різні сполуки вуглецю або навіть чистий вуглець. У підсумку Земля, схоже, стає все більш спекотним місцем. Не в перший раз, звичайно. Але треба розуміти, що усталені екосистеми в результаті потепління порушаться повсюдно, і недавнє проникнення кабанів на Кольський півострів (укупі з іншими міграціями паразитів і шкідників з півдня на північ) доводить це цілком переконливо.
Хтось пропонує закачувати вуглекислий газ, що утворюється при горінні палива, під землю, хтось вважає, що його краще пов`язувати хімічно, але всі ці рішення роблять теплову енергетику такою дорогою, що її електрику стане просто нікому не потрібним.
На жаль, перспектив на цьому напрямку поки не проглядається в принципі.
7. І звідси інше питання: чи можемо ми отримувати потрібну нам енергію в основному від Сонця?
Строго кажучи, питання покриває не тільки геліоенергтіку, а й вітряки, вітер для яких теж в остаточному підсумку виникає завдяки сонячному світлу. На жаль, навіть якщо ми покриємо невелику частину пустель сонячними батареями (а поки політична зрілість африканських режимів така, що в здоровому глузді на великі інвестпроекти там ніхто не піде), то палива для транспорту ми так і не отримаємо.
Звичайно, в останні роки з`явилися прийнятні за параметрами електромобілі ... Але лише від $ 63 тис. Електромобілізація, як ви розумієте, в таких умовах всім здається хорошим кроком, ось тільки хай спочатку «електромобілізуются» Петрови, Джексон і інші сусіди, а у нас зайвих грошей немає.
Є перспективи і в цьому випадку: кілька нових досліджень запевняють нас, що сонячне світло здатний недорого безпосередньо розбивати молекулу води на водень і кисень, відправляючи перший на потреби транспорту та зберігання енергії. Використовуючи його в паливних в твердооксидних елементах, можна буде генерувати електрику без генерації вуглекислого газу, ось тільки поки на доведення таких технологій потрібен час, якого у клімату Землі, напевно, майже не залишилося ...
8. Як нам далі боротися з бактеріями?
Тільки в Європі від стійких до антибіотиків бактерій гине 25 тис. Осіб на рік. Дорвавшись до антибіотиків, їх стали вживати проти всього, включаючи профілактику (!) Хвороб худоби, на що в Штатах йде 80% усіх випущених антибіотиків. Дарвін нещадний: будь-який фактор відбору породжує тих, хто вміє його долати. Нові антибіотики, які засновані на глибокому аналізі генів супербактерій, стійких до звичайних ліків, дають результати. Але їх розробка варто все більше, а займаються нею все менше. Чи довго ми зможемо підтримувати паритет в цій гонці? І чи не закінчиться справа появою таких бактерій, проти яких антбіотікі будуть неспроможні принципово?
9. Чи можемо ми перемогти рак?
Ні. Втім, стислість цієї відповіді оманлива. Так, в останні роки з`явилося стійке думка, що рак був ще у динозаврів і неандертальців (як мінімум), що він в принципі невіддільний від життя багатоклітинного організму - як і смерть. Більш того, чим краще медицина, тим серйозніше буде загрожувати рак: в довгоживучі організми «зашита» ймовірність виникнення такої помилки генів, яка веде до утворення злоякісних пухлин, і чим більше часу організму дадуть на такі помилки, тим більше він їх зробить. Тобто навіть в суспільстві ідеальної медицини рак не тільки не ослабне, але, навпаки, може стати мало не наймасовішою причиною смерті.
І все ж це «ні» вводить в оману. Голі землекопи повністю вільні від раку завдяки досконалим генетичним механізмам, які не дозволяють їх клітинами ділитися навіть поза тілом, як тільки вони увійшли в зіткнення з іншими клітинами землекопа. А ще є слепиши, що не хворіють на рак, причому, схоже, в світі тварин багато таких механізмів, які еволюціонували незалежно один від одного.
В принципі, вивчення їх генів може виявити потрібні нам механізми, і теоретично немає нічого неможливого в їх використанні для попередження раку у людей. Ось тільки до цього в кращому випадку довгі роки інтенсивної роботи.
10. А чи можемо ми перемогти смерть?
Тобто чи здатні ми жити необмежено довго, вірно? Ситуація схожа з раковим питанням. Коротка відповідь: ні, якщо ви многоклеточное. Але відповідь цей дуже короткий ...
Справа в тому, що деякі багатоклітинні організми в принципі безсмертні - якщо, звичайно, не бити їх по голові сокирою. Бути може, їх старіння просто настільки повільно, що вчені не можуть дочекатися їх смерті від природних причин ( «незначне старіння»). Медуза Turrilopsis nutricula, актинії і гідри абсолютно точно не вмирають з віком - для цього їм потрібні зовнішні чинники.
Сосна остистая межгорная, по всій видимості, дуже схожа на ці організми - найстаршому відомому примірнику 5 тис. Років-з огляду на, що дерево беззахисне перед сокирою, пожежею і блискавкою, можна припустити, що цей вид тільки від них і гине. Кілька років тому з`ясувалося, що молюск Arctica islandica запросто живе понад 500 років без видимих вікових ізмененій- подібні риси показують черепаха Terrapene carolina, морський їжак Strongylocentrotus franciscanus, морський окунь Sebastes aleutianus і ін. Всі найстаріші виловлені особини не демонструють ознак цього самого старіння, зниження плідності ін. - нічого, що відрізняло б їх від особин на сотню років молодше. Нарешті, губка Scolymastra joubini заявляється як живе до 23 тис. Років (оцінка)!
Можливо, видів з невловимим старінням набагато більше, ніж відомо біологам. Зокрема, максимальний вік тих же лангустів встановити взагалі не вдається, однак вікових змін у них після дорослішання немає. Очевидно, вивчення механізмів такого довголіття могло б просунути людську боротьбу зі старінням, хоча поки і не ясно - наскільки саме.
11. Куди ж тоді подіти мільярди все нових людей?
Ну добре, ось ми добилися довгого життя без раку і бактерій, стійких до ліків, - а далі що? Нас сім мільярдів, до 2050 року буде більше дев`яти, а до 2100-му ... Чим годувати цю прірву за умови обмеженій площі? Навіть якщо близько 20 млрд населення стабілізується, звідки брати їжу?
У разі ж гіпотетичного подовження людського життя приріст взагалі важко зупинити: навряд чи ми уявимо собі суспільство, де люди добровільно і повністю відмовляться від дітей. Тоді нам і біфштекси з пробірки не допоможуть.
Вислати б усіх на Марс, але для цього потрібні технології, а як їх відпрацювати, коли населення самих бистроразмножающіхся країн зай обробкою родичів зарином, то миротворчими бомбардуваннями, а на космос грошей не залишається? ..
А тепер давайте обговоримо «все таке», якщо всі інші питання отримали вичерпну відповідь.
12. Куди нас заведе закон Мура?
Інакше кажучи: комп`ютери продовжать удосконалюватися або спостерігається в останнє десятиліття уповільнення їх розвитку закінчиться повною стагнацією? Як перейти на наноуровень елементної бази, коли навіть графен не має забороненої зони, а спроби його допирования провалюються? Дуже коротко: одним з відповідей на це питання, можливо, є транзистори на графені, що працюють без використання забороненої зони.
Але ж вам цього мало? Вам точно треба знати, чи будуть у нас пристойні квантові комп`ютери, без яких багато кроків в тій же генетики можуть виявитися нездійсненними? ..
13. Коли у мене буде робот-дворецький?
Нам з 1950-х все вуха прожужжали роботами-помічниками, але про універсальні механічних гуманоїдів до сих пір можна тільки мріяти. Хоча японці мають намір до 2025 року дістатися до робосіделкі людиноподібного вигляду, нинішні роботи або вузькоспеціалізовані, або недостатньо функціональні: не вистачає універсальності маніпуляторам, а головне - немає штучного інтелекту, без якого ніякої «дворецький» неможливий.
На жаль, поки реально тільки це: пристрої типу самозбіглих пилососів (iRobot), які чистять підлогу, але якщо ви після цього не будете чистити їх самих, то ... Щоб піти далі, потрібен гідний штучний інтелект, а окремі товариші заявляють, що без квантових комп`ютерів його не буде ніколи, тому що неквантовой інтелекту, ймовірно, просто не буває, і навіть наш мозок - різновид квантового комп`ютера ...
14. А що щодо машини часу?
В принципі, мандрівники в часі серед нас є, і мова навіть не про ріпах ван Андропова, успішно захопили Кремль, пошту і телеграф, а про простих космонавтів.
Завдяки дії спеціальної теорії відносності час для людей на борту МКС тече повільніше, ніж для землян, хоча цей ефект дуже скромний. В принципі, на базі того ж лазерного вітрила можна домогтися і куди більш рішучих подорожей в майбутнє, а ось минуле багато, особливо фізики та філософи, хотіли б залишити під замком - щоб уникнути згубних парадоксів. І все ж при наявності екзотичної матерії таку подорож можливо - скажімо, за допомогою кротячих нір між чорними дірами. Правда, якщо це так, то життя, безперечно, втратить свій затишок: можливість змінювати минуле здатна привести до жахливих збоїв в історичному процесі, і, чесно кажучи, навіть масштаб таких катаклізмів зараз не можна оцінити.
15. Як виникло життя?
Уже 80 років (спасибі тов. Опаріну) нам говорять, що перші самовідтворюються молекули виникли в первинному супі, в дрібних водоймах Землі, і сталося це 4 млрд років тому. «Суп» складався з амінокислот, поліпептидів, азотистих основ і нуклеотидів, що утворилися під дією електричних розрядів, високої температури і космічного випромінювання.
Однак експерименти з повторення подібних процесів дали змішаний результат: з базисних мономерів стали утворюватися речовини, що перешкоджають росту складності одержуваних в такому «супі» полімерів.
Потім завдання начебто спростили гіпотезою «світу РНК», а й імовірність спонтанного виникнення РНК, яка має каталітичні властивості, дуже низька: за розрахунками, і чотирьох мільярдів років могло не вистачити. Важко припустити, що ми неправильно собі уявляємо умови на Землі того часу (спасибі тов. Геологам). Загалом, як саме виникла РНК і все, що від неї відбулося, поки загадка. Справа доходить до того, що окремі автори переміщають нашу прабатьківщину на Марс, де умови для формування РНК були краще!
16. Що робить нас людьми?
У деяких з нас є великий мозок, але у слона і кита він ще більше. Дехто з нас вміє робити знаряддя, але, як виявилося, на це здатні також папуги, тюлені тощо. Гідні тварини. Зрозуміло, це систематично роблять, наприклад, мавпи, але при цьому вони чомусь не стають розумними. Бути може, вогонь? Шимпанзе, проте, цілком швидко вчаться розводити вогонь хоч запальничкою, хоч сірником, проте поки не подали заявку на вступ до ООН. Мова? Як ми вже писали, а то й мову, то піктограми виявилися цілком доступні мавпам різних видів, причому вони навіть здатні взаємодіяти з локальної мережі з невидимим «співрозмовником», включаючи як людей, так і своїх родичів. Культура груп? Ні-і. Орангутанги при міграції начебто запозичують у інших груп і прийоми полювання, і харчові пристрасті, і інші елементи поведінки, включаючи регіональні варіації звукових сигналів ...
Так в чому ж справа, що відокремлює нас від них ?!
17. Що таке свідомість?
Може бути, свідомість? Але відповідь нічого не додасть: ми все одно не знаємо, що це. Імовірно, воно утворюється фізіологічно в силу взаємодії (можливо, мережевого) різних зон мозку. Заковика в тому, що у нас немає монополії на мозок, і незрозуміло, чому рефлексії і самосвідомість повинні бути обмежені нами ...
Turrilopsis nutricula в кінці кожного життєвого циклу повертається в стадію поліпа, після чого все повторюється. На відміну від нас, ця вічна (!) Медуза ризикує лише смертю в пащі хижака. Чим саме ми гірші медузи? (Ілюстрація Wikimedia Commons.)
18. Навіщо ми спимо?
І якщо спимо, то мозок все одно весь час працює, так? Що це за відпочинок такий, при якому начебто і відпочинку немає? І чому частина хребетних спить «однією півкулею»? Навіщо витрачати третину життя на процес, зміст якого неясний? ..
Є, звичайно, теорія, що сон допомагає навчанню, в той же час «перезавантаження мозок», дозволяючи синапсах «скинути» спогади в довгострокову пам`ять, інакше з часом кількість накопичених спогадів стало б надто великим і нові просто не змогли б утворюватися, що завдало б істотної шкоди нашій свідомості. Але, чесно кажучи, поки це все ж гіпотеза, хоча і набирає силу.
Звичайно, цим списком найцікавіші проблеми науки не вичерпуються: питань, якщо чесно, мало бути 42, а то і більше. Що ж, будемо намагатися і надалі тримати вас в курсі.
