Самые загадочные вопросы в науке

 От того, как возникла жизнь на Земле, до того, почему мы видим сны, – эти вопросы, на которые нет ответов и они продолжают озадачивать ученых. Под конец этого бурного года давайте рассмотрим некоторые из самых больших открытых вопросов в науке – тех, которые уже давно не дают ученым спать по ночам. Несмотря на то что эти вопросы ставят в тупик, они указывают на важнейший факт: чем больше мы знаем, тем больше нам предстоит узнать. Знаниям нет конца, пока мы продолжаем задавать вопросы (и получать финансирование на попытки ответить на них). Что еще более интересно, на некоторые из этих вопросов просто невозможно ответить, по крайней мере, с помощью обычной научной методологии, сочетающей в себе объективность и редукционизм: представлений о том, что мы можем дистанцировать себя от изучаемых объектов (объективность), и о том, что можно разбить сложные системы на более мелкие, чтобы изучить их поведение, а затем вывести поведение целого из поведения частей (редукционизм). В каждом списке “самых важных” вопросов есть доля произвольности, учитывая субъективность автора. Однако я бы рискнул сказать, что эти вопросы относятся к числу самых трудных – и уж точно к числу самых загадочных и привлекающих внимание. Итак, вот они, без особого порядка и без ответов...

Из чего состоит Вселенная?

Нам известно лишь 5% состава Вселенной. Эти 5% состоят из привычных атомов периодической таблицы, их молекулярных агрегатов, или составляющих атомов: протонов, электронов и нейтронов. Есть также нейтрино – неуловимые частицы, которые могут проходить сквозь материю, как будто там ничего нет, включая нашу Землю. Загадкой остаются остальные 95%, состоящие из темной материи (примерно 27%) и темной энергии (примерно 68%). Темная материя не светится и располагается вокруг галактик и скоплений галактик, как плащ-невидимка.

Мы знаем, что она там есть, потому что она обладает массой и, следовательно, гравитацией: она тянет за собой известные нам 5 % материи, которые мы можем видеть, и мы можем измерить этот эффект. Темная энергия гораздо более загадочна: эфироподобная среда, заполняющая пространство и обладающая странным свойством раздвигать его, заставляя галактики ускоряться друг от друга. Мы не знаем, что такое темная материя или темная энергия. Существуют только гипотетические объяснения, которые пытаются изменить теорию гравитации Эйнштейна, чтобы приспособить ее к наблюдениям и избавиться от темноты. Но после десятилетий поисков мы все еще остаемся в полном неведении.

Как возникла жизнь?

Жизнь появилась на Земле примерно 3,5 миллиарда лет назад, а возможно, и раньше. Загадка заключается в том, как скопления неживых атомов собрались в постепенно усложняющиеся молекулы, которые в итоге превратились в первое живое существо – химическую машину, способную к метаболизму и воспроизводству. Тот факт, что живая материя – это материя с интенцией, остается большой загадкой.

Одиноки ли мы во Вселенной?

Этот вопрос на самом деле состоит из двух вопросов, поскольку мы хотим знать не только о существовании внеземной жизни, но и о том, является ли она разумной. В конечном итоге мы хотели бы узнать, насколько распространена жизнь. Нам также нужно знать, почему, если разумная жизнь не такое уж редкое явление, мы до сих пор не слышим никого? Этот вопрос напрямую влияет на то, как мы относимся к своему будущему и к планете, которую называем домом.

Что делает нас людьми?

У нас в три раза больше нейронов, чем у гориллы, но наши ДНК практически идентичны. Многие животные владеют зачаточным языком, умеют пользоваться инструментами и узнают себя в зеркалах. Так что же отличает нас от них? Более толстая лобная кора? Противоположный большой палец? Открытие огня и умение готовить? Наша культура? Когда появились язык и орудия труда?

Пока и на этот вопрос нет ответа.

Что такое сознание?

Мы уже сталкивались с этим вопросом на этих страницах, размышляя о природе сознания и даже о его возможной связи с квантовой физикой – модной темой в некоторых кругах. Как получается, что мозг генерирует “я”, уникальное переживание того, что мы уникальны? Можно ли перестроить мозг так, чтобы его могли моделировать машины, или это проигрышный вариант? И почему вообще существует сознание? Какова его эволюционная цель, если она вообще есть?

Почему мы видим сны?

Несмотря на то что мы проводим около трети своей жизни во сне, мы до сих пор не знаем, почему мы видим сны. Есть ли у снов какая-то важная функция, физиологическая и/или психологическая? Или это просто случайные образы мозга, находящегося в состоянии частичного покоя? Прав ли был Фрейд в своей теории о том, что сны – это своего рода выражение подавленных желаний? Или это все фикция?

Почему материя существует?

Согласно законам физики, материя не должна существовать сама по себе; у каждой частицы материи – электрона, протона, нейтрона – должен быть компаньон – антиматерия, как у близнецов. Таким образом, позитроны, антипротоны и антинейтроны должны существовать в изобилии. Но их нет. Проблема в том, что когда материя и антиматерия встречаются, они аннигилируют в потоке высокоэнергетического излучения.

Если бы вы пожали руку своему антивещественному другу, то большая часть континента, на котором вы это сделали, превратилась бы в дым. Итак, загадка заключается в том, что случилось с этой антиматерией. Очевидно, что если раньше во Вселенной было равное количество и того, и другого, то что-то произошло, и материя стала преобладать над антиматерией. Или же Вселенная “родилась” такой, с огромной асимметрией между материей и антиматерией? Может быть, какая-то изначальная асимметрия эволюционировала? Если да, то когда она возникла в космической истории и что это была за асимметрия? Мы пытаемся разобраться в этом вопросе уже несколько десятилетий без особого успеха.

Существуют ли другие вселенные?

Или наша Вселенная единственная? Хотите верьте, хотите нет, но современные теории космологии и физики частиц предсказывают существование других вселенных, потенциально отличающихся по своим свойствам от нашей. Существуют ли они? Как бы мы узнали об этом, если бы могли? Если мы не можем подтвердить эту гипотезу, остается ли она частью науки? Гипотеза мультивселенной глубоко проблематична и не особенно полезна, даже если о ней забавно думать.

Куда мы денем весь углерод?

С глобальным развитием индустриализации мы выбрасываем в атмосферу все больше и больше углерода (и метана), ускоряя глобальное потепление. Что можно сделать, чтобы изменить наше воздействие на окружающую среду? И что произойдет, если мы этого не сделаем? Модели глобального потепления предлагают различные сценарии – от несколько мягких до ужасающих. Но очевидно, что время размышлять над этой проблемой и ничего не предпринимать быстро уходит. Пора всерьез заняться этим вопросом в глобальном масштабе, на благо следующего поколения и даже просто на ближайшее десятилетие. Политики действуют слишком медленно.

Как мы можем получить больше энергии от Солнца?

В основе нашего бурного роста лежит в большинстве случаев ископаемое топливо. Тем не менее, в небе есть замечательный источник энергии, который только и ждет, чтобы его использовали более эффективно. Сможем ли мы запустить солнечный двигатель здесь, на Земле, превращая водород в гелий контролируемым и жизнеспособным способом, чтобы решить энергетическую проблему в обозримом будущем? Прогресс идет, но медленнее, чем нам хотелось и чем нужно.