Шесть неразрешимых научных загадок

За прошедшее столетие люди достигли потрясающих успехов в научно-техническом прогрессе. Мы создали технологии, которые изменили наше общество. Научные достижения помогли нам ответить на фундаментальные вопросы о мире, но неразрешимые тайны все равно остались.   

Журнал Science Alert назвал шесть научных загадок, которые ученым не удалось разрешить до наступления 2018 года.

Почему нам нужен сон?

Ответ кажется весьма простым: потому что сон помогает нам вернуть силы, восстановиться и отдохнуть. Однако бесчисленное множество попыток найти главную причину людской зависимости от сна не дало никаких результатов. 

Научные изыскания проливают некоторый свет на стадии сна и активность мозга во время сна, но все эти ответы просто делят главный вопрос на части, усложняя головоломку. 

Джерри Сигель, профессор психиатрии в Институте нейробиологии и человеческого поведения при Университете Лос-Анджелеса, изучает спящих животных, чтобы понять людей. По его словам, животные понимают необходимость сна иначе, потому что большинство людей хотели бы вообще не тратить время на объятия Морфея. Однако в природе бездействие чрезвычайно ценится. Медведи, например, и сурки, и лемуры, впадающие в спячку, жить не могут без того, чтобы не спать: сон для них — как режим энергосбережения для компьютеров, объясняет Сигель. 

Разумеется, есть и другие примеры. Африканские слоны спят всего лишь два-три часа в сутки, потому что остальное время им необходимо, чтобы обеспечить свои гигантские тела пищей и энергией. 

Теория энергосбережения — одна из нескольких, которыми ученые оперируют, чтобы объяснить, почему мы спим. Джулио Тонони, профессор психиатрии из Висконсинского университета в Мэдисоне убежден, что сон — цена, которую мы платим за обучение. 

Эксперименты на мышах показали, что после сна синапсы в мозге грызунов сокращались. Тонони пришел к выводу, что сокращение связей свидетельствует о закреплении поглощенной в процессе бодрствования информации: в течение дня мозг бомбардируют различные данные, поэтому он усиливает прием информации расширением синапсов. Чтобы усвоить все знания, эти соединения должны ослабнуть. Сон как раз позволяет этому произойти. 

Остаются и другие загадки: почему некоторые умеют крепко спать, когда кто-то шумит, а другие просыпаются от малейшего шороха? Как именно сознание порождает сновидения? Лишь одно совершенно ясно: без сна мы чувствуем себя намного хуже.

Что такое темная материя и почему мы не можем ее увидеть?

Мы не знаем, как она выглядит, но она занимает более 26% пространства известной нам Вселенной. Голландский астроном Якобус Каптейн предположил наличие темной материи в 1922 году и с тех пор наука так и не разобралась, с чем имеет дело. 

Большая часть видимой материи состоит из нейтронов, протонов и электронов. Темная материя эти элементы не содержит, а состоит из разных типов частиц, которые пока не удалось классифицировать. Они взаимодействуют с веществом и светом совершенно иначе. Темная материя не поглощает и не отражает свет. Ученые определяют ее присутствие по гравитационному следу. 

Опыты ученых из ЦЕРН приблизили нас к пониманию этого явления, хотя бы номинально: исследователи работают над тем, чтобы идентифицировать невидимый глазу материал при помощи ускорения частиц и изучения энергии и импульса при столкновении частиц на сверхвысоких скоростях. 

Недавние исследования показывают, что гравитационные волновые детекторы могут позволить нам «увидеть» темную материю. Но этого пока не случилось.  

Как возникла Вселенная?

Мы все ближе к самым ранним часам жизни новорожденной Вселенной, но момент ее рождения по-прежнему скрыт от наших глаз. «Любые теории или модели на данный момент невероятно спекулятивны», — говорит астрофизик из Университета штата Огайо Пол Саттер.  

Самая распространенная версия — теория Большого взрыва, согласно которой Вселенная расширяется на протяжении 13,8 млрд лет из чрезвычайно горячей и плотной сингулярности. 

Но люди мыслят неправильно, если считают, что в те далекие времена материя появилась просто из ниоткуда, говорит Саттер: «Большой взрыв — это не взрыв в космосе. Это взрыв пространства. Что послужило катализатором, до сих пор неизвестно».

Парадокс в том, что чем глубже мы заглядываем в историю Вселенной, тем меньше мы ее понимаем. Нам до конца не ясны квантовые аспекты гравитации, а законы физики иногда ставят ученых в тупик при столкновении с реликтовыми излучениями или темной материей. 

Эксперты ЦЕРН недавно подтвердили, что стандартная модель физики частиц может перевернуться с ног на голову, так как не учитывает большую часть материи, созданной Большим взрывом. Только осознав природу антиматерии мы получим приблизительную картину рождения Вселенной.

Где находится Планета 9?

За поясом Койпера находится таинственный кластер космических объектов, формально принадлежащих к Солнечной системе, но до конца не изученных. Большинство из них блуждают вокруг Нептуна, притягиваемые сильным гравитационным полем газового гиганта, пересекая плоскость эклиптики с юга на север в перигелии. Такое движение может быть результатом того, что в облаке Оорта существует массивная планета.

Константин Батыгин из Калифорнийского технологического института считает, что эти особенности хотя бы частично вызваны существованием Планеты 9. 

Подумайте о Солнечной системе как о гигантском диске. Орбиты загадочных транснептуновых объектов пересекают диск вверх по краю.

Планета 9 должна быть массивной (гораздо больше Земли), чтобы оказывать такой эффект. Несмотря на все теории, фактически доказать существование планеты пока невозможно. Даже инфракрасный анализ не позволяет обнаружить загадочную странницу. Планета движется очень медленно (орбитальный период может быть от 10 000 до 20 000 лет) и находится далеко от Земли.

По мнению исследователей, планета является существенно уменьшенной копией ледяных гигантов Урана и Нептуна и окружена атмосферой из водорода и гелия. Радиус Девятой планеты при десяти земных массах всего в 3,66 раза больше земного и составляет примерно 23 000 км, а ее температура составляет примерно −226 °C.

Почему мозг «трепещет» от некоторых звуков?

Тысячи видеороликов на YouTube, где люди говорят что-то полушепотом, сопровождая речь созданием мягких звуков вроде постукивания пальцами по листу бумаги или почесывания поролоновой губки. Специальный микрофон создает ощущение, что звуки возникают не из динамиков компьютера, а прямо рядом с вами. Результаты таких видео — расслабляющий эффект с возникновением «покалывающих» ощущений в мозге у 90% аудитории. 

Объяснить этот акустический опыт до сих пор не удалось, хотя название ему дали: автономная сенсорная меридиональная реакция (АСМР). 

 

Где разумная инопланетная жизнь?

Возраст Вселенной насчитывает миллиарды лет. Ее пространства настолько огромны, что невозможно не верить в существование инопланетян, но все их поиски упираются в парадокс Ферми.

Астрономы и физики выдвинули множество теорий, чтобы объяснить столь одинокое положение человечества. Одна из них гласит, что существует некое катастрофическое событие, которое останавливает любую цивилизацию от инопланетного контакта. Другая утверждает, что инопланетяне существуют, но они заперты под километрами льда на своих планетах. 

Поскольку разумную жизнь за пределами Земли найти не удалось, ученые сосредоточились на поисках простейших организмов. В НАСА, например, готовятся изучать поверхности лун Сатурна и Юпитера. Однако если нам удастся найти «живой» мир, сумеем ли мы распознать жизнь?

Знакомые нам углеродные формы могут существенно ограничить возможности нашего мозга перед величайшим открытием. Кроме того, ученым необходимо различать отдельные отрывки, предположительно, сообщений инопланетян от других космических шумов — но это совсем непросто. Вдруг их «переговоры» неотличимы от «звуков» комет и астероидов? Что мы можем сделать, если инопланетяне просто не хотят, чтобы мы их нашли?

В любом случае и без конкретных ответов, но с надеждой, поиск других форм жизни только начинается. Как и 2018 год.