Десять загадок, неразгаданных наукой. Великие мировые загадки

Мало кто не любит загадки, и природа не мелочится, регулярно подбрасывая их людям на протяжении всей истории человечества. Сегодня мы поговорим о тайнах науки, которые серьезно смущают ученых. Внимание! Только в том случае, если современная наука не в силах понять хотя бы это, то что нас ожидает в дальнейшем? Возможно, одну из этих загадок решите именно вы. Однако пока они за гранью понимания остаются.

Континентальный дрейф.

Теория континентального дрейфа впервые была предложена в 1500 году и утверждала, что континенты дрейфуют относительно друг друга через океан. Позже она была усовершенствована в теорию тектоники плит, которая утверждала, что на дне океана есть тектонические плиты, которые медленно движутся, разделяя континенты и создавая океаны за миллионы лет. Тайна, однако, заключается в том, что именно вызывает движение этих плит. В дальнейшем также стало известно, что теория не объясняет полностью этот феномен. Некоторые полагают, что из-за необъяснимой природы силы движения тектонических плит континенты могли разделиться гораздо быстрее, чем за миллионы лет, благодаря катастрофе вроде мощного наводнения.

Вымирание мегафауны.

Когда-то по земле ходили гигантские животные, например, шерстистый мамонт. Общее название таким животным - мегафауна. Мегафауна исчезла по большей части совсем недавно, в диапазоне десяти тысяч лет назад. И ученые не смогли выяснить наверняка, почему. В качестве основных причин выдвинули такие тезисы, как охота и изменение климата. Но те, кто стоит за изменение климата, не обладают серьезными доказательствами, чаще они ссылаются на то, что нет достаточного количества доказательств и для другого тезиса. Что касается охоты в качестве причины, ученые говорят, что даже если бы это было правдой, археология приводит слишком мало доказательств в пользу этого. Тайна остается неразрешенной и мы никак не можем понять, почему на самом деле вымерли гигантские животные.

Эффект мпембы.

Эффект мпембы гласит, что кипящая вода, при определенных обстоятельствах, может не только замерзнуть, но и сделать это быстрее, чем холодная. Это явление, согласно свидетельствам, обнаружили еще в древней Греции, хотя оно, по всей видимости, противоречит законам термодинамики. В 1969 году ученый по имени мпемба провел опыты, доказавшие, что эффект реален, однако они оставили ученым больше вопросов, нежели ответов. В качестве причин такого явления приводили множество вариантов, но ни один из них не удовлетворил ученых. Возможно, когда-нибудь ученые решат и эту загадку, но пока результаты исследований только удручают.

Скорость света.

Хотя ни одно исследование скорости света не опровергает теорию того, что скорость света максимальна, появляется все больше доказательств того, что это утверждение может быть некорректным. Некоторые утверждают, что темная энергия движется быстрее с течением времени. Другие полагают, что если теория большого взрыва верна, вселенная расширялась намного быстрее скорости света в своем зачаточном состоянии. Хотя до сих пор непонятно, можем ли мы обнаружить скорость, превышающую световую, наука движется вперед. Кто знает, возможно мы сломаем фундаментальные пределы.

Внетелесный опыт.

Люди давным-давно сообщают о странных переживаниях, когда находятся близко к смерти, а иногда и в другие моменты, что их сознание покидает тело, хотя тела остаются живыми. Одна группа исследователей попыталась проверить эти утверждения. Ученые использовали виртуальную реальность и камеры, чтобы испытуемый касался виртуального тела и реального тела, а затем только реального. Люди были убеждены, что касались реального тела, хотя в действительности все было наоборот. Этот эксперимент породил предположение о том, что человеческие переживания внетелесного опыта могут быть более серьезными. Также ученые планируют изучать переживания в состоянии клинической смерти, используя различные механизмы, подобные вышеописанным. Важно точно понять, что это: иллюзия или сознание действительно покидает тело. На данный момент это остается загадкой.

Птицы, падающие с неба.

Несколько лет назад в Арканзасе куча черных птиц попадала с неба. Тогда обвинили фейерверки, хотя и не особо хорошо проверили эту теорию. Вскоре после этого птицы попадали снова, и в этот раз фейерверки были ни при чем. В то же время, в том же штате, мертвыми оказались тысячи рыб. Хотя объяснений была масса, ни одно из них не дало точный ответ на вопрос, почему тысячи птиц падают с неба и в том же районе внезапно погибают тысячи рыб. Возможно, это просто совпадение, но очень странное.

Космический рев.

Ученые пытались изучать юные звезды, но в 2006 году столкнулись с проблемой: загадочный шум, который мешает исследованию. Ученые так и не поняли, что его вызывает. Хотя звук не может путешествовать сквозь космос, могут радиоволны, но откуда? Что их издает? Более того, этот звук был в шесть раз громче, чем ожидалось. Ученые сумели выяснить, что эти радиоволны не принадлежат никаким из известных на данный момент, их источниками не являются юные звезды и не частицы нашей пыли.

Лунная иллюзия.

Лунная иллюзия существовала давным-давно, еще во времена Аристотеля. Иллюзия проявляется в том, что луна кажется большей, будучи близко к горизонту, нежели будучи в зените. В прошлом люди предполагали, что виной остается атмосферный эффект или физика, но эти варианты оказались несостоятельными. Другие предполагали, что виной являются такие принципы, как относительный размер или иллюзия расстояния, но ученые так и не нашли точного объяснения этой иллюзии. Современная наука бессильна.

Корпускулярно-волновой дуализм.

Долгое время люди спорили на тему того, является ли свет волной или частицей, но спустя много лет исследований оказалось, что вещи куда сложнее, чем кажутся на первый взгляд. Исследования показали, что фотон может одновременно выступать как свет и как частица. Однако когда ученые решили посмотреть, как именно фотон выбирает форму волны или форму частицы, все пошло наперекосяк - фотон не слушался. Это одна из самых интересных загадок квантовой механики - эффект наблюдателя.

Происхождение жизни.

Происхождение жизни и создание вселенной оставалось предметом дебатов и исследований на протяжении всей истории человечества. Некоторые ученые объясняют сотворение вселенной моделью большого взрыва, которую многие из нас учили в школе. Много исследований было проведено и на тему абиогенеза, который подразумевает появление органической жизни из неорганики как единственный способ создания жизни не из другой жизни. Несмотря на невероятный объем научных исследований, ни одно из них не было подтверждено наверняка, а возможно, никогда и не подтвердится. Во всяком случае, теория большого взрыва не так прекрасна, как хотелось бы, а что было до большого взрыва и что находится за пределами вселенной - на эти вопросы теория ответов не дает.

Тем не менее сторонники теории разумного сотворения утверждают, что даже если большой взрыв и будет доказан, нет никаких доказательств того, что в какой-то из моментов создания вселенной не вмешался бог. Даже ученые признают, что может быть некая первопричина, флуктуация, "Щелчок Пальцами", которую, возможно, мы никогда не узнаем. В любом случае, вселенная огромна, а значит где-то на ее задворках может быть другая жизнь, до которой мы можем не добраться никогда.

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.

Мало кто не любит загадки, и природа не мелочится, регулярно подбрасывая их людям на протяжении всей истории человечества. Сегодня мы поговорим о тайнах науки, которые серьезно смущают ученых. Если современная наука не в силах понять хотя бы это, то что нас ожидает в дальнейшем? Возможно, одну из этих загадок решите именно вы. Однако пока они остаются за гранью понимания.

Континентальный дрейф

Теория континентального дрейфа впервые была предложена в 1500 году и утверждала, что континенты дрейфуют относительно друг друга через океан. Позже она была усовершенствована в теорию тектоники плит, которая утверждала, что на дне океана есть тектонические плиты, которые медленно движутся, разделяя континенты и создавая океаны за миллионы лет. Тайна, однако, заключается в том, что именно вызывает движение этих плит. В дальнейшем также стало известно, что теория не объясняет полностью этот феномен. Некоторые полагают, что из-за необъяснимой природы силы движения тектонических плит континенты могли разделиться гораздо быстрее, чем за миллионы лет, благодаря катастрофе вроде мощного наводнения.

Вымирание мегафауны

Когда-то по земле ходили гигантские животные, например, шерстистый мамонт. Общее название таким животным — мегафауна. Мегафауна исчезла по большей части совсем недавно, в диапазоне десяти тысяч лет назад. И ученые не смогли выяснить наверняка, почему. В качестве основных причин выдвинули такие тезисы, как охота и изменение климата. Но те, кто стоит за изменение климата, не обладают серьезными доказательствами, чаще они ссылаются на то, что нет достаточного количества доказательств и для другого тезиса. Что касается охоты в качестве причины, ученые говорят, что даже если бы это было правдой, археология приводит слишком мало доказательств в пользу этого. Тайна остается неразрешенной и мы никак не можем понять, почему на самом деле вымерли гигантские животные.

Эффект Мпембы

Эффект Мпембы гласит, что кипящая вода, при определенных обстоятельствах, может не только замерзнуть, но и сделать это быстрее, чем холодная. Это явление, согласно свидетельствам, обнаружили еще в Древней Греции, хотя оно, по всей видимости, противоречит законам термодинамики. В 1969 году ученый по имени Мпемба провел опыты, доказавшие, что эффект реален, однако они оставили ученым больше вопросов, нежели ответов. В качестве причин такого явления приводили множество вариантов, но ни один из них не удовлетворил ученых. Возможно, когда-нибудь ученые решат и эту загадку, но пока результаты исследований только удручают.

Скорость света

Хотя ни одно исследование скорости света не опровергает теорию того, что скорость света максимальна, появляется все больше доказательств того, что это утверждение может быть некорректным. Некоторые утверждают, что темная энергия движется быстрее с течением времени. Другие полагают, что если теория Большого Взрыва верна, вселенная расширялась намного быстрее скорости света в своем зачаточном состоянии. Хотя до сих пор непонятно, можем ли мы обнаружить скорость, превышающую световую, наука движется вперед. Кто знает, возможно мы сломаем фундаментальные пределы.

Внетелесный опыт

Люди давным-давно сообщают о странных переживаниях, когда находятся близко к смерти, а иногда и в другие моменты, что их сознание покидает тело, хотя тела остаются живыми. Одна группа исследователей попыталась проверить эти утверждения. Ученые использовали виртуальную реальность и камеры, чтобы испытуемый касался виртуального тела и реального тела, а затем только реального. Люди были убеждены, что касались реального тела, хотя в действительности все было наоборот. Этот эксперимент породил предположение о том, что человеческие переживания внетелесного опыта могут быть более серьезными. Также ученые планируют изучать переживания в состоянии клинической смерти, используя различные механизмы, подобные вышеописанным. Важно точно понять, что это: иллюзия или сознание действительно покидает тело. На данный момент это остается загадкой.

Птицы, падающие с неба

Несколько лет назад в Арканзасе куча черных птиц попадала с неба. Тогда обвинили фейерверки, хотя и не особо хорошо проверили эту теорию. Вскоре после этого птицы попадали снова, и в этот раз фейерверки были ни при чем. В то же время, в том же штате, мертвыми оказались тысячи рыб. Хотя объяснений была масса, ни одно из них не дало точный ответ на вопрос, почему тысячи птиц падают с неба и в том же районе внезапно погибают тысячи рыб. Возможно, это просто совпадение, но очень странное.

Космический рев

Ученые пытались изучать юные звезды, но в 2006 году столкнулись с проблемой: загадочный шум, который мешает исследованию. Ученые так и не поняли, что его вызывает. Хотя звук не может путешествовать сквозь космос, могут радиоволны, но откуда? Что их издает? Более того, этот звук был в шесть раз громче, чем ожидалось. Ученые сумели выяснить, что эти радиоволны не принадлежат никаким из известных на данный момент, их источниками не являются юные звезды и не частицы нашей пыли.

Лунная иллюзия

Лунная иллюзия существовала давным-давно, еще во времена Аристотеля. Иллюзия проявляется в том, что Луна кажется большей, будучи близко к горизонту, нежели будучи в зените. В прошлом люди предполагали, что виной остается атмосферный эффект или физика, но эти варианты оказались несостоятельными. Другие предполагали, что виной являются такие принципы, как относительный размер или иллюзия расстояния, но ученые так и не нашли точного объяснения этой иллюзии. Современная наука бессильна.

Корпускулярно-волновой дуализм

Долгое время люди спорили на тему того, является ли свет волной или частицей, но спустя много лет исследований оказалось, что вещи куда сложнее, чем кажутся на первый взгляд. Исследования показали, что фотон может одновременно выступать как свет и как частица. Однако когда ученые решили посмотреть, как именно фотон выбирает форму волны или форму частицы, все пошло наперекосяк — фотон не слушался. Это одна из самых интересных загадок квантовой механики — эффект наблюдателя.

Происхождение жизни

Происхождение жизни и создание вселенной оставалось предметом дебатов и исследований на протяжении всей истории человечества. Некоторые ученые объясняют сотворение вселенной моделью Большого Взрыва, которую многие из нас учили в школе. Много исследований было проведено и на тему абиогенеза, который подразумевает появление органической жизни из неорганики как единственный способ создания жизни не из другой жизни. Несмотря на невероятный объем научных исследований, ни одно из них не было подтверждено наверняка, а возможно, никогда и не подтвердится. Во всяком случае, теория Большого Взрыва не так прекрасна, как хотелось бы, а что было до Большого Взрыва и что находится за пределами Вселенной — на эти вопросы теория ответов не дает.

Тем не менее сторонники теории разумного сотворения утверждают, что даже если Большой Взрыв и будет доказан, нет никаких доказательств того, что в какой-то из моментов создания Вселенной не вмешался Бог. Даже ученые признают, что может быть некая первопричина, флуктуация, «щелчок пальцами», которую, возможно, мы никогда не узнаем. В любом случае, Вселенная огромна, а значит где-то на ее задворках может быть другая жизнь, до которой мы можем не добраться никогда.

Казалось бы, наш мир изучен вдоль и поперек и у науки уж точно найдется ответ на любой интересующий нас вопрос. Однако как бы не так. До сих пор существует множество загадочных вещей и явлений, которые не имеют рационального объяснения.

Кошачье мурлыканье

Всем известно, что кошки всегда мурлыкают, когда им хорошо. Однако как они это делают, никто не знает. В горле кошек нет никакого специального органа, чтобы издавать подобные звуки. Интересно, что во время мурлыканья нельзя прослушать сердце или легкие кошек, а само мурлыканье непрерывно, на вдохе и выдохе.

Ученые считают, что кошки используют голосовые связки, чтобы издавать вибрирующие звуки, которые мы слышим как мурлыканье. Также в ходе исследований выяснилось, что частота мурлыканья находится в диапазоне, необходимом для ускорения регенерации и заживления ран. Поэтому ваша кошка, вероятно, отличный врач.

Появление видов из ниоткуда

Над этой загадкой ученые бьются уже много лет. Дело в том, что многие виды животных и растений на нашей планете просто появились из ниоткуда. У них не было предков, из которых они могли эволюционировать, и это ставит науку в тупик.
Так было, например, с земноводными: точно не известен тот этап, на котором рыбы дали жизнь земноводным. А самые первые сухопутные появились уже с развитыми конечностями и хорошо выраженной головой. Причем сразу десятки различных видов. Потом, уже после предполагаемого катаклизма (примерно 65 млн лет назад), который привел к вымиранию динозавров, появляются сразу несколько различных групп млекопитающих.

Магнитный компас в коровах

Вероятно, вы даже не задумывались об этом. В общем-то и никто не задумывался до появления Google Earth. Именно это сервис позволил изучить тысячи снимков пасущихся коров (не спрашивайте, зачем) и обнаружить одну странную закономерность. Около 70% коров, когда едят или пьют, поворачивают голову строго на север или на юг. Причем это наблюдается на всех континентах, независимо от особенностей местности, погоды и других факторов.

Из чего сделана темная материя?

Около 27 % всей Вселенной составляет темная материя. Это такая штука, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. То есть темная материя не испускает свет вообще. Это свойство делает невозможным ее прямое наблюдение.
Первые теории о темной материи появились примерно 60 лет назад, но ученые до сих пор не могут представить прямые доказательства ее существования, хотя все указывает на то, что она есть.

Сколько планет в нашей Солнечной системе?

С тех пор как ученые официально исключили Плутон из клуба планет, считается, что в нашей Солнечной системе их осталось 8. Но как бы не так. Большая часть нашей Солнечной системы до сих пор не изведана. Область между Меркурием и Солнцем слишком яркая, а область за Ураном слишком темная.

Кстати, прямо на задворках нашей Солнечной системы, за Плутоном, находится так называемый пояс Койпера, который состоит из ледяных объектов. Там ученые каждый день открывают сотни тысяч объектов, по размерам таких же, как Плутон, а то и больше.

Кстати, они заметили большой разрыв в поясе Койпера. Это говорит о том, что там находится еще одна планета размером с Землю или Марс, притянувшая к себе все эти камни вокруг. Так что ученым еще много раз придется переписывать учебники, чтобы объяснить, сколько же планет в нашей Солнечной системе.

Почему люди делятся на левшей и правшей?

Ученые хорошо изучили то, почему большинство людей используют правую руку чаще, чем левую. Однако они так и не могут понять, какие механизмы при этом работают.

Считается, что большинство (от 70 до 95 %) — правши, меньшинство (от 5 до 30 %) — левши. И есть еще процент амбидекстров, у которых обе руки развиты в равной степени. Хотя ученые и тут расходятся во мнении.

Доказано, что на леворукость и праворукость влияют гены, но точный «ген левши» пока не выявлен. Также существуют доказательства, что окружение также может влиять на выбор доминирующей руки. Так, например, учителя переучивали детей пользоваться чаще не левой рукой, а правой.

Вымирание мегафауны

Общее название гигантским животным, которые когда-то ходили по Земле, — мегафауна. Мегафауна исчезла примерно 10 тыс. лет назад. И ученые не смогли выяснить, почему.

Некоторые считают, что мегафауна вымерла из-за изменения климата, но весомых доказательств тому мало. Другая теория — что им попросту не стало хватать пищи. Однако тут тоже не все так просто. Ученые на Аляске иногда находят отлично сохранившихся мамонтов, в желудках и даже во рту которых была найдена непереваренная зелень. Это говорит о том, что животные погибли буквально за обеденным столом, причем все разом. Почему это произошло, ученым не известно.

Почему нам снятся сновидения

Некоторые люди считают, что сны — просто случайные образы и мозговые импульсы, в то время как другие уверены, что они несут глубокий смысл, это подсознательные желания, проблемы и переживания. Но так или иначе, точного ответа вам никто не даст.

Даже такие техники, как гипноз и осознанные сновидения, не дают ответа. Изучением снов занимается специальная наука — онейрология. Ученые в этой области единогласны в том, что сны символизируют что-то скрытое глубоко в психике людей, хотя что именно — никто не может сказать.

Космический рев

В 2006 году при попытке изучить юные звезды ученые столкнулись с проблемой: непонятный, загадочный шум, который мешал исследованию. Исследователи так и не поняли, что его создает. Конечно, звук не может путешествовать через космос, однако могут радиоволны, но откуда? Что их издает? Сумели выяснить только то, что эти волны не принадлежат звездам или другим космическим образованиям и явлениям, известным человеку.

Почему у нас разные группы крови?

Да, наука знает о группах крови многое, но не меньше вопросов до сих пор остается без ответа. Например, мы до сих пор понятия не имеем, почему они разные и зачем это нужно с точки зрения эволюции.

Группы крови различаются по антигенам в клетках крови, эти антигены представляют собой сигналы антител, которые разрушают чужие клетки в организме. Ученые не знают, почему эти антигены разные.

Есть предположение, что они имеют какое-то отношение к заболеваниям и иммунитету. Например, выяснилось, что люди с третьей группой крови более восприимчивы к кишечной палочке, а с нулевой имеют почти полный иммунитет к одной из форм малярии.