20 velikih pitanja u znanosti

Od prirode svemira (to je ako postoji samo jedan) do svrhe snova, postoji mnogo stvari koje još uvijek ne znamo - ali mogli bismo uskoro. Nova knjiga traži neke odgovore

Što je na dnu crne rupe? Vidi pitanje 17. Fotografija: AlamyH a y l e y B i r c h , C o l i n S t u a r t a n d M u n K e a t L o o i

1 Od čega je stvoren svemir?

Astronomi se suočavaju s neugodnom zagonetkom: ne znaju od čega je sačinjeno 95% svemira. Atomi, koji tvore sve što vidimo oko sebe, čine samo bijednih 5%. Tijekom posljednjih 80 godina postalo je jasno da se znatan ostatak sastoji od dva sjenasta entiteta - tamne tvari i tamne energije . Prva, koja je prvi put otkrivena 1933. godine, djeluje kao nevidljivo ljepilo, povezujući galaksije i nakupine galaksija. Otkriven 1998. godine, potonji tjera širenje svemira na sve veće brzine. Astronomi se približavaju pravim identitetima ovih nevidljivih promatrača.

2 Kako je započeo život?

Prije četiri milijarde godina, nešto se počelo miješati u iskonskoj juhi. Nekoliko jednostavnih kemikalija okupilo se i stvorilo biologiju - pojavile su se prve molekule sposobne za replikaciju. Mi smo ljudi evolucijom povezani s tim ranim biološkim molekulama. Ali kako su se osnovne kemikalije prisutne na ranoj Zemlji spontano posložile u nešto nalik na život? Kako smo došli do DNK? Kako su izgledale prve stanice? Više od pola stoljeća nakon što je kemičar Stanley Miller predložio svoju teoriju "iskonske juhe" , još uvijek se ne možemo složiti oko toga što se dogodilo. Neki kažu da je život započeo u vrućim bazenima u blizini vulkana, drugi da su ga pokrenuli meteoriti udarajući u more.

3 Jesmo li sami u svemiru?

Vjerojatno ne. Astronomi su pretraživali svemir tražeći mjesta na kojima su vodeni svjetovi mogli dati život, od Europe i Marsa u našem Sunčevom sustavu do planeta udaljenih mnogo svjetlosnih godina. Radio teleskopi prisluškivali su nebesa i 1977. godine začuo se signal koji nosi potencijalna obilježja vanzemaljske poruke. Astronomi su sada sposobni skenirati atmosferu vanzemaljskih svjetova za kisikom i vodom. Sljedećih će nekoliko desetljeća biti uzbudljivo vrijeme da budete lovac na izvanzemaljce s do 60 milijardi potencijalno naseljivih planeta samo na našoj Mliječnoj stazi.

4 Što nas čini ljudima?

Samo gledanje vaše DNK neće vam reći - ljudski je genom 99% identičan čimpanzi i, što se toga tiče, 50% banani. Imamo, međutim, veći mozak od većine životinja - ne najveći, ali prepun tri puta više neurona od gorile (točnije 86 milijardi) . Mnogo stvari koje smo nekada mislili da razlikuju o nama - jezik, upotreba alata, prepoznavanje sebe u zrcalu - vide se kod drugih životinja . Možda je naša kultura - i njezin naknadni učinak na naše gene (i obrnuto) - ta koja čini razliku. Znanstvenici misle da su nam kuhanje i vladanje vatrom možda pomogli da dobijemo veliki mozak. No moguće je da je naša sposobnost suradnje i trgovine vještinama ono što ovu zemlju zaista čini planetom ljudi, a ne majmuna.

5 Što je svijest?

Još uvijek nismo sigurni. Znamo da je to povezano s različitim umreženim regijama mozga, a ne s jednim dijelom mozga. Misli se da ako shvatimo koji su dijelovi mozga uključeni i kako funkcioniraju neuronski sklopovi, shvatit ćemo kako nastaje svijest, nešto u čemu umjetna inteligencija i pokušaji neuronskog neurona mogu pomoći. Teže je, filozofsko pitanje, zašto bi uopće išta trebalo biti svjesno. Dobar je prijedlog da integriranjem i obradom mnogih informacija, kao i fokusiranjem i blokiranjem, umjesto reagiranja na senzorne ulaze koji nas bombardiraju, možemo razlikovati što je stvarno od onoga što nije i zamisliti više budućih scenarija koji će nam pomoći da se prilagodimo i preživimo .

6 Zašto sanjamo?

Otprilike trećinu života provedemo spavajući. S obzirom na to koliko vremena provodimo radeći, mogli biste pomisliti da bismo o tome znali sve. No, znanstvenici još uvijek traže potpuno objašnjenje zašto spavamo i sanjamo. Pretplatnici na stavove Sigmunda Freuda vjerovali su da su snovi izrazi neispunjenih želja - često seksualnih - dok se drugi pitaju jesu li snovi nešto drugo nego nasumično ispaljivanje usnulog mozga. Studije na životinjama i napredak u slikanju mozga doveli su nas do složenijeg razumijevanja koje sugerira da bi sanjarenje moglo igrati ulogu u pamćenju, učenju i osjećajima. Na primjer, pokazano je da štakori ponavljaju svoja budna iskustva u snovima, očito im pomažući u rješavanju složenih zadataka poput navigacije labirintima.

7 Zašto postoje stvari?

Ti stvarno ne bi trebao biti ovdje. "Stvari" od kojih ste napravljeni su materija koja ima svoj naziv koji se zove antimaterija, a razlikuje se samo u električnom naboju. Kad se upoznaju , oboje nestaju u bljesku energije. Naše najbolje teorije sugeriraju da je Veliki prasak stvorio jednake količine njih dvoje, što znači da je sva materija od tada trebala naići na svoj antimaterijski kolega, oboje ih uništavajući i ostavljajući svemir prepun samo energije. Jasno je da priroda ima suptilnu pristranost prema materiji, inače ne biste postojali. Istraživači pretražuju podatke iz eksperimenata poput Velikog hadronskog sudarača pokušavajući shvatiti zašto su supersimetrijom i neutrinom dva vodeća kandidata.

8 Postoje li drugi svemiri?

Naš je svemir vrlo malo vjerojatno. Makar malo promijenite neke od njegovih postavki i život kakav poznajemo postaje nemoguć. Pokušavajući razotkriti ovaj problem „finog podešavanja“, fizičari se sve više okreću pojmu drugih svemira. Ako ih je u “multiverzumu” beskonačan broj, tada bi se svaka kombinacija postavki negdje odigrala i, naravno, nađete se u svemiru gdje možete postojati. Možda zvuči ludo, ali dokazi iz kozmologije i kvantne fizike vode u tom smjeru.

9 Gdje stavljamo sav ugljik?

Posljednjih par stotina godina atmosferu smo punili ugljičnim dioksidom - oslobađajući je izgaranjem fosilnih goriva koja su nekada zaključavala ugljik ispod Zemljine površine. Sad moramo sav taj ugljik vratiti natrag ili riskirati posljedice zagrijavanja klime. Ali kako ćemo to učiniti? Jedna je ideja pokopati ga na starim naftnim i plinskim poljima. Druga je skrivanje na dnu mora. Ali ne znamo koliko će dugo ostati tamo, niti koji bi rizici mogli biti. U međuvremenu moramo zaštititi prirodne, dugotrajne zalihe ugljika, poput šuma i tresetnih močvara, i početi proizvoditi energiju na način da se još više ne podriguje.

10 Kako dobivamo više energije od sunca?

Sve manje zaliha fosilnih goriva znači da nam je potreban novi način za napajanje našeg planeta. Naša najbliža zvijezda nudi više mogućih rješenja. Već iskorištavamo sunčevu energiju za proizvodnju sunčeve energije. Druga je ideja koristiti energiju sunčeve svjetlosti za razdvajanje vode na sastavne dijelove: kisik i vodik, koji bi mogli osigurati čisto gorivo za automobile budućnosti. Znanstvenici također rade na energetskom rješenju koje ovisi o ponovnom stvaranju procesa koji se odvijaju unutar samih zvijezda - grade stroj za nuklearnu fuziju . Nada se da ova rješenja mogu zadovoljiti naše energetske potrebe.

11 Što je tako čudno u prostim brojevima?

Činjenica da možete sigurno kupovati na internetu zahvaljujući prostim brojevima - onim znamenkama koje mogu podijeliti samo oni sami i jedna. Šifriranje javnog ključa - otkucaji srca internetske trgovine - koristi osnovne brojeve za modne ključeve koji mogu zaključati vaše osjetljive podatke od znatiželjnih očiju. Pa ipak, unatoč njihovoj temeljnoj važnosti za naš svakodnevni život, brojevi ostaju enigma. Prividni obrazac unutar njih - Riemannova hipoteza - stoljećima je tantalizirao neke od najsjajnijih umova u matematici. Međutim, još uvijek nitko nije uspio ukrotiti njihovu neobičnost. To bi moglo samo slomiti internet.

12 Kako pobijediti bakterije?

Antibiotici su jedno od čuda moderne medicine. Nobelovo otkriće Sir Alexandera Fleminga dovelo je do lijekova koji su se borili protiv nekih od najsmrtonosnijih bolesti i omogućili operaciju, transplantaciju i kemoterapiju. Ipak je to naslijeđe u opasnosti - u Europi godišnje umre oko 25 000 ljudi od bakterija otpornih na više lijekova . Naš se cjevovod droge raspršuje već desetljećima, a problem pogoršavamo pretjeranim receptom i zlouporabom antibiotika - procjenjuje se da 80% američkih antibiotika ide na poticanje rasta poljoprivrednih životinja. Srećom, pojava sekvenciranja DNA pomaže nam otkriti antibiotike za koje nikada nismo znali da bakterije mogu proizvesti. Uz inovativne, mada zvučne metode, poput transplantacije "dobrih" bakterija iz fekalnih tvarii potragu za novim bakterijama duboko u oceanima, još uvijek možemo biti u toku u ovoj utrci u naoružanju s organizmima starima tri milijarde godina.

13 Mogu li računala raditi sve brže?

Naši tableti i pametni telefoni mini su računala koja sadrže više računalne snage nego što su je astronauti odnijeli na Mjesec 1969. Ali ako želimo nastaviti povećavati količinu računalne snage koju nosimo u džepu, kako ćemo to učiniti? Postoji samo toliko komponenata koje možete nabiti na računalni čip. Je li dosegnuta granica ili postoji drugi način izrade računala? Znanstvenici razmatraju nove materijale, poput atomski tankog ugljika - grafena - kao i nove sustave, poput kvantnog računanja.

14 Hoćemo li ikad izliječiti rak?

Kratki odgovor je negativan. Ni jedna bolest, već labava skupina od stotine bolesti, rak postoji još od dinosaura, a rizik je uzrokovan genima haywire-a, teškim je dijelom za sve nas. Što duže živimo, to je vjerojatnije da će nešto možda poći po krivu, na bilo koji način. Jer rak je živo biće - koje se uvijek razvija kako bi preživjelo. Ipak, iako nevjerojatno složeni, kroz genetiku sve više učimo o tome što je uzrokuje, kako se širi i postaje sve bolji u liječenju i prevenciji . I znajte ovo: do polovice svih karcinoma - 3,7 milijuna godina - mogu se spriječiti; prestanite pušiti, pijte i jedite umjereno, budite aktivni i izbjegavajte dugotrajno izlaganje podnevnom suncu.

15 Kada mogu dobiti robotskog batlera?

Roboti već mogu poslužiti pića i nositi kofere. Suvremena robotika može nam ponuditi "osoblje" pojedinačno specijaliziranih robota: oni pripremaju vaše Amazonove narudžbe za isporuku, muzu vaše krave, sortiraju vašu e-poštu i prevoze vas između terminala aerodroma. Ali doista "inteligentan" robot zahtijeva od nas da provalimo umjetnu inteligenciju. Pravo je pitanje biste li robotskog batlera ostavili samog u kući sa svojom bakom. A s obzirom na to da Japan teži da robotski pomoćnici njeguju starije osobe do 2025. godine, sada dobro razmišljamo o tome.

16 Što je na dnu oceana?

Devedeset i pet posto oceana nije istraženo. Što je dolje? 1960. Don Walsh i Jacques Piccard putovali su sedam kilometara dolje, do najdubljeg dijela oceana, u potrazi za odgovorima. Njihovo putovanje pomaknulo je granice ljudskog pothvata, ali dalo im je samo tračak života na morskom dnu. Toliko je teško doći do dna oceana da većinom moramo pribjeći slanju bespilotnih vozila kao izviđača. Do sada otkrića - od bizarnih riba poput ječma s prozirnom glavom do potencijalnog liječenja rakova od Alzheimera - mali su djelić neobičnog svijeta skrivenog ispod valova.

17 Što se nalazi na dnu crne rupe?

To je pitanje na koje još nemamo alate za odgovor. Einsteinova opća relativnost kaže da kada crnu rupu stvori umiruća, urušavajući se masivna zvijezda, ona se nastavlja udubljivati ​​sve dok ne stvori beskrajno malu, beskrajno gustu točku koja se naziva singularitet. Ali na takvim ljestvicama i kvantna fizika vjerojatno ima nešto za reći. Osim što opća relativnost i kvantna fizika nikada nisu bili najsretniji kreveti - desetljećima su odoljeli svim pokušajima da ih ujedine. Međutim, nedavna ideja - nazvana M-teorija - možda jednog dana objasni nevidljivo središte jedne od najekstremnijih tvorevina svemira.

18 Možemo li živjeti zauvijek?

Živimo u nevjerojatnom vremenu: o „starenju“ počinjemo razmišljati ne kao o životnoj činjenici, već kao o bolesti koja se može liječiti i eventualno spriječiti ili barem jako dugo odgađati. Naše znanje o tome što uzrokuje starenje - i što omogućava nekim životinjama da žive duže od drugih - brzo se širi. Iako nismo sasvim razradili sve detalje, tragovi koje prikupljamo o oštećenjima DNK, ravnoteži starenja, metabolizmu i reproduktivnoj sposobnosti, plus geni koji to reguliraju, ispunjavaju širu sliku, koja potencijalno dovodi do lijekova tretmani. Ali pravo pitanje nije kako ćemo živjeti duže, već kako ćemo živjeti i duže. A budući da su mnoge bolesti, poput dijabetesa i raka, bolesti starenja, samo liječenje starenja moglo bi biti ključno.

19 Kako rješavamo problem stanovništva?

Broj ljudi na našem planetu udvostručio se na više od 7 milijardi od šezdesetih godina prošlog stoljeća i očekuje se da će nas do 2050. biti najmanje 9 milijardi. Gdje ćemo svi živjeti i kako ćemo stvoriti dovoljno hrane i goriva za svoje stalno rastuće stanovništvo? Možda sve možemo otpremiti na Mars ili početi graditi stambene blokove pod zemljom. Mogli bismo se čak početi hraniti mesom uzgojenim u laboratoriju . Možda zvuče kao znanstvenofantastična rješenja, ali možda ćemo ih morati početi shvaćati ozbiljnije.

20 Je li moguće putovanje kroz vrijeme?

Putnici kroz vrijeme već hodaju među nama. Zahvaljujući Einsteinovoj teoriji posebne relativnosti, astronauti koji kruže oko Međunarodne svemirske stanice vrijeme doživljavaju sporije. Tom brzinom učinak je slab, ali pojačava brzinu i učinak znači da bi jednog dana ljudi mogli putovati tisućama godina u budućnost. Čini se da priroda manje voli ljude koji idu drugim putem i vraćaju se u prošlost, međutim neki su fizičari izradili razrađeni nacrt kako to učiniti koristeći crvotočine i svemirske brodove. Čak biste ga mogli iskoristiti za uručenje poklona na Božić ili za odgovor na neka od mnogih pitanja koja okružuju velike nepoznanice svemira.

Velika pitanja u znanosti: Potraga za rješavanjem velikih nepoznanica objavljuje Andre Deutsch. Da biste kupili primjerak za £ 11,99 s besplatnim p & p u Velikoj Britaniji, idite na guardianbookshop.co.uk .

https://www.theguardian.com/science/2013/sep/01/20-big-questions-in-science