20 didžiausių neatsakytų mokslo klausimų

Per kelis paskutinius šimtmečius mokslininkai ir filosofai atsakė į daugelį gamtos pažinimo klausimų. Mūsų supratimas apie visatą ir mus supantį pasaulį lyginant su viduramžiais pasikeitė drastiškai. Bet mokslas nepateikė atsakymų į visus klausimus.

„Delfi“ skelbia „The Observer“ sudarytą didžiausių neatsakytų mokslo klausimų sąrašą.

1. Iš ko sudaryta visata?

Astronomai ir astrofizikai nežino kas sudaro 95 proc. mūsų visatos. Atomai, kurie sudaro viską, ką mes matome, tesudaro 5 proc. visatos. Per pastaruosius 80 metų mokslininkai priėjo išvados, kad likusi dalis yra tamsioji materija ir tamsioji energija. Tamsioji materija buvo atrasta 1933 metais.

Manoma, kad ji suklijuoja galaktikas ir galaktikų sambūrius ir neleidžia jiems išsibarstyti. Tamsioji energija buvo atrasta 1998 metais. Tai ji kalta, kad mūsų visata plečiasi žymiai didesniu greičiu nei manyta anksčiau. Astronomai kol kas dar neišsiaiškino iki galo tamsiosios materijos ir energijos prigimties.

2. Kaip užsimezgė pirmoji gyvybė?

Prieš keturis milijardus metų kažkas pradėjo jungtis pirmykštėje sriuboje. Keletas paprastų cheminių medžiagų susijungė ir virto biologiniu dariniu – pirmosios molekulės „išmoko“ klonuoti save. Tokia yra pagrindinė pirmapradės gyvybės atsiradimo teorija.

Bet kas privertė chemines medžiagas apsijungti ir virsti kažkuo sudėtingesniu, primenančiu gyvybę? Kaip atsirado DNR? Kaip atrodė pirmosios ląstelės? Nuo to laiko, kai chemikas Stenlis Mileris pasiūlė „pirmykštės sriubos“ teoriją, mes vis dar neturime vieningos nuomonės, kaip viskas įvyko. Kai kas teigia, kad gyvybė užsimezgė karštose, šalia veikiančių vulkanų telkšančiose balose, kiti mano, kad gyvybės pradžią paskatino meteorito smūgis į jūrą.

3. Ar mes vieni visatoje?

Galbūt ne. Astronomai naršo po visatą ir ieško į Žemę panašių pasaulių su vandeniu, kuriuose galbūt gali užsimegzti gyvybė. Jupiterio palydovas Europa, Marsas, planetos, besisukančios už daugybės šviesmečių nuo mūsų nutolusiose žvaigždžių sistemose – kandidatų yra daug, tačiau daug dešimtmečių vykstančios paieškos kol kas nedavė teigiamo rezultato.

Manoma, kad vien tik Paukščių tako galaktikoje gali būti iki 60 milijardų tinkamų gyventi žmonėms planetų. Surasti jas visas ir patikrinti užtruks ne vieną dešimtį metų. Praeitame amžiuje astronomai pradėjo klausytis radijo teleskopais kosmoso. Vienintelį kartą, 1977 metais buvo pagautas signalas, kuris buvo panašus į ateivių pranešimą. Deja jis buvo labai trumpas ir niekada daugiau nepasikartojo.

4. Kas daro mus žmonėmis?

Tikrai ne DNR. Žmogaus genomas 99 procentais sutampa su šimpanzės genomu ir, kaip bebūtų keista, 50 proc. su banano. Nežiūrint to, mes turime didesnes smegenis nei daugelis gyvūnų – ne pačias didžiausias, bet prikimštas beveik tris kartus daugiau neuronų nei turi gorila (daugiau nei 86 milijardus). Mes manome, kad yra daug dalykų, išskiriančių mus iš gyvūnijos pasaulio – kalba, įrankių naudojimas, savęs atpažinimas veidrodyje.

Bet jie nesvetimi ir kitiems gyvūnams. Galbūt tai kultūra ir jos įtaka mūsų genams (ir atvirkščiai)? Mokslininkai mano, kad maisto ruošimas ir ugnies įvaldymas padėjo mums užsiauginti dideles smegenis. Iš kitos pusės, gali būti ir taip, kad mūsų gebėjimas bendradarbiauti, padėti vieni kitiems, dalintis pasiekimais yra pagrindinė priežastis, kodėl ši planeta yra žmonių, o ne beždžionių.

5. Kas yra sąmonė?

Mes vis dar nežinome tiksliai, kas yra sąmonė. Esame tikri, kad ji susijusi su kelių smegenų regionų apjungimu į bendrai veikiantį tinklą. Viena iš teorijų teigia, kad jei mes tiksliai sužinotume, kurie neuronai įsijungia mąstymo metu ir kaip veikia neuronų grandinės, suprastume kaip veikia sąmonė ir galėtume sukurti jos dirbtinį analogą – dirbtinį intelektą. Kitas, sunkesnis, daugiau filosofinis klausimas – kodėl iš viso sąmonė yra tokia svarbi?

Vienas iš galimų atsakymų – dėka sąmonės mes galime apjungti daugybę informacijos, kuri ateina iš juslių, galime išskirti tik tai, kas yra svarbiausia ir blokuoti nereikalingą triukšmą, o ne bukai reaguoti į visus signalus. Mes galime atskirti kas yra tikra, o kas – ne. Taip pat mes galime įsivaizduoti daugybę ateities scenarijų bei išrinkti geriausią veiksmų planą, tokiu būdu prisitaikydami prie kintančios aplinkos.

6. Kodėl mes sapnuojame?

Žmogus apie trečdalį savo gyvenimo praleidžia miegodamas. Mums atrodo, kad mes žinome viską apie miegą, tačiau iš tiesų mokslininkai vis dar neturi visaapimančio atsakymo į klausimą kodėl mes miegame ir sapnuojame. Zigmundo Froido šalininkai tiki, kad sapnai yra nerealizuotų norų, dažniausiai seksualinių, išraiška. Kiti teigia, kad sapnai tėra atsitiktiniai miegančių smegenų veiklos pliūpsniai.

Tyrimai su gyvūnais ir pasiekimai smegenų vaizdų srityje veda mus prie sudėtingesnės teorijos, kuri teigia, kad sapnai gali būtu susiję su atmintimi, mokymusi ir emocijomis. Pavyzdžiui, įrodyta, kad žiurkės sapnuose „peržiūri“ būdravimo metu įgytą patirtį ir dėl to sugeba geriau išspręsti sudėtingus uždavinius, tokius kaip navigacija labirintuose.

7. Kodėl egzistuoja materija?

Iš tiesų mūsų čia neturėtų būti. Medžiaga, iš kurios mes esame padaryti, turi sesę-dvynę, taip vadinamą antimedžiagą. Materija ir antimaterija turi priešingus elektrinius krūvius ir susitikusios išnyksta energijos pliūpsnyje. Mūsų geriausios teorijos teigia, kad Didžioji sprogimo metu susidarė vienodas abiejų medžiagų kiekis. Tai reiškia, kad anksčiau ar vėliau visa materija turi susidurti su antimaterija ir visatoje turėjo likti tik energija. Akivaizdu, kad gamtoje svarstyklės nulinkusios materijos pusėn, kitaip mūsų čia nebūtų. Mokslininkai bando eksperimentiniu būdu, pavyzdžiui, pasitelkiant į pagalbą Didįjį hadronų priešpriešinių srautų greitintuvą, supersimetrijos ir neutrinų teorijas, sužinoti, kodėl taip atsitiko.

8. Ar yra kitos visatos?

Mūsų visata egzistuoja tik dėka neįtikinamo aplinkybių sutapimo. Pakeitus visai nežymiai bet kurią iš fizikinių konstantų ir tokia gyvybė, kurią mes pažįstame, taptų nebeįmanoma. Fizikai daugiau suka galvas ne apie tai, kodėl visatos savybės yra tokios, o ne kitokios, bet ar yra kitos visatos.

Jei visatų skaičius multivisatoje (angl. multiverse) yra begalinis, tuomet joje galima aptikti bet kurią fizikinių konstantų kombinaciją.

Tai reiškia, kad ir visata, kurioje mes gyvename, yra galima. Skamba keistai? Bet šiuolaikinės kosmologijos ir kvantinės fizikos pateikiami įrodymai suteikia viltį, kad ši teorija yra teisinga.

9. Kur mes padėsime visą anglį?

Paskutinius porą šimtmečių mes nuolatos išmetame į atmosferą anglies dvideginį, degindami iškastinį kurą, kuris laiko surištą anglį po Žemės paviršiumi. Dabar mums reikia anglį sukišti atgal, kitaip susidursime su šylančio klimato pasekmėmis. Bet kaip tai padaryti? Viena iš idėjų – sukišti anglį į senus naftos ir dujų telkinius.

Kita – paslėpti ją jūros dugne. Bet mes nežinome, kaip ilgai anglis ten išsilaikys. Tad kol kas mums belieka saugoti natūralius, ilgalaikius anglį kaupiančius sandėlius, tokius kaip miškai ir pradėti gaminti elektrą tokiais būdais, kurie neišlaisvintų daugiau anglies dvideginio.

10. Kaip mums išgauti daugiau energijos iš saulės?

Mažėjantys naftos ir dujų ištekliai reiškia vieną – mums reikia surasti naują planetos aprūpinimo energija būdą. Mūsų artimiausia žvaigždė, Saulė, suteikia mums iš karto kelis sprendimus. Ir mes jau išgauname tiesiogiai iš saulės energiją pasitelkę į pagalbą saulės baterijas.

Kita idėja – panaudoti saulės spindulių energiją vandens išskaidymui į komponentus: deguonį ir vandenilį, kurie ateityje taps švariu kuru automobiliams. Mokslininkai taip pat kuria energetinį sprendimą, kuris atkartoja žvaigždžių viduje vykstančius procesus. Jie stato termobranduolinį reaktorių. Tikimasi, kad visi šie sprendimai patenkins mūsų energijos poreikius.

11. Kas iš tiesų yra tie pirminiai skaičiai?

Už galimybę saugiai apsipirkinėti internetu turime būti dėkingi pirminiams skaičiams. Tai tokie skaičiai, kuri dalinasi tik iš savęs ir vieneto. Internetinės komercijos širdis – viešojo rakto šifravimas. Jame naudojami pirminiai skaičiai padeda apsaugoti mūsų asmeninę informaciją nuo piktadarių. Nežiūrint to, kad šie skaičiai vaidina tokį svarbų vaidmenį kasdieniniame mūsų gyvenime, jie išlieka mįsle.

Prieš daugiau nei 150 metų matematikas ir fizikas Bernardas Rymanas iškėlė hipotezę, kuri iš dalies aprašo pirminių skaičių pasiskirstymą natūralių skaičių aibėje. Iki šiolei „Rymano hipotezė“ neįrodyta – ją nesėkmingai bandė įrodyti geriausi XIX-XX amžiaus matematikai. Ne veltui ši problema įtraukta į septynis didžiausius tūkstantmečio mokslo uždavinius.

12. Kaip mums įveikti bakterijas?

Antibiotikai yra vienas iš šiuolaikinės medicinos stebuklų. Sero Aleksandro Flemingo atradimas suteikė medicinai galimybes įveikti mirtinas ligas ir palengvino chirurgines, transplantacijos operacijas bei chemoterapijos procedūras. Tačiau dabar Nobelio premijos laureato palikimas yra pavojuje. Europoje kiekvienais metais apie 25 tūkst. žmonių miršta nuo antibiotikams atsparių bakterijų sukeltų ligų.

Ištisus dešimtmečius naikinamos bakterijos įgijo imunitetą stipriausiems vaistams. Problemą dar labiau pagilino besaikis antibiotikų skyrimas ligoniams bei jų netinkamas naudojimas. Pvz., 80 proc. JAV parduodamų antibiotikų panaudojami gyvulių fermose, karvių, kiaulių ir kitų galvijų bei naminių gyvūnų gydymui ir profilaktikai. Laimei, šiuolaikiniai DNR ir RNR sekų nuskaitymo metodai jau leidžia mums atrasti antibiotikus, kuriems tikrai neatsiras atsparios bakterijos.

Yra kitų kovos su šiomis bakterijomis metodų – tokių, kaip išmatose esančių „gerųjų“ bakterijų persodinimas į ligonio žarnyną arba naujų bakterijų paieška vandenynų gelmėse.

13. Ar kompiuteriai greitės amžinai?

Mūsų naudojami planšetiniai kompiuteriai ir išmanieji telefonai turi daugiau skaičiavimo galios, nei turėjo 1969 metais į mėnulį skridęs kosminis laivas. Kiekvienais metais elektroninių komponenčių gamintojai išleidžia procesorius su vis didesniu kiekiu ir mažesniais tranzistoriais.

Tačiau ar yra riba kompiuterių ir mobiliųjų įrenginių greitėjimui? Galbūt yra kiti kompiuterių tobulinimo keliai? Mokslininkai ieško naujų medžiagų, tokių kaip atomo storio anglies pluoštas – grafenas. Kiti dirba kvantinių kompiuterių srityje.

14. Ar mums kada nors pavyks įveikti vėžį?

Trumpas atsakymas – ne. Vėžinių susirgimų grupei priklauso keli šimtai, jei ne tūkstančiai ligų. Žinoma, kad jomis sirgo priešistorinių laikų dinozaurai. Galimybė susirgti viena iš vėžių formų yra „įsiūta“ į kiekvieno iš mūsų organizmą.

Kuo ilgiau mes gyvename, tuo didesnė tikimybė, kad kas nors pradės vykti ne taip ir tai gali pasireikšti šimtais įvairiausių būdų.

Pasitelkę genetikos ir kitus medicinos mokslo tyrimo metodus, mes vis daugiau suprantame, kaip vėžys plinta ir kaip geriau su juo kovoti ir nuo jo apsisaugoti. To rezultatas: iki pusės vėžinių susirgimų – 3,7 milijono per metus – išvengiama imantis profilaktinių priemonių: metus rūkyti ir gerti, teisingai maitinantis, išliekant aktyviems ir vengiant ilgai degintis vidudienio saulėje.

15. Kada aš turėsiu robotą-tarną?

Robotai jau gali patiekti gėrimus ir nešti lagaminus. Šiuolaikinis robotikos mokslas gali pasiūlyti mums visą eilę specializuotų robotų: jie jau gali paruošti pristatymui jūsų „Amazon“ portale įsigytas prekes, melžti jūsų karves, rūšiuoti laiškus ir pervesti jus iš vieno oro uosto terminalo į kitą. Bet tikrai „protingi“ robotai bus sukurti tik tuomet, kai bus sukurtas dirbtinis intelektas.

Kuomet bus galima teigiamai atsakyti į klausimą: ar jūs galite palikti robotą-tarną vieną namuose, su jūsų seneliais. Darbštieji japonai planuoja sukurti pagyvenusiems žmonėms padedančius robotus iki 2025 metų. Belieka palinkėti jiems sėkmės.

16. Kas slypi vandenynų gelmėse?

95 procentai vandenyno yra neištirta. Kas slypi gilumoje? 1960 metais Donas Walsh ir Jacues Piccard paniro į 11 kilometrų gylį, giliausią planetos vietą, ir pabandė surasti atsakymus į šį klausimą. Jų kelionė praplėtė žmogaus pažinimo ribas, bet tik šiek tiek praskleidė gyvybės jūros dugne paslapties šydą.

Pasiekti vandenyno dugną yra labai sunku, dėl to į daugumą ekspedicijų iškeliauja tik per nuotolį valdomi aparatai.

Bet net ir to užtenka atrasti nuostabių dalykų – pradedant keistomis žuvimis, tokiomis kaip , permatomą galvą turinčiomis stintūninėmis (angl. barreley) ir vėžiagyviais, kurie išskiria Alzheimerio ligą padedančią įveikti medžiagą.

17. Kas yra juodosios skylės viduje?

Mes negalime atsakyti į šį klausimą, nes neturime tinkamų įrankių. Einšteino sukurta bendroji reliatyvumo teorija teigia, kad juodoji skylė atsiranda tuomet, kai miršta masyvi žvaigždė. Žvaigždė pradeda trauktis ir galų gale suformuoja be galo mažą ir be galo tankų tašką, kuris vadinamas singuliarumu.

Bet esant tokiems dydžiams pradeda veikti kvantinės fizikos dėsniai. Deja, kol kas kvantinė fizika ir bendroji reliatyvumo teorija nelabai sutaria tarpusavyje, nežiūrint to, kad jau kelis dešimtmečius bandoma apjungti šias dvi fizikos šakas.

Naujausias vėjas šioje srityje – taip vadinama „M teorija“, kuri galbūt vieną dieną paaiškins mums, kas yra nematomuose galaktikos centruose ir mažesnėse juodosiose skylėse.

18. Ar mes galime gyventi amžinai?

Mes gyvename nuostabiu metu, kuomet apie senėjimą pradedama galvoti ne kaip apie neišvengiamą gyvenimo faktą, bet kaip apie susirgimą, kurį galima išgydyti ir galbūt netgi jo išvengti, gal ir ne visam laikui, bet bent jau atidėti labai ilgam laikui.

Mūsų žinių bagažas apie tai, kas sukelia senėjimo procesus ir kodėl kai kurie gyvūnai gyvena ilgiau už mus, sparčiai didėja. Ir nors mes dar nežinome visų detalių, bet jau turime supratimą apie DNR pažeidimus, ryšį tarp senėjimo, metabolizmo ir mylėjimosi dažnumo, taip pat apie senėjimą reguliuojančius genus. Visa tai dėliojasi kaip mozaika į didelį paveikslą, kuris gali mus atvesti ir iki vaistų nuo senatvės sukūrimo.

Bet svarbiausias klausimas yra ne tai, kaip ilgai mes galime gyventi, bet kaip ilgiau gyventi kokybiškai. Daugelis ligų, tokių kaip diabetas arba vėžys, tiesiogiai susiję su senėjimu. Tad suradus vaistus nuo senėjimo galbūt bus galima išgydyti ir šias ligas.

19. Kaip išspręsti augančios populiacijos problemą?

Nuo 1960 metų Žemėje žmonių skaičius padvigubėjo iki 7 milijardų. Tikimasi, kad 2050 metais mūsų bus ne mažiau kaip 9 milijardai.

Kur visi gyvensime ir kaip mums pavyks išmaitinti ir aprūpinti energija nuolatos didėjančią populiaciją? Galbūt rasime kelią išgabenti dalį žmonijos į Marsą arba pradėsime statyti požeminius daugiabučius.

Mes netgi galime pradėti misti laboratorijoje išauginta mėsa. Visi šie sprendimai atrodo kaip atkeliavę iš mokslinės fantastikos knygų, bet mes privalome pradėti apie juos galvoti jau dabar.

20. Ar įmanomos kelionės laiku?

Keliautojai laiku jau vaikšto tarp mūsų. Jei tikėti Einšteino specialiąja reliatyvumo teorija, aplink Žemę besisukančioje Tarptautinėje kosminėje stotyje gyvenantiems kosmonautams laikas tiksi šiek tiek lėčiau. Stoties greitis santykinai yra nedidelis, tad laiko tėkmė ten yra sulėtėjusi visai nežymiai.

Bet smarkiai padidinkite greitį ir per kosmose keliaujančio žmogaus vieną dieną Žemėje prabėgs tūkstančiai metų. Su kelionėmis atgaline kryptimi – į praeitį, yra žymiai sudėtingiau. Kai kurie fizikai užsimena apie erdvėlaikio skyles ir kelionėms laiku pritaikytus laivus. Būtų smagu pačiam sau įteikti Kalėdinę dovaną arba atsakyti į didžiausius mokslo klausimus, ar ne?