7 вопросов, на которые ученые не могут дать ответ
Наука далеко продвинулась вперёд. Уже есть киберпротезы, учёные выращивают прототипы органов, готовятся экспедиции для колонизации Луны и Марса. И при всех этих достижениях наука не может ответить на некоторые простые вопросы, просто потому что для учёных это пока выглядит как магия.
1. Как работает велосипед
Первые велосипеды появились в XIX веке, и мы, по идее, за пару столетий должны были полностью понять принцип их действия (хотя бы то, как они удерживаются на двух колёсах). Долгое время считалось, что велосипеды остаются в вертикальном положении за счёт гироскопической силы вращающихся колёс. Если точнее, устойчивость вызвана гироскопической прецессией переднего колеса или движением колеса за осью поворота.
И всё же что-то смущало инженеров, ведь это объяснение не укладывалось в их расчёты. В 2010 году группа учёных создала велосипед, где полностью исключалось действие гироскопических сил, и было обнаружено, что даже в этом случае двухколёсный транспорт оставался в вертикальном положении. Кроме того, велосипед автоматически возвращался к вертикальному движению при боковом отклонении от прямого пути.
Теперь у нас стало ещё больше вопросов, ведь гироскопические силы тут ни при чём и не понятно, почему велосипеды могут корректировать своё движение при наклоне.
2. Почему работают магниты
Когда Ричарда Фейнмана, известного физика, спросили, почему работают магниты, он ответил, что понятия не имеет. И дело не в том, что физик и его коллеги настолько глупы, что не понимают принцип притяжения противоположностей. Суть в том, что чем больше мы задаём вопросов, тем сильнее углубляемся в принцип работы. Мы знаем, что у магнитов есть противоположные заряды на обоих полюсах, которые притягиваются или отталкиваются от других предметов, в зависимости от их заряда. Почему это происходит? Считается, что электроны имеют электрический заряд, и противоположные предметы притягиваются для выравнивания и усиления магнитного поля. Но почему они это делают?
Дальше это рассуждение переходит на уровень квантовой физики, которая даже для учёных выглядит как магия, и приводит исследования к фундаментальным принципам Вселенной. То есть, переходя на следующий уровень исследования, учёные говорят что-то вроде: «Так, это мы поняли, но теперь не ясно, что приводит к данному действию». И так до бесконечности.
3. Что живёт в глубинах океана
Любому образованному человеку известно, что на дне океана находятся Атлантида, рептилоиды, динозавры, Спанч Боб и город Восторг из игры BioShock. А если серьёзно, то мы понятия не имеем, что там. Учёные лишь сравнительно недавно погрузились в Марианскую впадину и осмотрели её окрестности.
Лишь малая часть Мирового океана исследована, и более 95 % океанского дна остаётся неизученным. Что там находится— неизвестно. Возможно, там живут гигантские существа без глаз, которые не нужны им в вечной тьме, а может, мы увидим просто пустошь.
Общая площадь дна Мирового океана составляет 361 миллион квадратных километров. Для сравнения: площадь суши вместе с Антарктидой составляет 149 миллионов квадратных километров, и многие места на поверхности до сих пор не исследованы человеком, хотя для этого не нужно спускаться в глубоководных аппаратах.
4. Почему существует гравитация
Физики выделяют четыре фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. И если для описания принципа действия первых трёх есть частицы, то у последнего нет даже этого. Существует гипотетическая частица, именуемая гравитоном, но её до сих пор не удалось обнаружить.
Гравитация, по сравнению с другими фундаментальными взаимодействиями, ведёт себя странно и переменчиво. Даже самое маленькое существо в мире способно выдержать гравитацию нашей планеты, и кажется, что её воздействие чрезвычайно незначительно. Но в то же время гравитация удерживает Землю на орбите Солнца, а нашу звезду — в Млечном Пути. Более того, массивные объекты своей гравитацией могут создавать в пространстве-времени «колодцы», искривляя его.
5. Что делает нас людьми
Если кто-то является ярым противником эволюции и считает человека особенным существом, просто покажи ему сравнение ДНК людей и других животных. Так, например, ДНК человека и шимпанзе имеет 99%-ное совпадение.
Учёные не могут объяснить, как настолько незначительные различия привели к тому, что обезьяны прыгают по веткам, а мы строим космические корабли и ядерные реакторы. Некоторые считают, что дело в более крупном мозге (хотя эта разница тоже не сильно велика), в культуре и других аспектах. Можно было списать это отличие на уникальные «человеческие» гены, но исследования не обнаружили у людей таких последовательностей.
В любом случае учёные не понимают, что именно послужило такому колоссальному скачку развития от обезьяны к человеку и что делает нас людьми.
6. Из чего состоит Вселенная
Любой, кто не спал на уроках физики в школе, сразу ответит: из атомов. И он окажется прав, за исключением того, что вся материя во Вселенной составляет около 4,9 % от её массы. Что же тогда остальные 95,1 %? Учёные не знают.
Этим вопросом начали задаваться в середине прошлого века, когда астрономы заметили, что скорости, с которыми движутся звёзды, привели бы к разрыву Галактики на части, ведь материя не генерирует достаточного гравитационного притяжения, чтобы удерживать объекты вместе. Но наши небеса не треснули пополам, мы до сих пор живы, а значит, есть что-то, что скрыто от наших глаз и что удерживает Вселенную в цельной и стабильной структуре.
Другой вопрос, подводящий учёных к существованию неизвестной силы, — расширение Вселенной. По идее, Вселенная должна была замедлить своё расширение, но вместо этого оно ускоряется.
Для решения данного вопроса физики решили «подогнать его» под ответ и придумали производную в виде так называемой тёмной материи и тёмной энергии. Что это такое, из чего оно состоит и какова его природа — неизвестно.
7. Зачем нужна менопауза
С точки зрения эволюции в менопаузе, то есть в невозможности рожать детей после достижения определённого возраста, нет никакого смысла, ведь вся суть жизни — в её продолжении и постоянной адаптации. Вместо этого женщины в возрасте около 50 лет теряют возможность воспроизводства потомства.
Вряд ли это связано с тем, что у женщин заканчиваются запасы яйцеклеток из-за того, что теперь люди живут намного дольше, чем в древности. При рождении в организме женщины содержится миллион яйцеклеток, а во время овуляции их выделяется около четырехсот-пятисот. То есть этих запасов хватит на несколько жизней.
Есть теория, что менопауза наступает для недопущения неправильного развития плода, ведь со временем в организме человека накапливается всё больше ошибок, что может повлиять на функцию деторождения. Однако женщины, у которых после пятидесяти не наступала менопауза, рожали здоровых детей без существенных отрицательных признаков.
Другая теория, называемая «гипотезой бабушки», объясняет менопаузу тем, что с возрастом затраты организма женщины на воспроизводство потомства растут, и он перенаправляет энергию на помощь уже имеющимся потомкам.
Но опять же, с точки зрения эволюции это нелогично, ведь каждое существо должно выполнять определённую функцию, а в сообществах охотников-собирателей было достаточно тех, кто мог следить за детьми. По этой теории «бабушки» впустую расходовали ресурсы, которые могли пойти на фертильных женщин, что нелогично.
Может ли наука сделать мир хуже
Вообще, наука, конечно же, не должна иметь морального аспекта. Одну и ту же технологию можно использовать совершенно для разных целей. Это как нож: он помогает нам делать бутерброды, и он же может быть причиной твоей смерти в какой-нибудь тёмной подворотне. Всё зависит от того, что за люди пользуются плодами научной мысли, сама же наука – это прежде всего познание мира, расширение представлений о мире, его законах и нашем месте в нём.
Война, конфликт, гонка вооружений всегда являлись ведущим стимулом для развития науки. Так уж сложилось. Первый человек в космосе – и то продукт холодной войны. Когда в мировой политике чувствуется затишье, то и в науке тоже оно наступает. Удивительные разработки требуют сильных финансовых вливаний, которые в мирное время почти никому не нужны. Поэтому мы и гадаем, когда что-то серьёзное начнет происходить в научной среде, тут уже пора кидать монетку.
Резкий скачок в химии, который пришелся на первую половину ХХ века, совпадает с потребностью в отравляющих веществах у военной машины разных стран. Про ядерную энергетику и говорить не стоит, уже упоминалось.
Но мы так и не ответили на поставленный вопрос: может ли наука сделать мир хуже? Нам кажется, что и вопрос неправильный по сути, однако если взять во внимание всё то, что научный прогресс создал разрушающего, и всё то, что он же создал созидающего, то перевес будет в сторону последнего. Все легко вспоминают единичные случаи техногенных катастроф и совершенно забывают все те блага, которые есть у них каждый день, о которых наши предки и подумать не могли. Мы почти полностью окружены тем, что было создано научными умами разных столетий, и всё это так укоренилось в нашей жизни, что мы совершенно не понимаем, с каким трудом всё это было создано.
Человечество в целом процветает. У нас так давно не было серьёзных проблем, что мы начали сами их придумывать. К примеру, проблема потери нравственности. Что это вообще за чушь? Человек всегда был редкостным ублюдком по отношению к другим. Не было лучше раньше, да и не лишился человек нравственного начала. Скорее, наоборот, стал более внимательным к окружающим людям, хотя в своей массе всегда останется человеком, а эгоизм – доминирующим чувством нашего вида.
У любого открытия, как и у любого человека, есть положительные и отрицательные качества. Двигатель внутреннего сгорания, телевидение да даже интернет не лишены всего этого. Собственно, что касается последнего, то разве создатели интернета предполагали, что большая часть человечества будет использовать такое чудесное творение, для того чтобы по вечерам разглядывать видео с котами, «смешные» картинки вместо того, чтобы изучать полезную информацию, накопленный человечеством за многие столетия опыт, доступ к которому теперь есть почти у каждого жителя планеты? Так что же, интернет сделал мир хуже или нет?
Есть, конечно, проблема с токсичными выбросами, которые попадают в атмосферу при производстве тех или иных продуктов, ресурсов. К примеру, при производстве одной тонны алюминия в атмосфере оказывается до 40 кг высокотоксичного фтора, диоксида серы, оксида углерода и азота, а также тяжелых металлов. Несомненно, подобное плохо влияет на атмосферу, на экологический баланс в мире. Проблема с полиэтиленом ещё более масштабная. Этот материал был изобретен в 1899 году Гансом фон Пехманном и сейчас полиэтилен используется как основной вид упаковочного материала. Полиэтилен плох тем, что его нельзя сжигать, и он не разлагается. Это мертвый груз для нашей планеты, который будет лежать на ней в течение тысячелетий. Но опять же, замена полиэтилену есть, и это бумага, хлопок. Но как ты уже понял, эта замена стоит значительно дороже, а значит не выгодна ни корпорациям, ни отдельному человеку.
Может ли наука сделать мир хуже? Нет. Человек может сделать мир хуже в силу своей природы. Наука лишь неустанно пытается развить человечество в правильном направлении. И нам кажется, что с началом научного прогресса на Земле жить стало всё-таки лучше, при всех неудачах или минусах, что были связаны с исследовательской деятельностью.
9 вопросов, на которые наука не может дать ответ
Как бы ни старались ученые, есть ряд вопросов, на которые они не могут ответить. Вот самые будоражащие из них.
Можно ли победить старение?
Футурологи считают, что в будущем старение начнут считать боленью, а не неизбежным процессом. С каждым годом медицина все лучше борется с болезнями, которые раньше считались непобедимыми.
Откуда взялось сознание?
Пока над этим вопросом работают ученые, он стал популярен в жанре научной фантастики. Но ответить на него пока никто не может.
Могут ли животные эволюционировать и создать отдельный цивилизационный вид?
У многих видов, населяющих нашу планету, есть сложная иерархия, ритуалы. Но могут ли они настолько эволюционировать, чтобы создать собственную отдельную цивилизацию на Земле?
Реальность настоящая?
Каждый человек обладает индивидуальным воприятием мира, поэтому можно говорить о том, что каждый живет в своей собственной реальности, которая является только отражением действительности. Но как тогда понять, что реальность реальна?
Из чего сделана Вселенная?
Людей долгие века интересует не только состав Вселенной, но и наличие в ней других разумных цивилизаций. И все эти загадки до сих пор покрыты мраком неизвестности.
Может ли искусственный инеллект пройти тест для живых людей?
Существует тест Алана Тьюринга, позволяющий отличать искусственный интеллект от человеческого. В нем проверяется умение пользоваться языком и наличие эмпатии. Пока ни одной машине не удалось пройти тест, но что нас ждет в будущем?
Что внутри черной дыры?
Ученые знают, что черные дыры нарушают пространственно-временной континуум, но что находится внутри этого явления, наука не установила до сих пор.
Можно ли вернуться в прошлое?
Путешествия во времени не раз становились основой фантастических фильмов. Тем не менее, пока наука не может утверждать, что в теории путешествия во времени невозможны.
Ученый Евгений Хайдуков: Наука не может быть российской или американской
Как увидеть человека насквозь без рентгеновского аппарата? Можно ли заниматься нанотехнологиями и не быть жуликом? Есть ли способ с помощью света сделать жидкость твёрдой? Зачем китайцы вырастили человеческое ухо на мыши? Когда биороботы решат проблему нехватки энергии на планете? Нужно ли отпускать молодых учёных за границу? Обо всём этом главному редактору «Аргументов недели» Андрею УГЛАНОВУ рассказывает заведующий лабораторией лазерной биомедицины ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН кандидат физико-математических наук Евгений ХАЙДУКОВ.
Заглянуть во внутренний мир человека
– Здравствуйте, Евгений Валерьевич! Недавно вы получили премию президента, которая вручается молодым учёным за их научную деятельность. В одном из интервью вы говорили, что теперь у вас есть возможность видеть человека насквозь. Что вы имели в виду?
– В принципе человека насквозь уже давно можно видеть с использованием Х-лучей, или, как их принято называть в России, рентгеновского излучения. Наша же идея заключается в том, чтобы использовать обыкновенные фотоны из почти видимого диапазона спектра для того, чтобы можно было заглядывать вглубь биологических тканей.
– А зачем, если уже есть рентген?
– Количество съёмок в рентгеновском аппарате для конкретного человека имеет ограничение. Эту процедуру нельзя проходить часто, потому что эти лучи обладают довольно высокой энергией и способны ионизировать, в результате чего мы можем получить повреждение биотканей и развитие различного рода заболеваний. При этом свет оптического диапазона спектра мы видим постоянно, и эволюционно он нам не вредит. Разумеется, возник вопрос – а нельзя ли его использовать для того, чтобы посмотреть поглубже в человеческую ткань. Оказалось, что можно. Ни для кого не секрет, что свет ближнего инфракрасного диапазона находится прямо на границе видимого диапазона нашего глаза. Это, скажем так, чуть более красный свет, чем мы видим. И он способен довольно глубоко проникать в биоткани.
– Насколько глубоко?
– Порядка 4–5 сантиметров, это сильно зависит от типа биоткани. На этих особенностях низкоэнергетичных фотонов мы и пытаемся строить технологию, которая бы позволила нам заглянуть вглубь биоткани. Это не основная часть наших исследований, но именно с неё мы начинали свои исследования. В качестве излучателя мы используем лазер с определённой длиной волны, который испускает требуемый для нас диапазон спектра. Эта длина волны может глубоко проникнуть в биоткань, и если мы в эту биоткань помещаем особые нанокристаллы, то они способны переизлучить этот самый свет лазера на другой длине волны, которая нам нужна. Казалось бы, можно использовать инфракрасный свет для того, чтобы просветить, скажем, ладонь. А дальше что? Если у нас нет специального наномаркера, который промаркировал бы требуемую для нас область, то это действие абсолютно бесполезно. А когда наномаркеры способны переиспустить фотон, мы можем регистрировать это с использованием обычной камеры. И дальше на этом строится вся диагностика.
Чубайс нам денег не дал
– У меня при упоминании наночастиц в голове сразу возникает Чубайс, чья контора «Роснано» оказалась растратчиком 70 миллиардов рублей без каких-то результатов. В голове обычного человека слова «нано» и «жулик» стоят по соседству. Вы с Чубайсом связаны или у вас какие-то особые частицы?
– К Чубайсу и «Роснано» мы отношения не имеем. Ещё на заре создания этой госкорпорации мы пытались получить у них небольшое финансирование под наши разработки, но дело закончилось ничем.
– Как и у многих других, кто пытался сделать что-то реальное.
– Если говорить об источниках нашего финансирования, то основными грантодателями являются Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ) и Российский научный фонд (РНФ). На их гранты мы выстраивали работу. «Роснано», конечно, сильно скомпрометировала сам термин «нано», но он вполне научен. Если размер объекта меньше 100 нанометров, то его можно считать нанообъектом.
– Готовясь к интервью, я прочитал, что вы какой-то мыши сумели подсадить человеческое ухо. Как это может быть? Ведь ухо человека больше мыши. Как вы это сделали, а главное – зачем?
– Это сделали не мы, хотя и по нашей технологии. В 2018 году мы придумали, как инициировать процесс полимеризации в глубине биотканей с использованием апконвертирующих наночастиц (апконвертирующие наночастицы, обладающие уникальными оптическими свойствами, считаются перспективной платформой для создания опухолевых маркеров, обеспечивающих оптическую визуализацию тканей в режиме реального времени с высокой чувствительностью и контрастом, что позволяет использовать их для интраоперационной диагностики. – Прим. ред.). Идея заключается в том, что вы можете послать на эту наночастицу инфракрасный свет, а она, в свою очередь, довольно хитрым образом его преобразует в более жёсткий квант ультрафиолета. А квант ультрафиолета уже может запустить процесс полимеризации. Мы довольно долго боролись за то, чтобы опубликовать эту работу. Посылали её в американское химическое общество. Нам отказали под довольно интересным предлогом – сказали, что автор с такой фамилией, как у меня, только через другую букву, к ним уже обращался. Мы понимали, что идёт очень серьёзная конкуренция за то, кто первым продемонстрирует эту технологию. И для нас было принципиально важно закрепить приоритет.
– Можете популярно описать эту технологию?
– Представьте себе стакан с жидким полимером, у которого физические свойства близки к свойствам воды. Насыпаем туда соответствующую нанопыль, освещаем инфракрасным светом, и это запускает процесс полимеризации, и жидкость станет твёрдой.
– И ей можно придать нужную форму?
– Да, если я буду правильным образом сканировать лазерным излучением эту жидкость, то могу сформировать трёхмерный объект прямо внутри стакана. В итоге мы были вынуждены пойти на понижение рейтинга журнала, в котором опубликовали эту работу. Это журнал Scientific reports группы Nature. И каково было наше удивление, когда они нам вскоре прислали поздравительное письмо, что наша работа вошла в топ-100 лучших материалов в области материаловедения. А вскоре с нами связалась группа китайских специалистов из Сычуаньского медицинского университета. Именно они вырастили фрагмент человеческого уха на мышке. Они оказались в неловком положении, потому что получилось так, что приоритет за нами, но мы не успевали показать полимеризацию под слоем биоткани на практике. А они в практической области продвинулись дальше, но были вынуждены примерно четверть своей работы посвятить описанию нашей технологии. Китайские специалисты сделали практический шаг, немножко опередив нас, но с использованием нашей технологии, и вырастили уменьшенную копию человеческого уха, взяв жидкость, инжектировав её подкожно и запустив процесс полимеризации.
– Странная история. Обычно китайцы, если у кого-то что-то, пардон, тырят, то никогда не оправдываются. Китайцы меняются?
– Научный мир сейчас довольно открыт и прозрачен, и никто не хочет быть уличённым в воровстве и хищении научного знания.
Медузоподобные кристаллы
– Одним из известнейших героев комиксов является человек-муравей. Там учёный путём манипуляций с наночастицами уменьшает героя до размеров муравья. У вас, похоже, такие же цели?
Сегодня приходит понимание, что нужно отказываться от кремниевой технологии в вычислительной технике. Эти технологии неэнергоэффективны. Население планеты растёт и требует ресурсов. А какой самый важный ресурс? Энергия! Нужно разрабатывать энергоэффективные технологии. А живая природа гораздо более энергоэффективна, чем то, что мы сегодня делаем. То, что мы делаем, – это первый шаг к биороботам, которые будут выполнять функции и потреблять энергию, как это делают живые организмы, т.е. энергоэффективно.
Академическая свобода
– Общепринятое мнение, что российская наука в загоне, что молодые учёные уезжают в США или Китай, где у них масса возможностей, которых в России нет. Это так?
– В России для молодых учёных созданы довольно комфортные условия. Но есть опасения, что всё может измениться. Было принято решение модернизировать Российский фонд фундаментальных исследований. А ведь политика председателя совета РФФИ Владислава Яковлевича Панченко была направлена на активную поддержку молодёжи. Он первый догадался ввести систему стимулирования молодых учёных. Фактически человек после окончания университета, поступив в аспирантуру и задержавшись там на один год, то есть подтвердив свои талант и упорство, уже мог подать и получить свой первый грант. Да, он был небольшой, но этот грант ему позволял получить так называемую академическую свободу – свободу от руководства, свободу от профессора, который его контролирует. И он был свободен в принятии своих решений, потому что он персонально нёс ответственность за выполнение своего гранта. Этот этап быстро модернизировался в следующий раунд проектов. После успешного выполнения первого маленького гранта молодой учёный мог подать и получить более крупную сумму и уже сформировать свою молодёжную научную группу. Сегодня РНФ пытается заместить РФФИ, и это, на мой взгляд, пока получается не очень. Пошли некие пертурбации с финансированием, с поддержкой молодёжи. Но в целом, если говорить о людях до 35 лет, то у них всё в порядке.
– И всё же многие молодые учёные уезжают за границу. Вас туда звали?
– Да, конечно, более того, продолжают звать. Но мне кажется, на эту ситуацию нужно смотреть немножко шире. Когда я слышу словосочетание «российская наука» – это режет мне слух. Я считаю, что наука не может быть российской, китайской или американской. Наука – это нечто общее, что объединяет нации. И в этом смысле я не вижу ничего плохого, когда молодёжь едет за границу. У нас эта практика ещё со времён Ломоносова. Мы исторически ездили туда, набирались опыта, возвращались обратно и делали здесь замечательные вещи. Поэтому, мне кажется, напротив, нужно поддерживать желание молодёжи поехать туда поучиться. Ведь с большой долей вероятности человек там не останется, вернётся, потому что у него здесь родители, друзья, другие связующие вещи. Я бы открыл ворота и сказал – езжайте, товарищи, учитесь, стажируйтесь. Это пойдёт нам всем только на пользу. За границей существует так называемая академическая свобода, которой не хватает тут. Я понимаю, о чём я говорю, потому что я был на таких коротких стажировках, и на одной из них, например, за полтора месяца мы с супругой вдвоём сделали три замечательные работы. В России я бы на это потратил существенно большее время. И не потому, что здесь чего-то не хватает или кто-то мешает. Просто там всё гораздо быстрее. Люди там гораздо больше и быстрее коммуницируют между собой, что очень важно для науки. Потому что сегодняшняя наука не делается одним человеком, она делается группой лиц. А в России с коммуникацией, к сожалению, проблемы.
Станьте членом КЛАНА и каждый вторник вы будете получать свежий номер «Аргументы Недели», со скидкой более чем 70%, вместе с эксклюзивными материалами, не вошедшими в полосы газеты. Получите премиум доступ к библиотеке интереснейших и популярных книг, а также архиву более чем 700 вышедших номеров БЕСПЛАТНО. В дополнение у вас появится возможность целый год пользоваться бесплатными юридическими консультациями наших экспертов.