Жизненно важные вопросы современной фундаментальной науки, на которые необходимо получить ответ
Несмотря на все наши знания о физике и Вселенной, все еще есть некоторые невероятно важные фундаментальные вопросы, ответы на которые пока не найдены.
Каждый из них является вызовом человечеству, и ответы на эти вопросы сейчас полностью неопределённы, но имеют большие последствия в зависимости от того, какими они будут.
Это вопросы о нашем космическом рождении и фундаментальных законах, регулирующих всё, о происхождении жизни и о том, что на самом деле представляет Вселенная и из чего она состоит.
Вот 5 самых важных вопросов современной фундаментальной науки, ответы на которые пока не найдены:
- Была ли космическая инфляция или был какой-то другой процесс на ранней стадии после Большого взрыва?
- Является ли Земля единственным местом во Вселенной, где есть жизнь?
- Как объединить общую теорию относительности и квантовую механику?
- Что такое темная энергия и темная материя?
- Как зародилась жизнь на Земле?
Это главные открытые вопросы, ответы на которые откроют самые глубокие тайны о Вселенной. Вот почему каждый имеет значение.
1. Космическая инфляция
Мы знаем, что произошел Большой взрыв, и что он не был началом Вселенной. Существует ряд необъяснимых явлений, которые необходимо установить в качестве начальных условий, чтобы получить Вселенную, которую мы имеем сегодня.
Космическая инфляция — это теория, которая дала первое точное объяснение этих условий, воспроизвела Большой взрыв, а также сделала множество других предсказаний, многие из которых были подтверждены с большой точностью. Было бы здорово точно узнать, что произошло до Большого Взрыва, и был ли это особый вариант космической инфляции, или что-то совсем другое.
2. Внеземная Жизнь
Конечно, мы все можем согласиться с тем, что жизнь существует на Земле. Но есть ли какое-то место за пределами Земли, которое также имеет жизнь? И вообще, что является правильным определением понятия Жизнь? Есть ли жизнь на других мирах (планетах и их спутниках) в нашей Солнечной системе? Была ли жизнь на них в прошлом? А как насчет миров вокруг других звезд? Насколько вероятно, что они имеют или имели жизнь, и насколько эта жизнь продвинута, по сравнению с нами?
Это вопросы, на которые мы действительно не знаем ответов, хотя у нас очень сильные подозрения, что все те же условия, которые происходили здесь на Земле, произошли много раз в разное время в разных местах нашей Вселенной.
3. Поиск единой теории Вселенной
У нас есть две чрезвычайно успешные теории, описывающие Вселенную — Общая теория относительности, учитывающая гравитацию, и Квантовая теория поля, учитывающая свойства частиц Вселенной и их взаимодействия.
Но если пропустить электрон через двойную щель, что бы случилось с его гравитационным полем? Что происходит в сингулярности внутри черной дыры? И является ли пространство-время фундаментальным или само состоит из дискретных квантов?
Без квантовой теории гравитации и теоретического слияния общей теории относительности и квантовой теории поля мы никогда это не узнаем. Возможна ли в нашей Вселенной единая теория всего? Имеет ли гравитация квантовый характер? Это пока мы не знаем.
4. Темная энергия и темная материя
Существуют ли они? Есть доказательства, которые безусловно и убедительно свидетельствуют об этом. Но что это такое? Это большие, открытые вопросы, на которые мы не знаем ответа.
Темная энергия представляется постоянной формой энергии, равномерно распределенной по всему пространству; темная материя, по-видимому, ведет себя как частица, сжимающаяся и группирующаяся под действием гравитации. Но действительно ли темная материя состоит из частиц? Взаимодействует ли темная материя сама с собой или с нормальной материей с помощью какой-либо другой силы, кроме гравитации? Как это происходит?
А как насчет темной энергии? Является ли это свойством, присущим самому пространству? Или это отдельное поле? Ответы на все эти вопросы до сих пор не увенчались успехом.
5. Происхождение жизни
Как зародилась жизнь на Земле? Мы знаем, что строительные блоки жизни можно найти по всей галактике, в Солнечной системе и даже в межзвездном пространстве. Сложные, основанные на углероде молекулы найдены повсюду, от цианида до сахаров и этилформиата, того, чья молекула дает малине присущий ей характерный запах. Внутри метеоритов из астероидного пояса были найдены аминокислоты, в том числе более 60, которые не участвуют в жизненных процессах здесь, на Земле. И, наконец, мы нашли косвенные доказательства, подтверждающие идею о том, что жизнь на Земле зародилась до образования нашей планеты. Тем не менее, до сих пор нам не удалось создать жизнь из неживой материи. И таким образом, мы до сих пор не знаем, как началась жизнь на Земле.
Если бы была возможность волшебным образом узнать ответ только на один из этих вопросов, который мы должны выбрать? Существует два важных момента:
- Какой из них является «самой трудной проблемой» с точки зрения современной науки, и
- Какой из них был бы самым революционным и полезным для нашего общества?
Мы можем отбросить вопрос о космической инфляции, поскольку у нас уже есть много убедительных доказательств, которые не только поддерживают теорию инфляции, но и жестко ограничивают, какие модели инфляции остаются в силе. Мы очень близки к тому, чтобы узнать, как произошла космическая инфляция.
По той же причине мы должны отбросить вопросы о жизни за пределами Земли или как она возникла. Это активные вопросы, в поисках ответов на которые мы делаем огромный прогресс, и на протяжении нашей жизни мы, вероятно, увидим, что ответы на эти вопросы будут постепенно найдены.
Остаются вопросы, связанные с объединением Общей теории относительности с квантовой Вселенной, а также происхождение и природа темной материи и темной энергии.
И, если выбирать один из них, то социально важным является знание темной энергии и темной материи. Если темная материя окажется частицей, то возможно, мы сможем её использовать с пользой для общества. Это может привести к получению дешевой и неограниченной энергии не только здесь, на Земле, но в любом месте космического пространства, куда бы ни отправилось человечество. Это может быть так же эффективно, как аннигиляция материи и антиматерии. И если мы сможем использовать темную материю, она будет везде, где бы мы ни находились.
