7 огромнейших нерешенных тайн науки

    За крайние два столетия наука ответила на огромное количество вопросцев об природе и законах, которым она подчиняется. Мы сумели обследовать галактики и атомы, компоненты материю. Мы выстроили машинки, кои умеют полагать и предпринимать трудности, неподвластные решению силами человека. Мы решили вековые математические задачки и сделали теории, кои придали арифметике новейшие трудности. Эта статья и не о этих достижениях. Эта статья об дилеммах в науке, кои как и раньше принуждают ученых находить и вдумчиво чесать головы в надежде, что когда-нибудь эти вопросцы приведут к возгласу «Эврика!».

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    Содержание

    • 1 Турбулентность
    • 2 Происхождение жизни
    • 3 Фолдинг белка
    • 4 Квантовая теория гравитации
    • 5 Догадка Римана
    • 6 Механизмы выживания тихоходок
    • 7 Черная энергия и черная материя

    Турбулентность

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    Турбулентность — слово далековато и не новое. Для вас оно понятно как только слово, описывающее неожиданную тряску во время полета. Все же турбулентность в механике жидкостей — совсем альтернативное дело. Летная турбулентность, на техническом уровне именуемая «турбулентностью при отчетливом небе», появляется при встрече двух воздушных тел, передвигающихся на различных скоростях. Физики, но, с трудом разъясняют это же явление турбулентности в жидкостях. Математикам снятся кошмары об ней.

    Турбулентность в жидкостях окружает нас везде. Струя, вытекающая из крана, целиком распадается на беспорядочные крупицы воды, хорошие от одного потока, кои мы приобретаем, когда открываем кран. Это же один из традиционных примеров турбулентности, который употребляется для разъяснения явления школьникам и студентам. Турбулентность всераспространена в природе, ее можно повстречать в разнообразных геофизических и океанических потоках. Она а также немаловажна для инженеров, так как частенько рождается в потоках над лопастями турбин, закрылками и иными элементами. Турбулентность характеризуется произвольными колебаниями в этаких переменчивых, как только скорость и давление.

    Хотя на тематику турбулентности существовало проведено не мало тестов и получено не мало эмпирических заданных, мы все гораздо далеки от убедительной теории об фолиант, что конкретно вызывает турбулентность в воды, как только она контролируется и что конкретно упорядочивает этот хаос. Решение трудности осложняется к тому же тем самым, что уравнения, определяющие движение воды — уравнения Навье-Стокса — очень тяжело рассматривать. Ученые прибегают к высокопроизводительным методикам вычислений, вместе с тестами и теоретическими упрощениями в ходе исследования явления, однако тотальной теории турбулентности нет и нет. Таким макаром, турбулентность воды останется одной из важных нерешенных неурядиц физики на сегодня. Нобелевский лауреат Ричард Фейнман именовал ее «наиболее принципиальной нерешенной неувязкой традиционной физики». Когда квантового физика Вернера Гейзенберга спросили, если б он стал перед Богом и получил вероятность попросить его об чем угодно, что бы это же существовало, физик ответил: «Я задал бы ему же два вопросца. Посему относительность? И посему турбулентность? Думаю, на первый вопросец у него определенно будет ответ».

    Ресурс Digit.in получил шанс побеседовать с доктором Роддамом Нарасимхой и вот, что тамошний ответил:

    «На нынешний денек мы и не в состоянии предсказывать простые турбулентные потоки, и не обращаясь к экспериментальным заданным об самом потоке. Например, в текущее время нереально предсказать утрату давления в трубе с турбулентным потоком, однако благодаря мозговитому пользованию заданных, приобретенных в опытах, она становится знаменита. Главная неполадка в фолиант, что достойные внимания нам трудности турбулентных потоков в большинстве случаев в высокой степени нелинейны, и арифметики, которая смогла бы совладать с таковыми очень нелинейными дилеммами, похоже, и не бытует. Посреди почти всех физиков длительное время существовало всераспространено поверье, что когда в них тематике всплывает новенькая неполадка, каким-то образом, как будто по волшебству, нужная для решения арифметика вдруг оказывается уже придуманной. Неполадка турбулентности показывает исключение из сего руководила. Законы, рулевые неувязкой, ладно знамениты и для простейших жидкостей и не под давлением в обычных критериях заключены в уравнениях Навье-Стокса. Однако решения остаются неведомыми. Сегоднящая арифметика неэффективна в решении трудности турбулентности. Как только произнес Ричард Фейнман, турбулентность останется величайшей из нерешенных неурядиц традиционной физики».

    Значимость изучений турбулентности породила новое поколение вычислительных методик. Решение, хотя бы ориентировочное, теории турбулентности дозволит науке выполнять фаворитные прогнозы погоды, проектировать энергоэффективные авто и авиалайнеры и предпочтительнее осознавать разнообразные природные явления.

    Происхождение жизни

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    Мы все время были одержимы исследованием способности существования жизни на остальных планетках, однако существуют один вопросец, который беспокоит ученых все больше: как только жизнь возникла на Планете земля? Хотя ответ на этот вопросец и не принесет особенной практической полезности, путь к ответу может привести к ряду увлекательных открытий в областях от микробиологии перед началом астрофизики.

    Ученые полагают, что ключ к осознанию происхождения жизни возможно в выяснении тамошнего, как только две свойственных индивидуальности жизни — размножение и генетическая телепередача — возникли в образе действий в молекулах, кои получили способность репликации. Это же привело к образованию эдак именуемой теории «первичного бульона», согласно которой на юной Планете земля невнятным образом возникла эмульсия, такой бульон из молекул, которая насыщалась энергией солнца и молний. За длительное время эти молекулы обязаны были сложиться в наиболее сложноватые органические структуры, из которых состоит жизнь. Эта теория получила частичную поддержку в ходе легендарного опыта Миллера-Ури, когда двое ученых сделали аминокислоту, пропуская электромагнитные заряды сквозь эмульсия простейших частей из метана, аммиака, жидкости и водорода. Но открытие ДНК и РНК поумерило изначальный детский восторг, так как кажется неосуществимым, что такова стильная структура, как только ДНК, сумеет развиться из простого бульона хим веществ.

    Бытует течение, которое подразумевает, что молодой мир был быстрее РНК-миром, чем ДНК-миром. РНК, как только выяснилось, владеет способностью ускорять реакции, оставаясь постоянной, и хранить генетический материал совместно со способностью к воспроизводству. Однако дабы именовать РНК необычным репликатором жизни заместо ДНК, ученые обязаны определить свидетельства частей, кои могли образовать нуклеотиды — строительные блоки молекул РНК. Дело в фолиант, что нуклеотиды позарез мудрено произвести, даже в лабораторных критериях. Первичный бульон кажется неспособным к произведению этих молекул. Этакий вывод привел к альтернативный школе мысли, которая считает, что органические молекулы, присутствующие в примитивной жизни, владеют инопланетным происхождением и были доставлены на Планету земля из космоса на метеорах, что привело к развитию теории панспермии. Альтернативное потенциальное разъяснение сводится к теории «железо-серного мира», которая утверждает, что жизнь на Планете земля образовалась глубоко под водой, получилась из хим реакций, кои происходят в жаркой воде под высоченным давлением, отысканной поблизости гидротермальных источников.

    Очень броско, что даже опосля 200-летней эры индустриализации мы до сего времени и не знаем, как только на Планете земля возникла жизнь. Вобщем, энтузиазм к данной задачке все время останется на неплохом температурном уровне.

    Фолдинг белка

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    Путешествие в чертоги памяти приведет нас к школьным урокам химии либо физики, кои мы все эдак обожали (ну, многие), где нам поясняли, что белки — крайне принципиальные молекулы и строй кирпичики жизни. Молекулы белка состоят из последовательностей аминокислот, кои оказывают влияние на них структуру и, в собственную очередь, формулируют специфическую деятельность белка. То, как только белок укладывается и воспринимает неповторимую нативную пространственную структуру, останется старенькой загадкой в науке. Журнальчик Science когда-то именовал фолдинг белка одной из огромнейших нерешенных неурядиц науки. Неполадка, по собственной сущности, состоит из трех элементов: 1) как только конкретно белок эволюционирует в собственную финишную нативную структуру? 2) можем ли мы вывести вычислительный метод, дабы спрогнозировать структуру белка по последовательности его аминокислот? 3) беря во внимание крупное число потенциальных конформаций, как только белок укладывается эдак резво? За крайние несколько десятилетий на любых трех фронтах был проделан значимый прогресс, все же ученые до сего времени целиком и не расшифровали ведущие механизмы и укромные принципы фолдинга белка.

    В ходе фолдинга задействовано крупное количество сил и взаимодействий, кои дозволяют белку достигнуть состояния самой малорослой из потенциальных энергий, что присваивает ему же стабильность. По причине объемной трудности структуры и немалого количества вовлеченных силовых полей, достаточно тяжело осознать точную физику процесса фолдинга маленьких белков. Неурядицу прогнозирования структуры пробовали решить в композиции с физикой и сильными персональными компьютерами. И хотя с маленькими и относительно примитивными белками был достигнут конкретный фуррор, ученые до сего времени пробуют определенно спрогнозировать сложенную форму сложноватых многодоменных белков по них аминокислотной последовательности.

    Дабы осознать процесс, представьте, что находитесь на перекрестке тыщи дорог, кои ведут в одном направлении, и для вас надо избрать путь, который приведет вас к цели за меньшее время. Вточности такая же, лишь наиболее масштабная неполадка покоится в кинетическом механизме фолдинга белка в определенное состояние из потенциальных. Существовало выяснено, что случайные термические движения играются огромную участие в стремительной природе фолдинга и что белок «пролетает» сквозь конформации локально, избегая неблагоприятные структуры, однако физический путь останется открытым вопросцем — и его решение может привести к возникновению наиболее резвых алгоритмов прогнозирования структуры белка.

    Неполадка фолдинга белка останется жаркой тематикой в биохимических и биофизических изучениях современности. Физика и вычислительные методы, разработанные для фолдинга белка, привели к создании новеньких искусственных полиуретановых материалов. Кроме вклада в рост научных вычислений, неполадка привела к топовому осознанию болезней вроде диабета II типа, Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона — в этих расстройствах неверный фолдинг белков играется важную участие. Топовое осознание физики фолдинга белка может не совсем только привести к прорывам в материаловедении и биологии, да и произвести революцию в медицине.

    Квантовая теория гравитации

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    Мы все знаем об яблоке, которое свалилось на голову Ньютона и привело к открытию гравитации. Сообщить, что после чего мир закончил быть прежним, — и не сообщить ничего. Потом возник Альберт Эйнштейн с его общей теорией относительности. Он поновой глянул на гравитацию и искривление пространства-времени, ткани, из которой состоит Вселенная. Представьте тяжкий шар, хранящийся на кроватки, и маленький шар, который покоится недалеко. Тяжкий шар давит на простынь, искривляя ее, и мелкий шар скатывается по направлению к первому шару. Теория гравитации Эйнштейна ишачит роскошно и поясняет даже искривление света. Все же, когда дело доходит перед началом субатомных частиц, работа которых разъясняется законами квантовой механики, ОТО выдает достаточно странноватые результаты. Технология теории гравитации, которая сумеет сплотить квантовую механику и теорию относительности, две более удачных теории 20 века, останется наикрупнейшей исследовательской задачей науки.

    Эта неполадка породила новейшие и любознательные области в физике и арифметике. Максимальное внимание завлекла эдак именуемая теория струн. Теория струн подменяет понятие частиц крохотными вибрирующими струнами, кои умеют воспринимать разнообразные формы. Любая струна может вибрировать спецефическим образом, который присваивает ей же конкретную толпу и спин. Теория струн неописуемо сложновата и математически устроена в десяти измерениях пространства-времени — на шесть все больше, чем мы привыкли полагать. Эта теория удачно поясняет огромное количество странностей брака гравитации с квантовой механикой и в свое время существовала устойчивым кандидатом на должность «теория всего».

    Иная теория, формулирующая квантовую гравитацию, именуется петлевой квантовой гравитацией. ПКГ относительно наименее амбициозна и старается быть, сначала, уверенной теорией гравитации, и не замахиваясь на величавое сплочение. ПКГ воображает пространство-время как только ткань, образованную крохотными петельками, отсюда и заглавием. В отличие от теории струн, ПКГ и не прибавляет чрезмерных измерений.

    Хотя у обеих теорией существуют свои достоинства и минусы, теория квантовой гравитации останется нерешенным вопросцем, так как ни одна из теорий и не существовала подтверждена экспериментально. Экспериментальная проверка и доказательство каждый из вышеупомянутых теорией останется циклопической неувязкой экспериментальной физики.

    Теория квантовой гравитации лишь только ли возымеет весомый спецэффект в нашей ежедневной жизни, но, будучи обнаруженной и доказанной, станет сильным свидетельством тамошнего, что мы далековато продвинулись в науке и можем двигаться далее, в направлении физики темных дыр, путешествий во времени и червоточин.

    Догадка Римана

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    В одном из интервью узнаваемый теоретик чисел Теренс Тао именовал ординарные цифры атомными элементами теории чисел, достаточно весомая черта. У простейших чисел лишь два делителя, 1 и само число, и таким макаром они являются простейшими элементами во всем мире чисел. Ординарные цифры а также очень неустойчивы не вписываются в шаблоны. Заглавные цифры (произведение двух простейших чисел) употребляются для шифрования миллионов неопасных транзакций онлайн. Элементарная факторизация этакого цифры займет вечность. Все же, ежели мы каким-то образом постигнем произвольный, на первый взор, темперамент простейших чисел и предпочтительнее усвоим них работу, мы приблизимся к чему-то величавому и практически взломаем Веб. Решение догадки Римана может привести нас на десять этапов поближе к осознанию простейших чисел и будет иметь суровые последствия в банковской, коммерческой структурах и сохранности.

    Как только уже существовало упомянуто, ординарные цифры знамениты собственным непростым поведением. В 1859 году Бернхард Риман нашел, что количество простейших чисел, и не превышающих x, — опция рассредотачивания простейших чисел, обозначаемая пи (x) — выражается сквозь рассредотачивание эдак именуемых «нетривиальных нулей» дзета-функции. Решение Римана сопряжено с дзета-функцией и связанным рассредотачиванием точек на полосы целых чисел, для которых опция равна 0. Догадка сопряжена с конкретным набором этих точек, «нетривиальных нулей», кои, как только считают, лежат на экстренной полосы: все нетривиальные нули дзета-функции имеют действительную часть, равную ?. Эта догадка подтвердила наиболее млрд этаких нулей и может открыть тайну, окутывающую рассредотачивание простейших чисел.

    Хоть какой математик знает, что догадка Римана останется одной из самых больших тайн без ответа. Решение ее не совсем только воздействует на науку и сообщество, да и гарантирует создателю решения бонус в миллион баксов. Это же одна из семи величавых тайн тысячелетия. Попыток обосновать догадку Римана существовало величавое огромное количество, однако они все остались безуспешными.

    Механизмы выживания тихоходок

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    Тихоходки — это класс микробов, кои достаточно всераспространены в природе во любых погодных зонах и на каких бы то ни было высотах наших семи материков. Однако это же и не нормальные мельчайшие организмы: они владеют чрезвычайными возможностями к выживанию. Взять хотя бы то, что это же первые живы организмы, кои умеют пережить небезопасный вакуум космоса. Малость тихоходок получились на орбиту ракеты «Фотон-М3», были подвергнуты действию любых видов галлактической радиации и возвратились почти невредимыми.

    Эти организмы не совсем только способны выживать в космосе, да и умеют выдерживать температуры едва свыше абсолютного нуля и кипения жидкости. А также они расслабленно переносят давление Марианской впадины, 11-километровой трещинкы в Тихом океане.

    Научные исследования сводят ряд неописуемых возможностей тихоходок к криптобиозу, ангидробиозу (высушиванию) — состоянию, в каком метаболическая активность очень замедляется. Высушивание дозволяет существу терять влагу и почти останавливать метаболизм. Получив доступ к воде, тихоходка нормализует свое начальное состояние и продолжает жить, как будто ничего и не вышло. Эта способность помогает ей же выживать в пустыне и при засухе, однако как только этот «маленький водяной медведь» умудряется выживать в космосе либо при экстремальных температурах?

    В собственной высушенной форме тихоходка активирует некие актуально принципиальные опции. Молекула сахара воспрещает клеточное расширение, а уж произведенные антиоксиданты нейтрализуют опасность, исходящую от вступающих в реакцию с кислородом молекул, присутствующих в излучении галлактического места. Антиоксиданты помогают нормализовать покоробленные ДНК, и эта же способность поясняет способность тихоходка переживать экстремальное давление. Хотя все эти опции разъясняют сверхспособности тихоходок, мы сильно мало знаем о них опциях на молекулярном уровне. Эволюционная история коротких водяных медведей тоже останется загадкой. Сопряжены ли них таланты с инопланетным происхождением?

    Исследование тихоходок может иметь достойные внимания последствия. Ежели крионика станет вероятным, внедрения ее будут неописуемыми. Антибиотики и пилюли можно будет хранить при комнатной температуре, станет может быть производство суперскафандров для освоения остальных планет. Астробиологи настроят свои приборы для поиска жизни за пределами Почвы гораздо вернее. Ежели микроб на Планете земля может выживать в этаких неописуемых критериях, существуют возможность, что и на спутниках Юпитера присутствуют этакие тихоходки и кемарят, ждя, пока что них найдут.

    Черная энергия и черная материя

    7 огромнейших нерешенных тайн науки

    Изучение материи на Планете земля можно сопоставить с ковырянием в песочнице. Вся материя, популярная нам, составляет всего подле 5% знаменитой Вселенной. Остальная часть Вселенной является «темной» и по наибольшей части состоит из «темной материи» (27%) и «темной энергии» (68%).

    Хоть какой перечень нерешенных неурядиц в науке будет неполным без упоминания таинственных черной материи и черной энергии. Черная энергия выступает в качестве предложенной факторы расширения Вселенной. В 1998 году, когда две независящих группы ученых подтвердили, что расширение Вселенной ускоряется, это же опровергло пользующееся популярностью тогда воззрение, что гравитация замедляет расширение Вселенной. Теоретики до сего времени разламывают голову, пытаясь растолковать это же, и черная энергия останется самым пригодным разъяснением. Однако чем она является на деле — никто и не знает. Существуют догадки, что черная энергия возможно свойством места, собственного рода энергией космоса, либо пронизывающими космос флюидами, кои невнятным образом приводят к убыстрению расширения Вселенной, тогда-то как только «обычная» энергия на это же и не способна.

    Черная материя тоже странноватая штука. Она почти ни с чем же не ведет взаимодействие, даже со светом, значительно затрудняя свое обнаружение. Черная материя существовала найдена совместно со странностями в динамике энных галактик. Популярная толпа галактики и не может растолковать расхождения с наблюдаемыми заданными, потому ученые сделали вывод, что бытует энная форма невидимой материи, гравитационная тяга которой держит галактики совместно. Черная материя ни разу и не наблюдалась впрямую, однако ученые следили оказываемые ей же спецэффекты при помощи гравитационного линзирования (искривления света, взаимодействующего гравитационно с невидимой материей).

    Состав черной материи останется одной из величайших неурядиц в физике простых частиц и космологии. Ученые полагают, что черная материя состоит из экзотичных частиц — вимпов — кои вынуждены собственным существованием теории суперсимметрии. Ученые а также подразумевают, что черная материя может состоять из барионов.

    В то время как только обе теории — черной материи и черной энергии — вытекают из нашей неспособности растолковать некие наблюдаемые индивидуальности Вселенной, они являются в сути базовыми силами космоса и завлекают финансирование больших тестов. Черная энергия отталкивает, а уж черная материя притягивает. В случае превалирования одной из сил подходящим образом отважится и судьба Вселенной — будет ли она расширяться либо сжиматься. Однако пока что обе теории остаются черными, как только и виновники них возникновения.