Без ответа: 10 явлений, которые ученые до сих пор не могут объяснить

Несмотря на то, что многие факты и теории, вокруг которых до сих пор ведутся споры в народе, давно не вызывают сомнений у ученых (например, теория эволюции или польза вакцин), это не означает, что научные преставления о Вселенной можно назвать исчерпывающими. На IFL Science вышла статья о пока неразрешимых загадках науки, убликуем ее перевод.

Почему материи больше, чем антиматерии?

В современном понимании практической физики материя и антиматерия идентичны, но противоположны. Когда они встречаются, они должны уничтожить друг друга и ничего не оставить после себя. И большая часть подобных взаимоуничтожений уже случилась в зарождающейся Вселенной. Тем не менее в ней осталось достаточно материи, чтобы создать миллиарды и миллиарды галактик, звезд, планет и многого другого. Это объясняется мезонами, составными (неэлементарными) частицами с малым периодом полураспада, состоящими из кварков и антикварков. B-мезоны распадаются медленнее, чем анти-B-мезоны, благодаря этому выживает достаточное количество B-мезонов для создания всей существующей во Вселенной материи. Кроме того, B-, D- и K-мезонымогут колебаться и становиться античастицами и обратно составными частицами. Исследования показали, что мезоны с большей вероятностью принимают нормальное состояние, хотя это может быть просто потому, что нормальных частиц больше по количеству, чем античастиц.

Где весь литий?

Раньше, когда температура во Вселенной была восхитительно высокой, изотопы водорода, гелия и лития образовывались в изобилии. Водорода и гелия до сих пор невероятно много и они составляют большую часть массы Вселенной, но число изотопов лития-7, которые мы сейчас можем наблюдать, составляют лишь треть от прошлого количества. Существует множество разнообразных объяснений, почему так случилось — включая гипотезы с участием гипотетических бозонов, известных как аксионы. Другие полагают, что литий был поглощен ядрами звезд, которые наши телескопы и инструменты не могут обнаружить. В любом случае сейчас нет адекватного объяснения тому, куда из Вселенной делся весь литий.

Почему мы спим?

Хоть мы и знаем, что процессы, происходящие в человеческом теле, регулируются биологическими часами, которые заставляют нас бодрствовать и спать, нам неизвестно, почему так происходит. Сон — это то время, когда наше тело восстанавливает ткани и производит другие процессы регенерации. И мы проводим примерно треть жизни во сне. Некоторым другим организмам вообще не требуется сон, так почему он нам так необходим? Есть несколько различных версий того, почему так происходит, но ни одна из них не является полноценным ответом на вопрос. По одной из теорий, тем животным, которые спят, удалось развить способность прятаться от хищников, в то время как другим необходимо постоянно быть начеку, и поэтому они регенерируют и отдыхают без сна. Сейчас большая часть сомнологических исследований посвящена тому, почему сон важен и как он влияет на умственные способности.

Что такое гравитация?

Многие знают, что лунная гравитация вызывает приливы и отливы, земная гравитация удерживает нас на поверхности нашей планеты, солнечная гравитация заставляет саму Землю удерживаться на орбите. Но как объяснить этот феномен? Эта могучая сила создана материей, и более массивные объекты могут притягивать меньшие объекты. Пока ученые разбираются в том, как работает сила гравитации, они даже не уверены в том, существует ли она вообще. Является ли гравитация следствием существования частиц гравитации? Почему в атомах столько пустого места — то есть почему ядро и электроны находятся на довольно большом расстоянии друг от друга? Почему сила, удерживающая атомы вместе, отличается от силы гравитации? На эти вопросы мы не можем ответить на современном уровне развития науки.

«Ну, и где они в таком случае?»

Размеры обозримой Вселенной в диаметре достигают 92 миллиардов световых лет. Она заполнена миллиардами галактик со звездами и планетами, и единственной очевидно обитаемой планетой сейчас считается именно Земля. Статистически шанс того, что наша планета — единственная во Вселенной, где есть жизнь, крайне мал. Тогда какого черта с нами до сих пор никто не связался?

Это называется парадоксом Ферми (по имени итальянского физика Энрико Ферми, создателя первого в мире ядерного реактора. — Прим. T&P). Были предложены десятки объяснений того, почему мы до сих пор не знакомы с внеземной жизнью, причем некоторые из них даже похожи на правду. Так, мы можем сутками рассуждать о различных пропущенных сигналах, о том, что инопланетяне уже среди нас, а мы этого не знаем, или что они не могут с нами связаться. Ну или есть более грустный вариант — Земля действительно единственная обитаемая планета.

Из чего сделана темная материя?

Около 80% массы всей Вселенной составляет темная материя. Это такая специфическая штука, которая не пропускает свет вообще. Хотя первые теории о темной материи появились примерно 60 лет назад, до сих пор нет ни одного прямого доказательства ее существования. Некоторые ученые полагают, что темная материя состоит из гипотетических слабовзаимодействующих массивных частиц — вимпов, (WIMP, Weakly Interacting Massive Particle), которые, по сути, могут быть тяжелее протонов в 100 раз, но не взаимодействуют с барионным веществом, под которое заточены наши детекторы. Другие же считают, что в состав темной материи входят такие частицы, как аксион, нейтралино и фотино.

Как появилась жизнь?

Откуда на Земле жизнь? Как это произошло? Сторонники теории «первичного бульона» верят, что плодородная Земля сама формировала все более сложные молекулы, в которых и появилась первая жизнь. Эти процессы происходили на дне океана, в вулканических кратерах, а также в почве и подо льдом. Другие теории придают большое значение световой и вулканической активности. Кроме того, сейчас ДНК считается господствующим базисом жизни на Земле, но также предполагается, что РНК могла быть одной из первых основных форм жизни. Еще один неразрешенный научный вопрос — существуют ли какие-либо еще нуклеиновые кислоты, помимо РНК и ДНК? Возникала ли жизнь лишь однажды или же она когда-то зародилась, затем была разрушена и потом снова возникла? Некоторые верят в панспермию — согласно этой теории, микроорганизмы (зародыши жизни) были принесены на Землю метеоритами и кометами. Даже если это правда, то откуда взялась жизнь на самом источнике панспермии — неизвестно.

Как работают тектонические плиты?

Это может оказаться для вас сюрпризом, но теория тектоники литосферных плит, передвигающих континенты и вызывающих землетрясения, извержения вулканов и даже формирующих горы, получила широкую известность не так давно (во второй половине ХХ века. — Прим. T&P). Хотя уже была выдвинута гипотеза, что полторы тысячи лет назад вместо шести континентов был только один, эту теорию мало поддерживали в 1960-х. Тогда господствовала теория спрединга морского дна. Согласно этой теории, огромные хребты, разделяющие земную кору под каждым океаном, обозначают границы между тектоническими плитами, постепенно передвигающимися в противоположных направлениях. При движении плит расплавленная масса из мантии поднимается, заполняя разлом в земной коре, а затем морское дно медленно продвигается в сторону континента. Но вскоре эта теория была отвергнута.

В любом случае ученые до сих пор не уверены, что вызывает эти сдвиги или как тектонические плиты были созданы. Есть множество теорий, но ни одна из них не отражает все аспекты этого их передвижения в полной мере.

Как мигрируют животные?

Многие животные и насекомые мигрируют на протяжении года, пытаясь избежать сезонной смены температуры и исчезновения жизненно необходимых ресурсов питания или в поисках соседей. Некоторые мигрируют на тысячи километров, так как же они находят путь обратно спустя год? Разные животные используют разные способы навигации. Например, некоторые способны чувствовать магнитное поле Земли и обладают своего рода внутренним компасом. Так или иначе, ученые до сих пор не понимают, как развиваются эти способности и почему животные точно знают, куда идти год за годом.

Что такое темная энергия?

Из всех научных тайн темная энергия, пожалуй, самая загадочная. В то время как темная материя составляет примерно 80% массы Вселенной, темная энергия — это гипотетическая форма энергии, которая, как верят ученые, составляет 70% всего содержимого Вселенной. Темная энергия — одна из причин расширения Вселенной, хотя с ней связано большое количество тайн, которые так и не удалось разгадать. Первая и самая главная — из чего вообще состоит темная энергия? Постоянна ли она или же в ней происходят какие-то флуктуации? Почему плотность темной энергии сопоставима с плотностью обычной материи? Можно ли согласовать данные о темной энергии с теорией гравитации Эйнштейна или эта теория должна быть пересмотрена?