Восемнадцать вопросов, на котрые еще предстоит найти ответ

Есть много такого, о чём человек узнал за последние тысячелетия. Но кое-что нам всё же неизвестно, и этого «кое-чего» подозрительного много. Давайте окинем беглым взглядом самые острые углы нашего незнания.

1. Из чего сделана Вселенная?

Жалкие девяносто лет назад проблемы с этим не было: она состоит из атомов, состоящих из (далее просто подставьте ваше любимое слово). Но многие знания — многие печали, поэтому, по современным воззрениям, Вселенная на 96% состоит из бог знает чего: никому неведомой тёмной материи (словосочетание впервые употреблено в 1933 году), отвечающей за 22% массы Вселенной, и ещё менее понятной тёмной энергии (~1998 год), на которую приходится 74%. И если остальные 4% можно пощупать, то 96% — хотя мы и не знаем, что это такое, — пощупать не удастся никогда, ибо «тёмные частицы», какими бы они ни были, должны очень слабо взаимодействовать с обычной материей. Пока достоверно обнаружить частицы хотя бы тёмной материи (с энергией будет ещё сложнее!) не удалось, но кандидатов оказалось чересчур много: и лёгкие, и особо тяжёлые, и даже какие-то ультратяжёлые. До ясности, касающейся свойств тёмной материи, тем не менее, ещё очень, очень, очень далеко.
 

2. Зачем же нужны эти жалкие четыре процента обычной материи, все эти атомы, из которых состоят звёзды, всяческий песок и прочие люди?

И правда: их не должно быть. Стандартная модель не позволяет предположить, что вещества и антивещества в момент рождения Вселенной было разное количество. Но тогда после их возникновения антиводород должен был аннигилировать, столкнувшись с водородом, и так далее. Финальная картина должна быть трагичной: все атомы аннигилированы, а по Вселенной взад-вперёд носятся фотоны разных энергий — свет, и ничего, кроме света. В таком сценарии даже этот свет увидеть было бы некому.

И тем не менее мы всё ещё здесь. Значит, есть что-то, что мы упускаем в этой картине: налицо загадка асимметрии вещества и антивещества. Предпринималось множество попыток объяснить её так: мол, по каким-то причинам антивещество распадалось быстрее вещества, и так далее. Но пока даже перспективные механизмы вроде превращения одних нейтрино в другие не могут дать корректного общепринятого ответа на этот вопрос...

3. И ещё немного об универсуме. Есть ли другие Вселенные, кроме нашей?

Очень неудобный вопрос, ибо от ответа на него зависит вся наша картина мира. Если Вселенных больше одной, то их с огромной долей вероятности много — причём неограниченно. Иные физики любят ссылаться на их численную бесконечность: мол, глупо спрашивать, почему наблюдаемые физические законы и значения фундаментальных физических постоянных именно такие. Какая, говорят они, тонкая настройка Вселенной? Никакой настройки не было, и все мы — продукт решения сложнейших задач методом брутфорса титанических масштабов, перебора абсолютно бесконечного количества вариантов всех мыслимых физических законов.

В одном из раскладов (миров) природе повезло, и в результате возникла жизнь, и она отрастила себе глаза. И даже мозги, отчего теперь задаёт всякие неприличные вопросы. А никакой тонкой настройки (точно вам говорим!) нет, есть лишь слепая, но закономерная удача. Возьмите число букв, из которых состоит «Гамлет», — и при бесконечном количестве перетасовок вы непременно получите «Гамлета» шекспировского уровня, а может, и лучше.

Словом, в абсолютном большинстве параллельных вселенных жизни нет. Да и вообще всё очень плохо.

Но есть и иные мнения. Отдельные физики утверждают, что все так называемые случайные процессы на деле являются совершенно квантовыми по своей природе, а потому не реализуются вплоть до момента, когда на них взглянет наблюдатель. Да и после этого существовать будет только один вариант — в котором наблюдатель всё-таки есть, а «кот» либо мёртв, либо жив, то есть реально существует только один — наш мир.

Вот только как точно узнать, какой из двух подходов верен?..

4. Ой. Всё-таки придётся ещё раз произнести слово «Вселенная». Одиноки ли мы в ней?

Миллион вариантов этой проблемы давно занимают пытливые умы. Не будем перечислять всё, но отсутствие инопланетян на улицах означает, что мы либо погибнем до того, как сможем улететь к другим звездам (иначе почему ещё не прилетели к нам?), либо что-то ещё.

Этому есть пара оригинальных объяснений. Первое, авторства Станислава Лема, замечает, что наши представления о деятельности высокоразвитых инопланетян хромают. Мы изначально разделили все вещи в космосе на естественные и искусственные, в то время как многие естественные объекты и явления могут быть побочным продуктом или конечной целью технологической деятельности сверхцивилизаций.

По этой концепции, какие-нибудь чёрные дыры могут быть генераторами энергии и одновременно средствами утилизации космического мусора, звёзды — методом рассеивания облаков газа, почему-то мешающих сверхцивилизации, и так далее. В таком случае наши попытки углядеть инопланетян обречены. «Способность отличить искусственное явление от естественного есть функция знаний того, кто устанавливает это различие... О том, как выглядит энергетика "звёздной" концентрации мощности, на каком расстоянии её можно обнаружить, каковы её разновидности, — об этом мы узнаем, когда будем обладать подобной энергетикой...»

Второй вариант, не очень-то серьёзно рассматривавшийся в НФ ещё 60 лет тому назад, ещё страннее. Путешествий инопланетян нет, потому что на определённом этапе они или учатся локально менять физические законы быстро и просто, что позволяет бесконечно расширять жизненное пространство без нужды в далёких путешествиях, либо же находят лазейки в другие миры, позволяющие вести «колонизацию» без путешествий при помощи полётов на космических кораблях.

5. Что находится внутри чёрной дыры?

Беда не в том, что мы этого не знаем, а в том, что у нас нет даже представлений о теории или эксперименте, которые позволили бы это узнать. Общая теория относительности отказывается работать в условиях сингулярности, гипотетически наличествующей в ЧД. Может быть, здесь-то квантовая физика и должна сказать своё веское слово, но десятилетия попыток использовать для этого как её саму, так и в связке с теорией относительности пока не привели к успеху. Нужна теория квантовой гравитации — но её, увы, пока не удаётся построить. Ну а теория струн и петлевая квантовая гравитация, которые яростно хулят друг друга, однозначных решений не принесли.

Хватит рассуждать о том, чего мы не можем потрогать, обратимся к практике.

6. Куда девать углекислый газ?

Мы производим двадцать триллионов киловатт-часов в год, в основном сжигая разные соединения углерода или даже чистый углерод. В итоге Земля, похоже, становится всё более жарким местом. Не в первый раз, конечно. Но надо понимать, что устоявшиеся экосистемы в результате потепления нарушатся повсеместно, и недавнее проникновение кабанов на Кольский полуостров (вкупе с другими миграциями паразитов и вредителей с юга на север) доказывает это вполне убедительно.

Кто-то предлагает закачивать углекислый газ, образующийся при горении топлива, под землю, кто-то считает, что его лучше связывать химически, но все эти решения делают тепловую энергетику такой дорогой, что её электричество станет попросту никому не нужным.

Увы, перспектив на этом направлении пока не просматривается в принципе.

7. И отсюда другой вопрос: можем ли мы получать нужную нам энергию в основном от Солнца?

Строго говоря, вопрос покрывает не только гелиоэнергтику, но и ветряки, ветер для которых тоже в конечном счёте возникает благодаря солнечному свету. К сожалению, даже если мы покроем небольшую часть пустынь солнечными батареями (а пока политическая зрелость африканских режимов такова, что в здравом уме на большие инвестпроекты там никто не пойдёт), то топлива для транспорта мы так и не получим.

Конечно, в последние годы появились приемлемые по параметрам электромобили... Но лишь от $63 тыс. Электромобилизация, как вы понимаете, в таких условиях всем кажется хорошим шагом, вот только пусть сначала «электромобилизуются» Петровы, Джексоны и прочие соседи, а у нас лишних денег нет.

Есть перспективы и в этом случае: несколько новых исследований уверяют нас, что солнечный свет способен недорого напрямую разбивать молекулу воды на водород и кислород, отправляя первый на нужды транспорта и хранения энергии. Используя его в топливных в твердооксидных элементах, можно будет генерировать электричество без генерации углекислого газа, вот только пока на доводку таких технологий нужно время, которого у климата Земли, наверное, почти не осталось...

8. Как нам дальше бороться с бактериями?

Только в Европе от устойчивых к антибиотикам бактерий гибнет 25 тыс. человек в год. Дорвавшись до антибиотиков, их стали употреблять против всего, включая профилактику (!) болезней скота, на что в Штатах уходит 80% всех выпускаемых антибиотиков. Дарвин беспощаден: любой фактор отбора порождает тех, кто умеет его преодолевать. Новые антибиотики, которые основаны на глубоком анализе генов супербактерий, устойчивых к обычным лекарствам, дают результаты. Но их разработка стоит всё больше, а занимаются ею всё меньше. Долго ли мы сможем поддерживать паритет в этой гонке? И не закончится ли дело появлением таких бактерий, против которых антбиотики будут бессильны принципиально?

9. Можем ли мы победить рак?

Нет. Впрочем, краткость этого ответа обманчива. Да, в последние годы появилось устойчивое мнение, что рак был ещё у динозавров и неандертальцев (как минимум), что он в принципе неотделим от жизни многоклеточного организма — как и смерть. Более того, чем лучше медицина, тем серьёзнее будет угрожать рак: в долгоживущие организмы «зашита» вероятность возникновения такой ошибки генов, которая ведёт к образованию злокачественных опухолей, и чем больше времени организму дадут на такие ошибки, тем больше он их совершит. То есть даже в обществе идеальной медицины рак не только не ослабнет, но, напротив, может стать чуть ли не самой массовой причиной смерти.

И всё же это «нет» вводит в заблуждение. Голые землекопы полностью свободны от рака благодаря совершенным генетическим механизмам, которые не позволяют их клетками делиться даже вне тела, как только они вошли в соприкосновение с другими клетками землекопа. А ещё есть слепыши, не болеющие раком, причём, похоже, в мире животных много таких механизмов, которые эволюционировали независимо друг от друга.

В принципе, изучение их генов может выявить нужные нам механизмы, и теоретически нет ничего невозможного в их использовании для предупреждения рака у людей. Вот только до этого в лучшем случае долгие годы интенсивной работы.

10. А можем ли мы победить смерть?

То есть способны ли мы жить неограниченно долго, верно? Ситуация сходна с раковым вопросом. Короткий ответ: нет, если вы многоклеточное. Но ответ этот очень короток...

Дело в том, что некоторые многоклеточные организмы в принципе бессмертны — если, конечно, не бить их по голове топором. Быть может, их старение просто столь медленно, что учёные не могут дождаться их смерти от естественных причин («пренебрежимое старение»). Медуза Turrilopsis nutricula, актинии и гидры совершенно точно не умирают с возрастом — для этого им нужны внешние факторы.

Сосна остистая межгорная, по всей видимости, весьма похожа на эти организмы — старейшему известному экземпляру 5 тыс. лет; учитывая, что дерево беззащитно перед топором, пожаром и молнией, можно предположить, что этот вид только от них и погибает. Несколько лет назад выяснилось, что моллюск Arctica islandica запросто живёт более 500 лет без видимых возрастных изменений; сходные черты показывают черепаха Terrapene carolina, морской ёж Strongylocentrotus franciscanus, морской окунь Sebastes aleutianus и др. Все самые старые выловленные особи не демонстрируют признаков этого самого старения, снижения плодовитости пр. — ничего, что отличало бы их от особей на сотню лет моложе. Наконец, губка Scolymastra joubini заявляется как живущая до 23 тыс. лет (оценка)!

Возможно, видов с неуловимым старением намного больше, чем известно биологам. В частности, максимальный возраст тех же лангустов установить вообще не удаётся, однако возрастных изменений у них после взросления нет. Очевидно, изучение механизмов такого долголетия могло бы продвинуть человеческую борьбу со старением, хотя пока и не ясно — насколько именно.

11. Куда же тогда девать миллиарды всё новых людей?

Ну хорошо, вот мы добились долгой жизни без рака и бактерий, устойчивых к лекарствам, — а дальше что? Нас семь миллиардов, к 2050 году будет больше девяти, а к 2100-му... Чем кормить эту прорву при условии ограниченной площади? Даже если около 20 млрд население стабилизируется, откуда брать еду?
В случае же гипотетического удлинения человеческой жизни прирост вообще трудно остановить: вряд ли мы представим себе общество, где люди добровольно и полностью откажутся от детей. Тогда нам и бифштексы из пробирки не помогут.

Выслать бы всех на Марс, но для этого нужны технологии, а как их отработать, когда население самых быстроразмножающихся стран занято то обработкой сородичей зарином, то миротворческими бомбардировками, а на космос денег не остаётся?..

А теперь давайте обсудим «всё такое», коль скоро все остальные вопросы получили исчерпывающий ответ.

12. Куда нас заведёт закон Мура?

Иначе говоря: компьютеры продолжат совершенствоваться или наблюдаемое в последнее десятилетие замедление их развития закончится полной стагнацией? Как перейти на наноуровень элементной базы, когда даже графен не имеет запрещённой зоны, а попытки его допирования проваливаются? Очень коротко: одним из ответов на этот вопрос, возможно, являются транзисторы на графене, работающие без использования запрещённой зоны.

Но ведь вам этого мало? Вам точно надо знать, будут ли у нас приличные квантовые компьютеры, без которых многие шаги в той же генетике могут оказаться неосуществимыми?..

13. Когда у меня будет робот-дворецкий?

Нам с 1950-х все уши прожужжали роботами-помощниками, но об универсальных механических гуманоидах до сих пор можно только мечтать. Хотя японцы намерены к 2025 году добраться до робосиделки человекообразного облика, нынешние роботы либо узкоспециализированы, либо недостаточно функциональны: не хватает универсальности манипуляторам, а главное — нет искусственного интеллекта, без которого никакой «дворецкий» невозможен.

Увы, пока реально только это: устройства типа самобеглых пылесосов (iRobot), которые чистят пол, но если вы после этого не будете чистить их самих, то... Чтобы пойти дальше, нужен достойный искусственный интеллект, а отдельные товарищи заявляют, что без квантовых компьютеров его не будет никогда, потому что неквантового интеллекта, вероятно, просто не бывает, и даже наш мозг — разновидность квантового компьютера...

14. А что насчёт машины времени?

В принципе, путешественники во времени среди нас есть, и речь даже не о Рипах ван Андроповых, успешно захвативших Кремль, почту и телеграф, а о простых космонавтах.

Благодаря действию специальной теории относительности время для людей на борту МКС течёт медленнее, чем для землян, хотя сей эффект очень скромен. В принципе, на базе того же лазерного паруса можно добиться и куда более решительных путешествий в будущее, а вот прошлое многие, особенно физики и философы, хотели бы оставить под замком — во избежание гибельных парадоксов. И всё же при наличии экзотической материи такое путешествие возможно — скажем, посредством кротовых нор между чёрными дырами. Правда, если это так, то жизнь, бесспорно, потеряет свой уют: возможность менять прошлое способна привести к чудовищным сбоям в историческом процессе, и, честно говоря, даже масштаб таких катаклизмов сейчас нельзя оценить.

15. Как возникла жизнь?

Уже 80 лет (спасибо тов. Опарину) нам говорят, что первые самовоспроизводящиеся молекулы возникли в первичном супе, в мелких водоёмах Земли, и случилось это 4 млрд лет назад. «Суп» состоял из аминокислот, полипептидов, азотистых оснований и нуклеотидов, образовавшихся под действием электрических разрядов, высокой температуры и космического излучения.

Однако эксперименты по повторению подобных процессов дали смешанный результат: из базисных мономеров стали образовываться вещества, препятствующие росту сложности получаемых в таком «супе» полимеров.

Затем задачу вроде бы упростили гипотезой «мира РНК», но и вероятность спонтанного возникновения РНК, обладающей каталитическими свойствами, очень низка: по расчётам, и четырёх миллиардов лет могло не хватить. Трудно предположить, что мы неправильно себе представляем условия на Земле той поры (спасибо тов. геологам). В общем, как именно возникла РНК и всё, что от неё произошло, пока загадка. Дело доходит до того, что отдельные авторы перемещают нашу прародину на Марс, где условия для формирования РНК были лучше!

16. Что делает нас людьми?

У некоторых из нас есть большой мозг, но у слона и кита он ещё больше. Кое-кто из нас умеет делать орудия, но, как оказалось, на это способны также попугаи, тюлени и пр. достойные животные. Разумеется, это систематически делают, к примеру, обезьяны, но при этом они почему-то не становятся разумными. Быть может, огонь? Шимпанзе, однако, вполне быстро учатся разводить огонь хоть зажигалкой, хоть спичкой, однако пока не подали заявку на вступление в ООН. Язык? Как мы уже писали, если не язык, то пиктограммы оказались вполне доступны обезьянам разных видов, причём они даже способны взаимодействовать по локальной сети с невидимым «собеседником», включая как людей, так и своих сородичей. Культура групп? Не-а. Орангутанги при миграции вроде бы заимствуют у других групп и приёмы охоты, и пищевые пристрастия, и другие элементы поведения, включая региональные вариации звуковых сигналов...

Так в чём же дело, что отделяет нас от них?!

17. Что такое сознание?

Может быть, сознание? Но ответ ничего не добавит: мы всё равно не знаем, что это. Предположительно, оно образуется физиологически в силу взаимодействия (возможно, сетевого) разных зон мозга. Загвоздка в том, что у нас нет монополии на мозг, и непонятно, почему рефлексии и самосознание должны быть ограниченны нами...

Turrilopsis nutricula в конце каждого жизненного цикла возвращается в стадию полипа, после чего всё повторяется. В отличие от нас, эта нестареющая (!) медуза рискует лишь смертью в пасти хищника. Чем именно мы хуже медузы? (Иллюстрация Wikimedia Commons.)

18. Зачем мы спим?

И если спим, то мозг всё равно всё время работает, да? Что это за отдых такой, при котором вроде бы и отдыха нет? И почему часть позвоночных спит «одним полушарием»? Зачем тратить треть жизни на процесс, смысл которого неясен?..

Есть, конечно, теория, что сон помогает обучению, в то же время «перезагружая мозг», позволяя синапсам «сбросить» воспоминания в долговременную память, иначе со временем количество накопленных воспоминаний стало бы слишком большим и новые просто не смогли бы образовываться, что нанесло бы существенный урон нашему сознанию. Но, честно говоря, пока это всё же гипотеза, хотя и набирающая силу.

Конечно, этим списком самые интересные проблемы науки не исчерпываются: вопросов, если честно, должно было быть 42, а то и больше. Что ж, постараемся и впредь держать вас в курсе.