Автор: Прежде чем начать чтение, пожалуйста, нажмите «Подписаться» — это не только поможет вам делиться мнением и участвовать в обсуждении, но и создаст особое ощущение вовлечённости. Перед вами — серьёзный, объёмный материал, и мы надеемся, что вы дочитаете его до конца. Спасибо за вашу поддержку!
Человечество смогло за несколько тысяч лет взобраться на вершину пищевой цепи. Это свидетельствует о стремительном развитии нашей науки и техники. Всё это стало возможным благодаря выдающимся учёным — таким как Ньютон, Эйнштейн, Хокинг, Галилей, Коперник.
Их открытия кардинально продвинули вперёд научную мысль и помогли раскрыть множество тайн мироздания. И всё же, несмотря на колоссальные успехи, человечество до сих пор не способно объяснить все загадки Вселенной. Некоторые физические проблемы остаются неразрешимыми вот уже почти сто лет. А если когда-нибудь нам всё же удастся найти ответы на эти вопросы — это станет мощнейшим толчком для нового витка научного прогресса.
Давайте вместе рассмотрим, какие загадки до сих пор не дают покоя физикам.
Содержание
Загадка 1. Что такое время?
Время — это абстрактное и сложное понятие, которое в разных науках трактуется по-разному. С точки зрения физики, время — это фундаментальная составляющая Вселенной, неотделимая от пространства: вместе они образуют структуру, которую мы называем «пространственно-временной континуум».
Согласно теории относительности Эйнштейна, время и пространство взаимосвязаны и взаимно влияют друг на друга. Движение объекта и интенсивность гравитационного поля могут замедлять течение времени. Вблизи массивных тел или при движении с околосветовой скоростью время идёт иначе. С точки зрения термодинамики, время связано с увеличением энтропии — степени хаоса в системе. Второй закон термодинамики гласит: в замкнутой системе энтропия всегда возрастает. Этот необратимый процесс и задаёт «стрелу времени» — направление от порядка к беспорядку.
Философы же рассматривают время как форму человеческого восприятия. Например, Кант считал его априорной формой чувственного опыта, с помощью которой мы организуем и воспринимаем внешний мир. В четырёхмерной картине мира время неотделимо от трёх пространственных координат. Чтобы описать событие в таком пространстве, необходимо задать три координаты положения и одну координату времени. Движение любого объекта в такой системе отслеживается с помощью его «мировой линии» — траектории в пространстве и времени.
Загадка 2. Что находится за пределами Вселенной?
Согласно современным научным представлениям, наша Вселенная появилась около 13,8 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. Всё началось с точки — сингулярности с бесконечно высокой плотностью, температурой и массой. После взрыва началось стремительное расширение пространства, которое продолжается до сих пор.
Но что было до Большого взрыва? И есть ли «вне» у Вселенной? Некоторые гипотезы предполагают, что наша Вселенная — лишь одна из множества в некоем «мультивселенной», где каждая Вселенная может иметь свои законы физики и эволюционный путь. Есть и теории о существовании дополнительных измерений, в которых наша Вселенная — это трёхмерная «мембрана» (brane), плавающая в более высокоразмерном пространстве.
Хокинг выдвинул гипотезу о «безграничной Вселенной» — аналогично поверхности Земли, у которой нет края. В таком случае вопрос о том, что находится за пределами Вселенной, теряет смысл. Однако всё это пока лишь теоретические конструкции. Что именно находится «вне» — если там вообще что-то есть — пока неизвестно.
Загадка 3. Как возникает гравитация?
Когда речь заходит о гравитации, на ум сразу приходит закон всемирного тяготения Ньютона. В 1687 году он сформулировал: все тела во Вселенной притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Но Эйнштейн предложил иную точку зрения. В рамках общей теории относительности гравитация — это не сила в привычном смысле, а следствие искривления пространства-времени под действием массы. Масса «вдавливает» пространство, как тяжёлый шар на резиновую плёнку, а другие объекты движутся по искривлённым траекториям — по геодезическим линиям.
Так, Земля вращается вокруг Солнца не потому, что её «тянет» гравитация, а потому что она движется по криволинейному пути в искажённом пространстве. Этот подход объясняет многие явления, но не всё. Например, движение звёзд на краях галактик говорит о наличии скрытой массы, которую нельзя наблюдать напрямую. Учёные называют её тёмной материей. Что она собой представляет — до сих пор неизвестно.
Загадка 4. Обладает ли человек самосознанием?
Самосознание — это способность осознавать своё существование, мысли, чувства и действия. Философ Декарт сформулировал это так: «Я мыслю — следовательно, я существую». С точки зрения нейронаук, самосознание связано с работой определённых участков мозга, в первую очередь — префронтальной коры.
Нейробиолог Антонио Дамасио в книге «Нейронные основы сознания» отмечает: «Я — это не иллюзия, а телесный процесс, создаваемый мозгом». Мы ощущаем окружающий мир субъективно, и каждый человек интерпретирует реальность по-своему. Это говорит о существовании уникального «Я» у каждого индивида.
Хотя точный механизм возникновения самосознания пока не выяснен, данные нейропсихологии, биологии и философии убеждают нас в том, что человек действительно обладает самосознанием. Возможно, в будущем наука даст нам исчерпывающий ответ.
Загадка 5. Как зародилась жизнь на Земле?
Земля — пока единственное известное нам место, где существует жизнь. Но как она возникла? Учёные полагают, что на раннем этапе формирования планеты на неё падали кометы и астероиды, принесшие воду и органические соединения.
В первичной атмосфере Земли было много простых молекул — метан, аммиак, водяной пар, водород. Под действием энергии — молний, ультрафиолета, вулканического тепла — эти соединения вступали в химические реакции и образовывали аминокислоты, сахара и нуклеотиды. Это подтвердил эксперимент Миллера и Юри в 1953 году, в котором из простых газов в лаборатории были получены аминокислоты — строительные блоки белков.
Согласно дарвиновской теории эволюции, все формы жизни произошли от простейших организмов, медленно усложняясь на протяжении миллиардов лет. Но каким был первый живой организм и что именно стало толчком к его появлению — наука всё ещё не знает.
Загадка 6. Почему у света есть предельная скорость?
Скорость света в вакууме — около 300 000 км/с. Это предел, за который, согласно специальной теории относительности, ничего не может выйти. Почему именно так?
Скорость света — фундаментальная константа, не зависящая от наблюдателя. Если бы свет мог двигаться быстрее, нарушилась бы причинно-следственная связь: события могли бы происходить до того, как произошли их причины. Это разрушило бы весь фундамент физики.
Более того, если бы скорость света была бесконечной, мы могли бы в один миг наблюдать весь космос без искажений и задержек. Исчезла бы концепция «видимой Вселенной», и наше понимание устройства мироздания радикально изменилось бы.
Загадка 7. Почему Вселенная расширяется?
В 1929 году Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга — и чем дальше, тем быстрее. Это стало первым доказательством того, что Вселенная расширяется. Согласно теории Большого взрыва, это расширение продолжается уже 13,8 миллиардов лет.
Но почему оно продолжается до сих пор? Считается, что энергию этому процессу даёт загадочная тёмная энергия — она составляет около 68% от всей энергии во Вселенной. Её свойства пока неизвестны, но она, по-видимому, обладает «отрицательным давлением», которое заставляет пространство расширяться всё быстрее.
Существуют и альтернативные гипотезы — например, что наша Вселенная сталкивается с другими в рамках мультивселенной. Однако в любом случае механизм космического расширения до конца не ясен.