Далекий космос — галактики «розбігаються» швидше, ніж це передбачено теорією. Попри всі досягнення науки, у ній все ж існує чимало білих плям. Журнал New Scientist опублікував список загадкових явищ, пояснити які науковці не в змозі.
1. Ефект плацебо
Не намагайтеся повторити це вдома! Протягом кількох днів ви завдаєте комусь болю по кілька разів на день. Ви зменшуєте біль за допомогою морфію, аж до останнього дня експерименту, а потім замінюєте морфій фізіологічним розчином. І вгадайте, що відбувається? Фізіологічний розчин знімає біль.
Це — ефект плацебо: якимось чином склад із нічого може справити дуже потужний вплив. Лікарі знають про ефект плацебо вже давно. Але окрім того, що, вочевидь, він має біохімічну природу, ми не знаємо нічого. Ясно одне: розум може впливати на біохімію організму.
2. Проблема горизонту
Наш Всесвіт виявляється незбагненно єдиним. Погляньте на простір від одного краю видимого Всесвіту до іншого, і ви побачите, що на всій його протяжності фон мікрохвильового випромінювання в космосі має однакову температуру. Це не здається дивним доти, доки ви не згадаєте, що ці два краї перебувають на відстані 28 мільярдів світлових років один від одного, а нашому Всесвіту лише 14 мільярдів років.
Ніщо не може рухатися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла, тому неможливо, щоб теплове випромінювання встигло подорожувати між двома горизонтами й урівноважити гарячі та холодні зони, що утворилися під час Великого вибуху, встановивши ту теплову рівновагу, яку ми бачимо зараз.
З наукового погляду однакова температура фонового випромінювання є аномалією. Пояснити її можна було б визнанням того, що швидкість світла не є сталою. Але навіть у цьому разі ми все одно безсилі перед питанням: чому?
3. Ультраенергетичні космічні промені
Ось уже понад десять років фізики в Японії спостерігають космічні промені, які не повинні існувати. Космічні промені — це частинки, які подорожують Всесвітом зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Деякі космічні промені приходять на Землю внаслідок бурхливих подій, таких як вибух наднової. Але ми нічого не знаємо про походження високоенергетичних частинок, які спостерігаються в природі. І навіть це ще не справжня таємниця.
Коли частинки космічних променів переміщуються в просторі, вони втрачають енергію при зіткненні з фотонами низького рівня енергії, наприклад, із космічного мікрохвильового фонового випромінювання. Проте в Токійському університеті виявили космічні промені з дуже високою енергією. Теоретично вони могли з'явитися лише з нашої галактики, але знайти джерело цих космічних променів у нашій галактиці астрономи не можуть.
4. Феномен гомеопатії
Мадлін Енніс (Madeleine Ennis), фармаколог із Королівського університету Белфаста — справжнє лихо для гомеопатії. Вона виступила проти тверджень гомеопатів про те, що хімічний засіб можна розвести до такого ступеня, що зразок не міститиме практично нічого, крім води, і водночас матиме цілющу силу. Енніс вирішила раз і назавжди довести, що гомеопатія є просто балаканиною.
У своїй останній роботі вона описує, як її група в чотирьох різних лабораторіях досліджувала вплив ультрарозведених розчинів гістаміну на білі кров'яні тільця, що беруть участь у запаленні. На подив науковців з'ясувалося, що гомеопатичні розчини (розведені до такого ступеня, що, вочевидь, не містили навіть однієї молекули гістаміну), діяли так само, як і гістамін.
До цих експериментів жоден гомеопатичний засіб ніколи не спрацьовував у клінічних випробуваннях. Але белфастське дослідження свідчить про те, що щось усе-таки відбувається. «Ми, - каже Енніс, - не можемо пояснити наші знахідки й повідомляємо про них для заохочення інших до дослідження цього явища».
Якщо результати виявляться реальними, вважає вона, то наслідки можуть бути дуже суттєвими: нам, можливо, доведеться переписувати фізику і хімію.
5. Темна матерія
Візьміть наше найкраще знання про гравітацію, застосуйте його до обертання галактик, і ви одразу ж виявите проблему: згідно з нашими знаннями, галактики мають розпадатися. Галактична матерія обертається навколо центральної точки, оскільки її гравітаційне притягання створює доцентрові сили. Але для створення спостережуваного обертання в галактиках не вистачає маси.
Віра Рубін (Vera Rubin), астрономка з відділу земного магнетизму інституту Карнегі у Вашингтоні, помітила цю аномалію наприкінці сімдесятих років минулого століття. Найкраща відповідь, яку змогли дати фізики, полягала в припущенні, що у Всесвіті є більше речовини, ніж ми можемо спостерігати. Проблема полягала в тому, що ніхто не міг пояснити, чим є ця «темна матерія».
Пояснити її науковці не можуть і досі, і це прикра прогалина в нашому розумінні. Астрономічні спостереження свідчать про те, що темна матерія має становити приблизно 90% маси Всесвіту, і все ж ми напрочуд необізнані щодо того, що це за 90%.
6. Життя на Марсі
20 липня 1976 року. Гілберт Левін (Gilbert Levin) сидить на самому краєчку свого крісла. За мільйони кілометрів від нього, на Марсі, спускний космічний апарат «Вікінг» узяв зразки ґрунту. Апаратура Левіна змішала їх із речовиною, що містила вуглець-14. Науковці, які брали участь в експерименті, вважають, що якщо в ґрунті виявляться викиди метану, які містять вуглець-14, то на Марсі має бути життя.
Аналізатори «Вікінга» дають позитивний результат. Щось поглинає поживні речовини, перетворює їх, а потім виділяє газ, що містить вуглець-14. Але чому ж немає свята?
Тому що інший аналізатор, призначений для визначення органічних молекул, які є необхідними ознаками життя, нічого не знайшов. Науковці перестрахувалися й оголосили відкриття «Вікінга» хибнопозитивними. Але чи так це насправді?
Результати, передані останнім космічним апаратом НАСА, показують, що в минулому поверхня Марса майже напевно містила воду і тому була сприятливою для життя. Існують і інші докази. «Кожен політ на Марс, - каже Гілберт Левін, - надає дані, що підтверджують мій висновок. Жодні з них йому не суперечать».
Левін обстоює свої погляди вже не самотужки. Джо Міллер (Joe Miller), мікробіолог з Університету Південної Каліфорнії в Лос-Анджелесі, проаналізував дані заново і вважає, що викиди демонструють ознаки циркадного циклу. А це з високою ймовірністю передбачає наявність життя. Чи мають рацію ці науковці — поки що невідомо.
7. Тетранейтрони
Чотири роки тому були виявлені шість частинок, які не повинні були існувати. Їх назвали тетранейтронами — чотири нейтрони, що перебувають у зв'язку, який ігнорує закони фізики.
Група науковців із Кана під керівництвом Франсіско Мігеля Маркеса (Francisco Miguel Marquès) обстрілювала невелику вуглецеву мішень ядрами берилію і аналізувала їхні траєкторії за допомогою детекторів. Науковці очікували побачити, що чотири різні нейтрони потраплять у різні детектори. Натомість вони виявили лише один спалах світла в одному детекторі.
Енергія цього спалаху показала, що всі чотири нейтрони потрапили в один і той самий детектор. Можливо, це просто збіг, і чотири нейтрони випадково потрапили в те саме місце в той самий час. Але це до смішного малоймовірно.
Водночас така поведінка не є малоймовірною для тетранейтронів. Щоправда, дехто може заперечити, що згідно зі стандартною моделлю фізики елементарних частинок тетранейтрони просто не можуть існувати. Адже за принципом Паулі в одній системі не існує навіть двох протонів чи нейтронів, які могли б мати однакові квантові властивості. Ядерна сила, що утримує їх разом, така, що не здатна утримати навіть два поодинокі нейтрони, не кажучи вже про чотири.
Маркес і його група були настільки приголомшені отриманими результатами, що «поховали» ці дані в науковій праці, у якій ішлося лише про певну ймовірність відкриття тетранейтронів у майбутньому. Адже якщо почати змінювати закони фізики, щоб обґрунтувати зв'язок чотирьох нейтронів, виникне хаос.
Визнання існування тетранейтронів означало б, що поєднання елементів, які утворилися після Великого вибуху, не узгоджується з тим, що ми зараз спостерігаємо. І, що ще гірше, сформовані елементи стають надто важкими для космосу. «Імовірно, Всесвіт колапсував би раніше, ніж почав розширюватися», - каже Наталія Тимофеюк (Natalia Timofeyuk), теоретик з університету Суррей у Гілфорді, Велика Британія.
Водночас є й інші докази на користь того, що матерія може складатися з численних нейтронів. Це — нейтронні зорі. Вони містять величезну кількість зв'язаних нейтронів, а це означає, що коли нейтрони збираються в маси, у дію вступають сили, які досі залишаються для нас незрозумілими.
8. Аномалія Pioneer
У 1972 році американці запустили космічний апарат Pioneer-10. На його борту було послання позаземним цивілізаціям — табличка із зображеннями чоловіка, жінки та схеми розташування Землі в космосі. Рік по тому слідом за ним вирушив Pioneer-11. На цей час обидва апарати вже мали перебувати в далекому космосі. Однак незвичним чином їхні траєкторії сильно відхилилися від розрахункових.
Щось почало їх тягнути (або штовхати), унаслідок чого вони почали рухатися з прискоренням. Воно було крихітним — менше нанометра за секунду, що еквівалентно одній десятимільярдній частці гравітації на поверхні Землі. Але цього виявилося достатньо, щоб змістити Pioneer-10 з його траєкторії на 400 000 кілометрів.
Із Pioneer-11 НАСА втратила зв'язок у 1995 році, але до того моменту він відхилявся від траєкторії точно так само, як і його попередник. Чим це було спричинено? Ніхто не знає.
Деякі з можливих пояснень уже були відкинуті, зокрема програмні помилки, сонячний вітер і витоки палива. Якщо причиною став якийсь гравітаційний ефект, то ми про це нічого не знаємо. Фізики просто розгублені.
9. Темна енергія
Це одна з найвідоміших і найважче розв'язуваних проблем фізики. У 1998 році астрономи виявили, що Всесвіт розширюється з дедалі більшою швидкістю. До цього вважалося, що після Великого вибуху розширення Всесвіту сповільнюється.
Розумного пояснення цьому відкриттю науковці досі не знайшли. Одне з припущень — за це явище відповідає якась властивість порожнього простору. Космологи назвали її темною енергією. Але всі спроби ідентифікувати її зазнали невдачі.
10. Десята планета
Якщо ви вирушите в подорож до самого краю Сонячної системи, у холодну зону простору за Плутоном, то побачите щось дивне. Після проходження поясу Койпера — області космосу, багатої на крижані брили, - ви раптом побачите порожній простір.
Астрономи називають цю межу скелею Койпера, оскільки за нею густина космічного кам'яного поясу різко зменшується. Що є причиною? Єдиною відповіддю на це може бути наявність десятої планети в нашій Сонячній системі. Причому, щоб так очистити простір від сміття, вона мала б бути такою ж масивною, як Земля або Марс.
Але хоча розрахунки й показують, що таке тіло могло стати причиною існування поясу Койпера, ніхто й ніколи не бачив цю легендарну десяту планету.
11. Космічний сигнал WOW
Він тривав 37 секунд і прийшов із космосу. 15 серпня 1977 року на роздруківці радіотелескопа в штаті Делавер самописці накреслили: WOW. І двадцять вісім років по тому ніхто не знає, що стало причиною цього сигналу.
Імпульси прийшли із сузір'я Стрільця на частоті близько 1420 МГц. Передачі в цьому діапазоні заборонені міжнародною угодою. Природні джерела випромінювання, такі як термічні викиди планет, охоплюють набагато ширший діапазон частот. Що ж стало причиною випромінювання цих імпульсів? Відповіді досі немає.
Найближча до нас зоря в цьому напрямку перебуває на відстані 220 світлових років. Якщо сигнал прийшов звідти, то це має бути або величезна астрономічна подія, або розвинена позаземна цивілізація з напрочуд потужним передавачем.
Усі наступні спостереження на тій самій ділянці неба ні до чого не привели. Сигналу, подібного до WOW, більше не зареєстровано.
12. Такі непостійні сталі
У 1997 році астроном Джон Вебб (John Webb) і його група з університету Нового Південного Уельсу в Сіднеї проаналізували світло, що приходить на Землю від далеких квазарів. У своїй подорожі тривалістю 12 мільярдів років світло проходить крізь міжзоряні хмари, що складаються з металів, таких як залізо, нікель і хром. Дослідники виявили, що ці атоми поглинають фотони світла квазара, проте зовсім не ті, яких очікували.
Єдине більш-менш розумне пояснення цьому явищу полягає в тому, що фізична стала, яку називають сталою тонкої структури, або альфою, має інше значення під час проходження світла крізь хмари.
Але це єресь! Альфа є надзвичайно важливою сталою, що визначає, як світло взаємодіє з матерією, і вона не повинна змінюватися! Її значення, серед іншого, залежить від заряду електрона, швидкості світла та сталої Планка. Чи можливо, щоб якісь із цих параметрів справді змінилися?!
Ніхто з фізиків не хотів вірити в правильність вимірювань. Вебб і його група протягом багатьох років намагалися знайти помилки у своїх результатах. Але їм досі це не вдалося.
Результати Вебба — не єдині, що підтверджують, що в нашому розумінні альфи щось не так. Нещодавній аналіз єдиного відомого природного ядерного реактора, що діяв майже 2 мільярди років тому там, де нині перебуває Окло в Габоні, також свідчить про те, що у взаємодії світла з матерією щось змінилося.
Пропорція певних радіоактивних ізотопів, вироблених у такому реакторі, залежить від альфи, тому аналіз продуктів поділу, що збереглися в ґрунті Окло, дає змогу визначити значення сталої на момент їхнього утворення.
Використовуючи цей метод, Стів Ламорей (Steve Lamoreaux) і його колеги з Лос-Аламоської національної лабораторії в Нью-Мексико припустили, що з моменту дії в Окло альфа зменшилася більш ніж на 4%. І це означає, що наші уявлення про сталі можуть виявитися помилковими.
13. Низькотемпературний ядерний синтез (НЯС)
Після шістнадцятирічної відсутності він повернувся. Хоча, насправді, НЯС ніколи й не зникав. Починаючи з 1989 року, лабораторії ВМС США провели понад 200 експериментів, покликаних з'ясувати, чи можуть ядерні реакції за кімнатної температури генерувати більше енергії, ніж споживати (вважається, що це можливо лише всередині зір).
Керований ядерний синтез вирішив би багато світових енергетичних проблем. Не дивно, що Міністерство енергетики США так ним зацікавлене. У грудні минулого року, після тривалого розгляду всіх доказів, воно заявило, що відкрите для пропозицій щодо нових НЯС-експериментів.
Це доволі крутий поворот. П'ятнадцять років тому це саме міністерство дійшло висновку, що первісні результати по НЯС, отримані Мартіном Флейшманом (Martin Fleischmann) та Стенлі Понсом (Stanley Pons) з університету штату Юта й урочисто представлені на прес-конференції в 1989 році, неможливо підтвердити, і тому вони, ймовірно, є хибними.
Основний принцип НЯС полягає в тому, що занурення паладієвих електродів у важку воду (у якій кисень поєднаний з ізотопом важкого водню) може вивільнити велику кількість енергії. Заковика полягає в тому, що всі загальновизнані наукові теорії вважають, що ядерний синтез за кімнатної температури неможливий.
За матеріалами журналу New Scientist