Velké neznámé vědy: 20 nevyřešených otázek

Z čeho se skládá vesmír?

LONDÝN – Astronomové čelí nepříjemné hádance: nevědí, z čeho se skládá 95 procent vesmíru. Atomy, které tvoří vše, co vidíme kolem sebe, tvoří jen slabých 5 procent. Během posledních 80 let se ukázalo, že podstatný zbytek tvoří dvě stínové entity – temná hmota a temná energie. Ta první, poprvé objevená v roce 1933, funguje jako neviditelné lepidlo, které spojuje galaxie a kupy galaxií. Ta druhá, odhalená v roce 1998, pohání rozpínání vesmíru ke stále větším rychlostem. Astronomové se blíží k odhalení skutečné identity těchto neviditelných vetřelců.

Jak vznikl život?

Před čtyřmi miliardami let se v prvotní polévce začalo něco míchat. Několik jednoduchých chemických látek se dalo dohromady a vytvořilo biologii – objevily se první molekuly schopné se replikovat. My lidé jsme evolucí spojeni s těmito prvními biologickými molekulami. Jak se ale základní chemické látky přítomné na rané Zemi spontánně uspořádaly do něčeho, co připomíná život? Jak jsme získali DNA? Jak vypadaly první buňky? Více než půl století poté, co chemik Stanley Miller navrhl svou teorii „prvotní polévky“, se stále nemůžeme shodnout na tom, co se stalo. Někteří tvrdí, že život vznikl v horkých jezírkách poblíž sopek, jiní, že ho nastartovaly meteority dopadající do moře.

Jsme ve vesmíru sami?

Možná ne. Astronomové pátrají ve vesmíru po místech, kde by na vodních světech mohl vzniknout život, od Europy a Marsu v naší sluneční soustavě až po planety vzdálené mnoho světelných let. Radioteleskopy odposlouchávaly oblohu a v roce 1977 byl zaslechnut signál nesoucí potenciální znaky mimozemské zprávy. Astronomové jsou nyní schopni zkoumat atmosféry cizích světů a hledat v nich kyslík a vodu. Příštích několik desetiletí bude vzrušující dobou pro lovce mimozemšťanů, protože jen v naší Mléčné dráze se nachází až 60 miliard potenciálně obyvatelných planet.

Co nás dělá lidmi?“

Pouhý pohled na DNA vám to neřekne – lidský genom je z 99 procent shodný se šimpanzím a z 50 procent s banánovým. Máme však větší mozek než většina zvířat – ne největší, ale nabitý třikrát více neurony než gorila (přesně 86 miliard). Spoustu věcí, o kterých jsme si kdysi mysleli, že nás odlišují – jazyk, používání nástrojů, rozpoznání sebe sama v zrcadle -, vidíme i u jiných zvířat. Možná je to naše kultura – a její následný vliv na naše geny (a naopak) -, co dělá ten rozdíl. Vědci se domnívají, že vaření a zvládnutí ohně nám možná pomohlo získat velký mozek. Je však možné, že naše schopnost spolupráce a výměny dovedností je to, co skutečně dělá tuto planetu lidmi, a ne opicemi.

Co je to vědomí?“

Stále si nejsme úplně jistí. Víme však, že souvisí spíše s různými oblastmi mozku propojenými do sítě než s jedinou částí mozku. Domníváme se, že pokud zjistíme, které části mozku jsou zapojeny a jak fungují nervové obvody, přijdeme na to, jak vědomí vzniká, k čemuž nám může pomoci umělá inteligence a pokusy o sestavení mozku neuron po neuronu. Těžší a filozofičtější otázkou je, proč by vůbec něco mělo být vědomé.

Dobrý předpoklad je, že díky integraci a zpracování velkého množství informací, stejně jako díky soustředění a blokování namísto reakcí na smyslové vstupy, které nás bombardují, můžeme rozlišovat mezi tím, co je skutečné a co ne, a představovat si více budoucích scénářů, které nám pomáhají přizpůsobit se a přežít.

Proč sníme?

Přibližně třetinu života strávíme spánkem. Vzhledem k tomu, kolik času tím trávíme, by se mohlo zdát, že o tom víme všechno. Vědci však stále hledají úplné vysvětlení toho, proč spíme a proč se nám zdají sny. Zastánci názorů Sigmunda Freuda věřili, že sny jsou projevem nesplněných přání – často sexuálních – zatímco jiní se ptají, zda jsou sny něco jiného než náhodné výstřely spícího mozku.

Studie na zvířatech a pokroky v zobrazování mozku nás dovedly ke komplexnějšímu chápání, které naznačuje, že sny by mohly hrát roli v paměti, učení a emocích. Bylo například prokázáno, že krysy si ve snech přehrávají své zážitky z bdělého stavu, což jim zřejmě pomáhá řešit složité úkoly, jako je například orientace v bludišti.

Proč tu něco je?

Ty bys tu opravdu neměl být. „Věci“, ze kterých jste vyrobeni, jsou hmota, která má svůj protějšek zvaný antihmota lišící se pouze elektrickým nábojem. Když se setkají, obě zmizí v záblesku energie.

Naše nejlepší teorie naznačují, že při velkém třesku vzniklo stejné množství obou látek, což znamená, že veškerá hmota by se měla od té doby setkat se svým protějškem antihmotou, čímž by obě zanikly a vesmír by zůstal zaplaven pouze energií. Příroda je zjevně jemně nakloněna hmotě, jinak by neexistovala. Vědci prosívají data z Velkého hadronového urychlovače a snaží se pochopit proč, přičemž supersymetrie a neutrina jsou dva hlavní kandidáti.

Existují jiné vesmíry?

Náš vesmír je velmi nepravděpodobné místo. Stačí jen trochu změnit některá jeho nastavení a život, jak ho známe, se stane nemožným. Ve snaze vyřešit tento problém „jemného ladění“ se fyzikové stále častěji obracejí k představě jiných vesmírů. Pokud jich v „multivesmíru“ existuje nekonečné množství, pak by se každá kombinace nastavení někde odehrála a vy se samozřejmě ocitnete ve vesmíru, kde jste schopni existovat. Může to znít bláznivě, ale důkazy z kosmologie a kvantové fyziky ukazují tímto směrem.

Kam dáváme všechen ten uhlík?

Posledních několik set let plníme atmosféru oxidem uhličitým – uvolňujeme ho spalováním fosilních paliv, která kdysi uzamkla uhlík pod zemským povrchem. Nyní musíme všechen tento uhlík uložit zpět, jinak riskujeme následky oteplování klimatu. Jak to ale uděláme? Jedním z nápadů je pohřbít ho do starých ropných a plynových polí. Další možností je schovat ho na dně moře. Nevíme však, jak dlouho tam zůstane a jaká jsou rizika. Mezitím musíme chránit přirozená, dlouhodobá úložiště uhlíku, jako jsou lesy a rašeliniště, a začít vyrábět energii způsobem, který nebude chrlit ještě více.

Jak získat více energie ze slunce?“

Snižující se zásoby fosilních paliv znamenají, že potřebujeme nový způsob pohonu naší planety. Naše nejbližší hvězda nabízí více než jedno možné řešení. Sluneční energii již využíváme k výrobě solární energie. Další myšlenkou je využití energie slunečního světla k rozdělení vody na její složky: kyslík a vodík, což by mohlo být čisté palivo pro automobily budoucnosti. Vědci také pracují na energetickém řešení, které závisí na obnovení procesů probíhajících uvnitř samotných hvězd – staví stroj na jadernou fúzi. Doufají, že tato řešení by mohla uspokojit naše energetické potřeby.

Co je tak divného na prvočíslech?

Za to, že můžete bezpečně nakupovat na internetu, vděčíme prvočíslům – číslicím, které se dají dělit pouze samy sebou a jedničkou. Šifrování s veřejným klíčem – srdeční záležitost internetového obchodování – využívá prvočísla k vytvoření klíčů schopných uzamknout vaše citlivé informace před zvědavýma očima. A přestože mají prvočísla zásadní význam pro náš každodenní život, zůstávají záhadou. Zjevný vzorec v jejich rámci – Riemannova hypotéza – po staletí dráždil některé z nejbystřejších mozků v matematice. Dosud se však nikomu nepodařilo jejich podivnost zkrotit. Doing so might just break the internet.

Jak porazit bakterie?

Antibiotika jsou jedním ze zázraků moderní medicíny. Objev sira Alexandra Fleminga oceněný Nobelovou cenou vedl k lékům, které bojují s některými z nejsmrtelnějších nemocí a umožňují operace, transplantace a chemoterapii. Toto dědictví je však ohroženo – v Evropě každoročně umírá přibližně 25 000 lidí na bakterie odolné vůči více lékům. Naše zásoby léků již desítky let skomírají a my tento problém ještě zhoršujeme nadměrným předepisováním a zneužíváním antibiotik – odhaduje se, že 80 % amerických antibiotik jde na podporu růstu hospodářských zvířat. Naštěstí nám nástup sekvenování DNA pomáhá objevovat antibiotika, o kterých jsme nikdy nevěděli, že je bakterie mohou produkovat. Spolu s inovativními, i když nechutně znějícími metodami, jako je transplantace „dobrých“ bakterií z výkalů a hledání nových bakterií hluboko v oceánech, můžeme ještě udržet krok v tomto závodě ve zbrojení s organismy o 3 miliardy let staršími.

Mohou se počítače stále zrychlovat?

Naše tablety a chytré telefony jsou minipočítače, které obsahují více výpočetního výkonu, než astronauti vzali v roce 1969 na Měsíc. Pokud ale chceme stále zvyšovat výpočetní výkon, který nosíme po kapsách, jak to uděláme? Na počítačový čip lze nacpat jen tolik komponent. Bylo dosaženo limitu, nebo existuje jiný způsob, jak vyrobit počítač? Vědci uvažují o nových materiálech, jako je atomárně tenký uhlík – grafen, a také o nových systémech, jako jsou kvantové počítače.

Vyléčíme někdy rakovinu?

Krátká odpověď zní ne. Nejedná se o jedinou nemoc, ale o volnou skupinu mnoha stovek nemocí, rakovina je tu s námi již od dob dinosaurů a vzhledem k tomu, že je způsobena poruchou genů, je toto riziko pevně zakódováno v každém z nás. Čím déle žijeme, tím větší je pravděpodobnost, že se něco pokazí, a to různými způsoby. Rakovina je totiž živá věc – neustále se vyvíjí, aby přežila.

Ačkoli je neuvěřitelně komplikovaná, díky genetice se dozvídáme stále více o tom, co ji způsobuje, jak se šíří a stále lépe ji umíme léčit a předcházet jí. A vězte, že až polovině všech případů rakoviny – 3,7 milionu ročně – lze předejít; přestaňte kouřit, pijte a jezte střídmě, zůstaňte aktivní a nevystavujte se dlouhodobě polednímu slunci.

Kdy budu moci mít robotického sluhu?

Roboti už umí podávat nápoje a nosit kufry. Moderní robotika nám může nabídnout „personál“ individuálně specializovaných robotů: připraví vám objednávky z Amazonu k doručení, podojí krávy, roztřídí e-maily a převezou vás mezi letištními terminály. Skutečně „inteligentní“ robot však vyžaduje, abychom rozlouskli umělou inteligenci. Skutečnou otázkou je, zda byste nechali robotického komorníka samotného v domě s vaší babičkou. A vzhledem k tomu, že Japonsko chce mít do roku 2025 robotické pomocníky, kteří se budou starat o jeho seniory, budeme o tom nyní usilovně přemýšlet.

Co je na dně oceánu?“

Pětadevadesát procent oceánu je neprozkoumaných. Co je tam dole? V roce 1960 se Don Walsh a Jacques Piccard vydali sedm mil dolů, do nejhlubší části oceánu, aby hledali odpovědi. Jejich cesta posunula hranice lidského snažení, ale přinesla jim jen letmý pohled na život na mořském dně. Dostat se na dno oceánu je tak obtížné, že se většinou musíme uchýlit k vysílání bezpilotních prostředků jako průzkumníků.

Objevy, které jsme zatím učinili – od bizarních ryb, jako je sudokopytník s průhlednou hlavou, až po potenciální léčbu Alzheimerovy choroby pomocí korýšů – jsou jen malým zlomkem podivného světa, který se skrývá pod vlnami.

Co je na dně černé díry?“

Je to otázka, na kterou zatím nemáme nástroje. Einsteinova obecná teorie relativity říká, že když černou díru vytvoří umírající, hroutící se masivní hvězda, pokračuje její propadání tak dlouho, dokud nevytvoří nekonečně malý, nekonečně hustý bod zvaný singularita.

Ale k takovým měřítkům má pravděpodobně co říct i kvantová fyzika. Až na to, že obecná relativita a kvantová fyzika nikdy nebyly nejšťastnějšími kamarády – po desetiletí odolávaly všem pokusům o jejich sjednocení. Nedávná myšlenka – nazvaná M-teorie – však možná jednoho dne vysvětlí neviditelný střed jednoho z nejextrémnějších výtvorů vesmíru.

Můžeme žít věčně?

Žijeme v úžasné době: začínáme uvažovat o „stárnutí“ nikoli jako o faktu života, ale jako o nemoci, kterou lze léčit a případně jí předcházet, nebo ji alespoň na velmi dlouhou dobu odložit. Naše znalosti o tom, co způsobuje naše stárnutí – a co umožňuje některým živočichům žít déle než jiným – se rychle rozšiřují.

A i když jsme ještě nezjistili všechny podrobnosti, poznatky, které shromažďujeme o poškození DNA, rovnováze stárnutí, metabolismu a reprodukční zdatnosti, plus o genech, které to regulují, vyplňují širší obraz, který by mohl vést k léčbě léky.

Ale skutečnou otázkou není, jak budeme žít déle, ale jak budeme žít déle dobře. A protože mnoho nemocí, jako je cukrovka a rakovina, jsou nemoci související se stárnutím, mohla by být klíčem léčba samotného stárnutí.

Jak vyřešíme populační problém?

Od 60. let 20. století se počet lidí na naší planetě zdvojnásobil na více než 7 miliard a očekává se, že do roku 2050 nás bude nejméně 9 miliard. Kde budeme všichni žít a jak vyrobíme dostatek potravin a paliva pro naši stále rostoucí populaci? Možná bychom mohli všechny poslat na Mars nebo začít stavět bytové domy pod zemí. Mohli bychom se dokonce začít živit laboratorně vypěstovaným masem. Možná to zní jako sci-fi řešení, ale možná bychom je měli začít brát vážněji.

Je možné cestovat časem?“

Cestovatelé časem už chodí mezi námi. Díky Einsteinově speciální teorii relativity zažívají astronauti na oběžné dráze Mezinárodní vesmírné stanice pomalejší běh času. Při této rychlosti je efekt zanedbatelný, ale když zvýšíme rychlost, znamená to, že jednoho dne by lidé mohli cestovat tisíce let do budoucnosti. Zdá se, že příroda nemá tak ráda, když se lidé vydávají opačným směrem a vracejí se do minulosti, nicméně někteří fyzikové vymysleli důmyslný plán, jak to provést pomocí červích děr a kosmických lodí. Mohl by se dokonce použít k tomu, abyste si na Vánoce předali dárek nebo odpověděli na některé z mnoha otázek, které obklopují velké neznámé vesmíru.

„Velké otázky ve vědě: