Videnskabens store ubekendte: 20 uløste spørgsmål

Hvad er universet lavet af?

LONDON – Astronomer står over for en pinlig gåde: de ved ikke, hvad 95 procent af universet er lavet af. Atomer, som udgør alt det, vi ser omkring os, udgør kun sølle 5 procent. I løbet af de sidste 80 år er det blevet klart, at den betydelige rest består af to skyggeagtige enheder – mørkt stof og mørk energi. Førstnævnte, der først blev opdaget i 1933, fungerer som en usynlig lim, der binder galakser og galaksehobe sammen. Sidstnævnte, der blev afsløret i 1998, presser universets udvidelse til stadig større hastigheder. Astronomerne er ved at nærme sig den sande identitet af disse usynlige indtrængere.

Hvordan begyndte livet?

For fire milliarder år siden begyndte noget at røre sig i ursuppen. Nogle få simple kemikalier fandt sammen og skabte biologi – de første molekyler, der var i stand til at replikere sig selv, dukkede op. Vi mennesker er gennem evolutionen forbundet med disse tidlige biologiske molekyler. Men hvordan arrangerede de grundlæggende kemikalier, der var til stede på den tidlige Jord, sig spontant til noget, der ligner liv? Hvordan fik vi DNA? Hvordan så de første celler ud? Mere end et halvt århundrede efter at kemikeren Stanley Miller fremsatte sin teori om “ursuppen”, er vi stadig ikke enige om, hvad der skete. Nogle siger, at livet begyndte i varme bassiner nær vulkaner, andre at det blev startet af meteoritter, der ramte havet.

Er vi alene i universet?

Men måske ikke. Astronomer har gennemsøgt universet for steder, hvor vandverdener kan have givet liv, fra Europa og Mars i vores solsystem til planeter mange lysår væk. Radioteleskoper har aflyttet himlen, og i 1977 hørte man et signal, der muligvis bar præg af et fremmed budskab. Astronomer er nu i stand til at scanne atmosfæren i fremmede verdener for ilt og vand. De næste par årtier bliver en spændende tid for rumvæsensjægere med op til 60 milliarder potentielt beboelige planeter alene i vores Mælkevej.

Hvad gør os til mennesker?

Det kan man ikke vide ved at se på sit DNA – menneskets genom er 99 procent identisk med en chimpanses og for den sags skyld 50 procent med en banans. Vi har dog større hjerner end de fleste dyr – ikke de største, men fyldt med tre gange så mange neuroner som en gorilla (86 milliarder for at være præcis). Mange af de ting, som vi engang troede var kendetegnende for os – sprog, brug af redskaber, genkendelse af sig selv i spejlet – ses hos andre dyr. Måske er det vores kultur – og dens efterfølgende virkning på vores gener (og omvendt) – der gør forskellen. Forskere mener, at madlavning og vores beherskelse af ild kan have hjulpet os til at få store hjerner. Men det er muligt, at vores evne til samarbejde og handel med færdigheder er det, der virkelig gør dette til en planet med mennesker og ikke aber.

Hvad er bevidsthed?

Vi er stadig ikke helt sikre. Vi ved dog, at det har noget at gøre med forskellige hjerneområder, der er sat i netværk sammen, snarere end med en enkelt del af hjernen. Tanken er, at hvis vi finder ud af, hvilke dele af hjernen der er involveret, og hvordan det neurale kredsløb fungerer, vil vi finde ud af, hvordan bevidsthed opstår, noget som kunstig intelligens og forsøg på at opbygge en hjerne neuron for neuron kan hjælpe os med. Det sværere, mere filosofiske spørgsmål er, hvorfor noget overhovedet skulle være bevidst.

Et godt forslag er, at vi ved at integrere og behandle mange oplysninger samt fokusere og blokere i stedet for at reagere på de sanseindtryk, der bombarderer os, kan skelne mellem det, der er virkeligt, og det, der ikke er virkeligt, og forestille os flere fremtidsscenarier, der hjælper os med at tilpasse os og overleve.

Hvorfor drømmer vi?

Vi bruger omkring en tredjedel af vores liv på at sove. I betragtning af, hvor meget tid vi bruger på det, kunne man tro, at vi ville vide alt om det. Men forskerne søger stadig efter en fuldstændig forklaring på, hvorfor vi sover og drømmer. Tilhængere af Sigmund Freuds synspunkter mente, at drømme var udtryk for uopfyldte ønsker – ofte seksuelle – mens andre spekulerer på, om drømme er andet end tilfældige affyringer fra en sovende hjerne.

Dyreforsøg og fremskridt inden for hjerneafbildning har ført os til en mere kompleks forståelse, der tyder på, at drømme kan spille en rolle i hukommelse, indlæring og følelser. Rotter har for eksempel vist sig at kunne afspille deres vågne oplevelser i drømme, hvilket tilsyneladende hjælper dem med at løse komplekse opgaver som f.eks. at navigere i labyrinter.

Hvorfor er der ting?

Du burde virkelig ikke være her. Det “stof”, du er lavet af, er stof, som har en modpart, der hedder antimaterie, der kun adskiller sig i elektrisk ladning. Når de to mødes, forsvinder de begge i et energiblink.

Vores bedste teorier tyder på, at big bang skabte lige store mængder af de to, hvilket betyder, at alt stof siden skulle have mødt sin modpart af antimaterie, hvilket har gjort dem begge til skamme og efterladt universet oversvømmet med kun energi. Naturen har tydeligvis en subtil bias til fordel for materie, ellers ville du ikke eksistere. Forskere er i gang med at gennemgå data fra Large Hadron Collider for at forsøge at forstå hvorfor, og supersymmetri og neutrinoer er de to førende kandidater.

Er der andre universer?

Vores univers er et meget usandsynligt sted. Hvis man ændrer nogle af dets indstillinger bare en smule, bliver liv, som vi kender det, umuligt. I et forsøg på at løse dette “finjusteringsproblem” vender fysikerne sig i stigende grad mod tanken om andre universer. Hvis der findes et uendeligt antal af dem i et “multiversum”, vil alle kombinationer af indstillinger blive gennemført et eller andet sted, og man befinder sig naturligvis i det univers, hvor man er i stand til at eksistere. Det lyder måske skørt, men beviser fra kosmologien og kvantefysikken peger i den retning.

Hvor lægger vi alt det kulstof?

I de sidste par hundrede år har vi fyldt atmosfæren med kuldioxid – vi har frigjort det ved at brænde fossile brændstoffer af, som engang låste kulstof inde under jordens overflade. Nu er vi nødt til at lægge alt dette kulstof tilbage, ellers risikerer vi konsekvenserne af et varmere klima. Men hvordan gør vi det? En idé er at begrave det i gamle olie- og gasfelter. En anden er at gemme det væk på bunden af havet. Men vi ved ikke, hvor længe det vil blive der, eller hvilke risici det kan indebære. I mellemtiden er vi nødt til at beskytte naturlige, langvarige kulstoflagre som skove og tørvemoser og begynde at producere energi på en måde, hvor der ikke bliver spyttet endnu mere ud.

Hvordan får vi mere energi fra solen?

Den svindende forsyning af fossile brændstoffer betyder, at vi har brug for en ny måde at drive vores planet på. Vores nærmeste stjerne tilbyder mere end én mulig løsning. Vi udnytter allerede solens energi til at producere solenergi. En anden idé er at bruge energien i sollyset til at splitte vand op i dets bestanddele: ilt og brint, som kunne være et rent brændstof til fremtidens biler. Forskerne arbejder også på en energiløsning, der afhænger af at genskabe de processer, der foregår i selve stjernerne – de er ved at bygge en kernefusionsmaskine. Håbet er, at disse løsninger kan opfylde vores energibehov.

Hvad er så mærkeligt ved primtal?

Det faktum, at du kan handle sikkert på internettet, skyldes primtal – de cifre, der kun kan deles med sig selv og én. Offentlig nøglekryptering – hjertestenen i internethandel – bruger primtal til at fremstille nøgler, der er i stand til at låse dine følsomme oplysninger inde for nysgerrige øjne. Men på trods af deres grundlæggende betydning for vores hverdag er primtalene stadig en gåde. Et tilsyneladende mønster i dem – Riemann-hypotesen – har i århundreder fristet nogle af de klogeste hoveder i matematikken. Indtil videre har ingen dog været i stand til at tæmme deres mærkværdighed. Hvis det lykkes, kan det måske ødelægge internettet.

Hvordan slår vi bakterier?

Antibiotika er et af miraklerne i den moderne medicin. Sir Alexander Flemings Nobelprisvindende opdagelse førte til lægemidler, der bekæmpede nogle af de mest dødbringende sygdomme og gjorde kirurgi, transplantationer og kemoterapi mulig. Alligevel er denne arv i fare – i Europa dør omkring 25 000 mennesker hvert år af multiresistente bakterier. Vores lægemiddelproduktion har været i stampe i årtier, og vi har forværret problemet gennem overdreven ordination og misbrug af antibiotika – det anslås, at 80 % af USA’s antibiotika anvendes til at øge dyrenes vækst i landbruget. Heldigvis hjælper DNA-sekventering os heldigvis med at opdage antibiotika, som vi ikke vidste, at bakterier kunne producere. Sammen med innovative, om end ulækkert klingende metoder som f.eks. transplantation af “gode” bakterier fra afføring og jagten på nye bakterier dybt nede i havene kan vi måske stadig holde trit i dette våbenkapløb med organismer, der er 3 milliarder år ældre end os.

Kan computere blive ved med at blive hurtigere?

Vores tablets og smartphones er mini-computere, der indeholder mere computerkraft, end astronauterne tog med til månen i 1969. Men hvis vi ønsker at blive ved med at øge den mængde computerkraft, vi bærer rundt på i vores lommer, hvordan skal vi så gøre det? Der er kun et vist antal komponenter, som man kan proppe på en computerchip. Er grænsen nået, eller er der en anden måde at lave en computer på? Forskerne overvejer nye materialer, f.eks. atomtyndt kulstof – grafen – og nye systemer, f.eks. kvantecomputere.

Vil vi nogensinde helbrede kræft?

Det korte svar er nej. Kræft er ikke en enkelt sygdom, men en løs gruppe af mange hundrede sygdomme, og den har eksisteret siden dinosaurerne, og da kræft er forårsaget af fejlslagne gener, er risikoen indbygget i os alle. Jo længere vi lever, jo større er sandsynligheden for, at noget går galt, på en række forskellige måder. For kræft er en levende ting – den udvikler sig hele tiden for at overleve.

Men selv om det er utroligt kompliceret, lærer vi gennem genetik mere og mere om, hvad der forårsager den, hvordan den spreder sig, og vi bliver bedre til at behandle og forebygge den. Og du skal vide dette: Op til halvdelen af alle kræftformer – 3,7 millioner om året – kan forebygges; hold op med at ryge, drik og spis moderat, vær aktiv og undgå langvarig udsættelse for middagssolen.

Hvornår kan jeg få en robotbutler?

Robotter kan allerede servere drikkevarer og bære kufferter. Moderne robotteknologi kan tilbyde os et “personale” af individuelt specialiserede robotter: de gør dine Amazon-ordrer klar til levering, malker dine køer, sorterer din e-mail og transporterer dig mellem lufthavnsterminaler. Men en virkelig “intelligent” robot kræver, at vi knækker den kunstige intelligens. Det virkelige spørgsmål er, om du ville lade en robotbutler være alene i huset med din bedstemor. Og da Japan sigter mod at have robotassistenter til at tage sig af de ældre inden 2025, tænker vi meget over det nu.

Hvad er der på bunden af havet?

955 procent af havet er uudforsket. Hvad er der dernede? I 1960 rejste Don Walsh og Jacques Piccard syv miles ned, til den dybeste del af havet, i jagten på svar. Deres rejse skubbede grænserne for menneskelige anstrengelser, men gav dem kun et glimt af livet på havbunden. Det er så vanskeligt at nå ned til havets bund, at vi for det meste må ty til at sende ubemandede fartøjer ud som spejdere.

De opdagelser, vi har gjort indtil nu – fra bizarre fisk som f.eks. tøndeøje med sit gennemsigtige hoved til en mulig behandling af Alzheimers, der er fremstillet af krebsdyr – er en lille del af den mærkelige verden, der gemmer sig under bølgerne.

Hvad er der på bunden af et sort hul?

Det er et spørgsmål, som vi endnu ikke har redskaberne til at besvare. Einsteins generelle relativitetsteori siger, at når et sort hul skabes af en døende, kollapserende massiv stjerne, så fortsætter det med at falde sammen, indtil det danner et uendeligt lille, uendeligt tæt punkt kaldet en singularitet.

Men på sådanne skalaer har kvantefysikken sandsynligvis også noget at sige. Bortset fra at den generelle relativitetsteori og kvantefysikken aldrig har været de lykkeligste af sengekammerater – i årtier har de modstået alle forsøg på at forene dem. Men en ny idé – kaldet M-teori – kan måske en dag forklare det usynlige centrum for en af universets mest ekstreme skabelser.

Kan vi leve evigt?

Vi lever i en fantastisk tid: Vi er begyndt at tænke på “aldring” ikke som en kendsgerning, men som en sygdom, der kan behandles og muligvis forebygges eller i det mindste udsættes i meget lang tid. Vores viden om, hvad der får os til at ældes – og hvad der gør det muligt for nogle dyr at leve længere end andre – vokser hurtigt.

Og selv om vi ikke helt har fundet ud af alle detaljerne, er de spor, vi indsamler om DNA-skader, balancen mellem aldring, stofskifte og reproduktiv fitness samt de gener, der regulerer dette, ved at udfylde et større billede, der potentielt kan føre til behandlinger med lægemidler.

Men det virkelige spørgsmål er ikke, hvordan vi kommer til at leve længere, men hvordan vi kommer til at leve godt længere. Og da mange sygdomme, som f.eks. diabetes og kræft, er sygdomme, der skyldes aldring, kan behandlingen af selve aldringen være nøglen.

Hvordan løser vi befolkningsproblemet?

Tallet af mennesker på vores planet er fordoblet til mere end 7 milliarder siden 1960’erne, og det forventes, at vi i 2050 vil være mindst 9 milliarder. Hvor skal vi alle sammen bo, og hvordan skal vi skaffe nok mad og brændstof til vores stadigt voksende befolkning? Måske kan vi sende alle til Mars eller begynde at bygge boligblokke under jorden. Vi kunne endda begynde at brødføde os selv med laboratorieproduceret kød. Det lyder måske som sci-fi-løsninger, men måske skal vi begynde at tage dem mere alvorligt.

Er tidsrejser mulige?

Tidsrejsende er allerede blandt os. Takket være Einsteins specielle relativitetsteori oplever astronauter, der befinder sig i kredsløb om den internationale rumstation, at tiden tikker langsommere. Ved den hastighed er virkningen ubetydelig, men hvis man øger hastigheden, betyder det, at mennesket en dag kan rejse tusindvis af år ind i fremtiden. Naturen synes ikke at være så glad for, at mennesker går den anden vej og vender tilbage til fortiden, men nogle fysikere har udarbejdet en detaljeret plan for en måde at gøre det på ved hjælp af ormehuller og rumskibe. Det kunne endda bruges til at give dig selv en gave til jul eller til at besvare nogle af de mange spørgsmål, der omgiver universets store ubekendte.

“The Big Questions in Science”: The Quest to Solve the Great Unknowns” er udgivet af Andre Deutsch.