Marile necunoscute ale științei: 20 de întrebări nerezolvate

Din ce este alcătuit universul?

LONDRA – Astronomii se confruntă cu o enigmă jenantă: nu știu din ce este alcătuit 95 la sută din univers. Atomii, care formează tot ceea ce vedem în jurul nostru, reprezintă doar un amărât de 5 la sută. În ultimii 80 de ani, a devenit clar că restul substanțial este alcătuit din două entități obscure – materia întunecată și energia întunecată. Prima, descoperită pentru prima dată în 1933, acționează ca un lipici invizibil, legând galaxiile și roiurile de galaxii între ele. Descoperită în 1998, cea de-a doua împinge expansiunea universului la viteze din ce în ce mai mari. Astronomii se apropie de adevărata identitate a acestor interlopi nevăzuți.

Cum a început viața?

Cu patru miliarde de ani în urmă, ceva a început să se agite în supa primordială. Câteva substanțe chimice simple s-au unit și au dat naștere biologiei – au apărut primele molecule capabile să se reproducă. Noi, oamenii, suntem legați prin evoluție de acele prime molecule biologice. Dar cum s-au aranjat spontan substanțele chimice de bază prezente pe Pământul timpuriu în ceva care să semene cu viața? Cum am obținut ADN-ul? Cum arătau primele celule? La mai bine de o jumătate de secol după ce chimistul Stanley Miller a propus teoria „supei primordiale”, încă nu ne putem pune de acord asupra a ceea ce s-a întâmplat. Unii spun că viața a început în bazinele fierbinți din apropierea vulcanilor, alții că a fost declanșată de meteoriții care au lovit marea.

Suntem singuri în univers?

Poate că nu. Astronomii au cercetat universul în căutarea unor locuri în care lumile cu apă ar fi putut da naștere la viață, de la Europa și Marte din sistemul nostru solar până la planete aflate la mulți ani lumină distanță. Radiotelescoapele au tras cu urechea la ceruri, iar în 1977 a fost auzit un semnal care purta semnele potențiale ale unui mesaj extraterestru. Astronomii sunt acum capabili să scaneze atmosferele lumilor extraterestre pentru a căuta oxigen și apă. Următoarele câteva decenii vor fi o perioadă incitantă pentru vânătorii de extratereștri, cu până la 60 de miliarde de planete potențial locuibile numai în Calea Lactee.

Ce ne face umani?

Simpla examinare a ADN-ului nu vă va spune – genomul uman este identic în proporție de 99 la sută cu cel al cimpanzeului și, de asemenea, în proporție de 50 la sută cu cel al unei banane. Cu toate acestea, avem un creier mai mare decât majoritatea animalelor – nu cel mai mare, dar plin de trei ori mai mulți neuroni decât cel al unei gorile (86 de miliarde, mai exact). Multe dintre lucrurile pe care credeam cândva că ne diferențiază – limbajul, utilizarea uneltelor, recunoașterea în oglindă – sunt observate la alte animale. Poate că cultura noastră – și efectul ei ulterior asupra genelor noastre (și viceversa) – este cea care face diferența. Oamenii de știință cred că gătitul și stăpânirea focului ne-ar fi putut ajuta să obținem creiere mari. Dar este posibil ca capacitatea noastră de cooperare și de schimb de abilități să fie ceea ce face ca aceasta să fie cu adevărat o planetă de oameni și nu de maimuțe.

Ce este conștiința?

Nu suntem încă foarte siguri. Știm însă că are de-a face cu diferite regiuni ale creierului conectate în rețea, mai degrabă decât cu o singură parte a creierului. Se crede că, dacă ne dăm seama ce părți ale creierului sunt implicate și cum funcționează circuitele neuronale, ne vom da seama cum apare conștiința, lucru la care ne-ar putea ajuta inteligența artificială și încercările de a construi un creier neuron cu neuron. Întrebarea mai dificilă, mai filozofică, este de ce ceva ar trebui să fie conștient în primul rând.

O sugestie bună este că, prin integrarea și procesarea multor informații, precum și prin concentrare și blocarea mai degrabă decât reacția la intrările senzoriale care ne bombardează, putem distinge între ceea ce este real și ceea ce nu este și ne putem imagina mai multe scenarii viitoare care ne ajută să ne adaptăm și să supraviețuim.

De ce visăm?

Ne petrecem aproximativ o treime din viață dormind. Având în vedere cât timp petrecem făcând acest lucru, ați putea crede că știm totul despre el. Dar oamenii de știință sunt încă în căutarea unei explicații complete a motivelor pentru care dormim și visăm. Susținătorii opiniilor lui Sigmund Freud credeau că visele sunt expresii ale unor dorințe neîmplinite – adesea sexuale – în timp ce alții se întreabă dacă visele sunt altceva decât declanșările aleatorii ale unui creier adormit.

Studiile pe animale și progresele în domeniul imagisticii cerebrale ne-au condus la o înțelegere mai complexă care sugerează că visarea ar putea juca un rol în memorie, învățare și emoții. S-a demonstrat, de exemplu, că șobolanii își repetă experiențele din timpul stării de veghe în vise, ajutându-i, se pare, să rezolve sarcini complexe, cum ar fi navigarea prin labirinturi.

De ce există chestii?

Nu ar trebui să fii aici. „Chestia” din care ești făcut este materia, care are o contraparte numită antimaterie care diferă doar prin încărcătura electrică. Când se întâlnesc, ambele dispar într-o străfulgerare de energie.

Cele mai bune teorii ale noastre sugerează că big bang-ul a creat cantități egale din cele două, ceea ce înseamnă că toată materia ar fi trebuit să se întâlnească de atunci cu omologul său antimaterie, distrugându-le pe amândouă și lăsând universul inundat doar de energie. Este clar că natura are o prejudecată subtilă pentru materie, altfel nu ați exista. Cercetătorii analizează datele de la Large Hadron Collider încercând să înțeleagă de ce, supersimetria și neutrinii fiind cei doi candidați principali.

Există și alte universuri?

Universul nostru este un loc foarte puțin probabil. Modificați chiar și puțin unele dintre setările sale și viața așa cum o cunoaștem devine imposibilă. În încercarea de a dezlega această problemă de „reglaj fin”, fizicienii se îndreaptă din ce în ce mai mult spre noțiunea de alte universuri. Dacă există un număr infinit de universuri într-un „multivers”, atunci fiecare combinație de setări ar trebui să se desfășoare undeva și, bineînțeles, te regăsești în universul în care ești capabil să exiști. Poate părea o nebunie, dar dovezile din cosmologie și din fizica cuantică arată în această direcție.

Unde punem tot carbonul?

În ultimele două sute de ani, am umplut atmosfera cu dioxid de carbon – eliberându-l prin arderea combustibililor fosili care odată au blocat carbonul sub suprafața Pământului. Acum trebuie să punem tot acel carbon la loc, sau riscăm consecințele unei încălziri a climei. Dar cum putem face acest lucru? O idee este să îl îngropăm în zăcăminte vechi de petrol și gaze. O altă idee este să îl ascundem pe fundul mării. Dar nu știm cât timp va rămâne acolo sau care ar putea fi riscurile. Între timp, trebuie să protejăm depozitele naturale de carbon de lungă durată, cum ar fi pădurile și turbăriile, și să începem să producem energie într-un mod care să nu scuipe și mai mult.

Cum putem obține mai multă energie de la soare?

Sursele din ce în ce mai mici de combustibili fosili înseamnă că avem nevoie de un nou mod de a ne alimenta planeta. Cea mai apropiată stea a noastră oferă mai mult de o soluție posibilă. Deja valorificăm energia solară pentru a produce energie solară. O altă idee este aceea de a folosi energia din lumina solară pentru a descompune apa în părțile sale componente: oxigen și hidrogen, care ar putea oferi un combustibil curat pentru mașinile viitorului. Oamenii de știință lucrează, de asemenea, la o soluție energetică care depinde de recrearea proceselor care au loc chiar în interiorul stelelor – ei construiesc o mașină de fuziune nucleară. Speranța este că aceste soluții pot satisface nevoile noastre de energie.

Ce este atât de ciudat la numerele prime?

Faptul că puteți face cumpărături în siguranță pe internet se datorează numerelor prime – acele cifre care nu pot fi împărțite decât între ele însele și unu. Criptarea cu cheie publică – inima comerțului pe internet – folosește numere prime pentru a modela chei capabile să vă blocheze informațiile sensibile de ochii curioșilor. Și totuși, în ciuda importanței lor fundamentale pentru viața noastră de zi cu zi, numerele prime rămân o enigmă. Un model aparent în cadrul lor – ipoteza Riemann – a ispitit unele dintre cele mai strălucite minți din matematică timp de secole. Cu toate acestea, până în prezent, nimeni nu a reușit să le domolească ciudățenia. Făcând acest lucru ar putea sparge internetul.

Cum putem învinge bacteriile?

Antibioticele sunt unul dintre miracolele medicinei moderne. Descoperirea lui Sir Alexander Fleming, câștigătoare a premiului Nobel, a dus la medicamente care au combătut unele dintre cele mai mortale boli și au făcut posibile intervențiile chirurgicale, transplanturile și chimioterapia. Cu toate acestea, această moștenire este în pericol – în Europa, aproximativ 25.000 de persoane mor în fiecare an din cauza bacteriilor multirezistente la medicamente. De zeci de ani, rezervele noastre de medicamente sunt în criză, iar problema se agravează din cauza prescrierii excesive și a utilizării abuzive a antibioticelor – se estimează că 80% din antibioticele din SUA sunt folosite pentru a stimula creșterea animalelor de fermă. Din fericire, apariția secvențierii ADN ne ajută să descoperim antibiotice pe care nu știam că bacteriile le pot produce. Alături de metode inovatoare, chiar dacă sună grețos, cum ar fi transplantul de bacterii „bune” din materii fecale și căutarea de noi bacterii în adâncurile oceanelor, am putea încă să ținem pasul în această cursă a înarmării cu organisme cu 3 miliarde de ani mai în vârstă decât noi.

Pot fi computerele tot mai rapide?

Tabletele și smartphone-urile noastre sunt mini-computere care conțin mai multă putere de calcul decât au dus astronauții pe Lună în 1969. Dar dacă vrem să continuăm să creștem cantitatea de putere de calcul pe care o purtăm în buzunare, cum vom face acest lucru? Există un număr limitat de componente pe care le poți înghesui pe un cip de calculator. A fost atinsă limita sau există o altă modalitate de a face un computer? Oamenii de știință iau în considerare noi materiale, cum ar fi carbonul atomic subțire – grafenul – precum și noi sisteme, cum ar fi informatica cuantică.

Vom vindeca vreodată cancerul?

Răspunsul scurt este nu. Nefiind o singură boală, ci un grup liber de mai multe sute de boli, cancerul există încă de pe vremea dinozaurilor și, fiind cauzat de genele nebunești, riscul este înrădăcinat în fiecare dintre noi. Cu cât trăim mai mult, cu atât este mai probabil ca ceva să meargă prost, în orice fel de moduri. Pentru că cancerul este un lucru viu – în continuă evoluție pentru a supraviețui.

Și totuși, deși incredibil de complicat, prin intermediul geneticii aflăm din ce în ce mai multe despre ce îl provoacă, cum se răspândește și devenim mai buni în tratarea și prevenirea lui. Și să știți că până la jumătate din toate cancerele – 3,7 milioane pe an – pot fi prevenite; renunțați la fumat, beți și mâncați moderat, rămâneți activi și evitați expunerea prelungită la soarele de la amiază.

Când voi putea avea un robot majordom?

Robotul poate deja să servească băuturi și să care valize. Robotica modernă ne poate oferi un „personal” de roboți specializați individual: ei vă pregătesc comenzile de pe Amazon pentru livrare, vă mulg vacile, vă sortează e-mailurile și vă transportă între terminalele aeroporturilor. Dar un robot cu adevărat „inteligent” necesită ca noi să descifrăm inteligența artificială. Adevărata întrebare este dacă ați lăsa un majordom robotizat singur în casă cu bunica dvs. Și având în vedere că Japonia își propune să aibă asistenți robotici care să aibă grijă de bătrânii săi până în 2025, ne gândim serios la asta acum.

Ce se află pe fundul oceanului?

Noizeci și cinci la sută din ocean este neexplorat. Ce se află acolo jos? În 1960, Don Walsh și Jacques Piccard au călătorit șapte mile în jos, în cea mai adâncă parte a oceanului, în căutare de răspunsuri. Călătoria lor a împins limitele activității umane, dar le-a oferit doar o imagine a vieții de pe fundul mării. Este atât de dificil să ajungem pe fundul oceanului încât, în cea mai mare parte, trebuie să recurgem la trimiterea de vehicule fără pilot ca cercetași.

Descoperirile pe care le-am făcut până acum – de la pești bizari, cum ar fi peștele barreleye, cu capul său transparent, până la un potențial tratament pentru Alzheimer realizat de crustacee – reprezintă o mică parte din lumea ciudată ascunsă sub valuri.

Ce se află pe fundul unei găuri negre?

Este o întrebare la care nu avem încă instrumentele necesare pentru a răspunde. Relativitatea generală a lui Einstein spune că atunci când o gaură neagră este creată de o stea masivă muribundă, care se prăbușește, aceasta continuă să se prăbușească până când formează un punct infinit de mic și infinit de dens, numit singularitate.

Dar la astfel de scări, probabil că și fizica cuantică are ceva de spus. Cu excepția faptului că relativitatea generală și fizica cuantică nu au fost niciodată cele mai fericite colege de pat – timp de decenii au rezistat tuturor încercărilor de a le unifica. Cu toate acestea, o idee recentă – numită Teoria M – ar putea într-o bună zi să explice centrul nevăzut al uneia dintre cele mai extreme creații ale universului.

Potăm trăi la nesfârșit?

Trăim o perioadă uimitoare: începem să ne gândim la „îmbătrânire” nu ca la o realitate a vieții, ci ca la o boală care poate fi tratată și posibil prevenită, sau cel puțin amânată pentru foarte mult timp. Cunoștințele noastre despre ceea ce ne determină să îmbătrânim – și despre ceea ce permite unor animale să trăiască mai mult decât altele – se extind rapid.

Și, deși nu am reușit să aflăm toate detaliile, indiciile pe care le adunăm despre deteriorarea ADN-ului, echilibrul îmbătrânirii, metabolismul și capacitatea de reproducere, plus genele care reglează acest lucru, completează un tablou mai larg, care ar putea duce la tratamente medicamentoase.

Dar adevărata întrebare nu este cum vom trăi mai mult, ci cum vom trăi bine mai mult timp. Și din moment ce multe boli, cum ar fi diabetul și cancerul, sunt boli ale îmbătrânirii, tratarea îmbătrânirii în sine ar putea fi cheia.

Cum rezolvăm problema populației?

Numărul de oameni de pe planeta noastră s-a dublat, ajungând la mai mult de 7 miliarde din anii 1960 și se așteaptă ca până în 2050 să fim cel puțin 9 miliarde. Unde vom locui cu toții și cum vom produce suficientă hrană și combustibil pentru populația noastră în continuă creștere? Poate îi vom trimite pe toți pe Marte sau vom începe să construim blocuri de apartamente în subteran. Am putea chiar să începem să ne hrănim cu carne crescută în laborator. Acestea pot părea soluții SF, dar s-ar putea să trebuiască să începem să le luăm mai în serios.

Este posibilă călătoria în timp?

Călătorii în timp se plimbă deja printre noi. Mulțumită teoriei relativității speciale a lui Einstein, astronauții care orbitează pe Stația Spațială Internațională simt cum timpul trece mai încet. La această viteză, efectul este minuscul, dar dacă se mărește viteza, efectul înseamnă că, într-o zi, oamenii ar putea călători cu mii de ani în viitor. Natura pare să fie mai puțin încântată de oamenii care se întorc în trecut, însă unii fizicieni au pus la cale un plan elaborat pentru a face acest lucru folosind găuri de vierme și nave spațiale. Acesta ar putea fi folosit chiar și pentru a vă înmâna un cadou în ziua de Crăciun sau pentru a răspunde la unele dintre multele întrebări care înconjoară marile necunoscute ale universului.

„Marile întrebări în știință: The Quest to Solve the Great Unknowns”, este publicat de Andre Deutsch.

.