Десять вопросов о Земле, на которые наука не знает ответов

Новый отчет американского Национально научно-исследовательского совета определил 10 вопросов, которые будут двигать геологическую и планетологическую науку, сообщает интернет-издание Terra Daily. Имеющие целью отразить важнейшие научные проблемы, с которыми столкнулась земная наука в начале XXI века, эти вопросы отражают текущее положение вещей, как наука пришла к нему, и в каком направлении может происходить дальнейшее развитие.

"Учитывая все открытия, сделанные за последние 20 лет, мы можем получить более четкое представление о Земле, рассматривая ее как на микро- так и на макроуровне: от каждого атома в минералах до движения континентов и роста гор, - говорит Дональд Джей Депаоло, профессор геохимии Калифорнийского университета в Беркли.- Для того, чтобы наука продолжала двигаться вперед, мы должны обратить свой взор в прошлое и задаться фундаментальными вопросами о происхождении Земли и жизни на ней, о структуре и динамике планет, и взаимосвязях между жизнью и климатом".

Отчет был подготовлен по заказу американского Министерства энергетики, Национальной научной организации, Географического комитета США и НАСА. Комитет выбирал темы вопросов вне зависимости от их принадлежности к сфере деятельности того или иного ведомства и покрыл своим выбором как пространственный спектр (от субатомного до планетарного), так и временной ( от прошлого к настоящему и будущему).

Комитет путем опроса геологического сообщества и длительных обсуждений в конце концов выделило 10 вопросов. Некоторые из вопросов озвучивают проблемы, решения которым ученые смогут найти лишь через многие десятилетия, если вообще смогут когда-либо, решение других же кажется более простым и видимый прогресс может быть достигнут в течение ближайших лет.

Как сформировалась Земля и другие планеты?

Несмотря на то, что ученые в общем пришли к единодушному мнению, что солнце и планеты нашей Солнечной системы образовались в одном небулярном облаке, они мало знают о том, как Земля обрела свой химический состав, что помогло бы понять процесс эволюции планеты или дать ответ на вопрос почему планеты отличаются одна от другой.

Хотя сейчас существуют заслуживающие доверия модели процесса формирования планет, дальнейшие измерения тел внутри солнечной системы и вне ее позволит проникнуть в сущность процессов, в результате которых образовалась Земля и Солнечная система.

Что происходило в "тёмные времена" Земли (первые 500 млн лет)?

Ученые полагают, что на ранних стадиях своего формирования Земля пережила столкновение с другой планетой, что стало причиной появление обломков, ставших Луной и расплавило Землю до самого ядра. Этот период времени является ключом для понимания планетарной эволюции, особенно того, как на Земле образовалась атмосфера и океаны.

Как зародилась жизнь?

Происхождение жизни - один из самых интригующих, сложных и устойчивых вопросов в науке. Единственным оставшимся доказательством того, где, когда и в какой форме впервые появилась жизнь, являются геологические исследования камней и минералов. В поисках ответов на этот вопрос ученые обратились к Марсу, где осадочные породы датируются более ранним этапом планетарной истории - они гораздо старше самых старых камней на Земле.

Как работают земные недра, и как их работа влияет на поверхность?

Ученые знают, что земная мантия и ядро находятся в постоянно конвекционном движении. Конвекция ядра создает магнитное поле Земли, которое может влиять на состояние поверхности, а конвекция мантии служит причиной вулканической деятельности, формирования морского дна и образования гор. Однако ученые не могут ни точно описать эти изменения, ни рассчитать, насколько сильно они отличаются от происходящих в прошлом. Это мешает ученым понять прошлое и предсказать будущее Земной поверхности.

Почему у Земли есть тектонические плиты и континенты?

Хотя теория тектонических плит хорошо изучена, ученые хотели бы знать, почему Земля обладает тектоническими плитами и какое отношение это имеет к другим аспектам строения Земли, в частности к избытку водных пространств и существованию континентов, океанов и жизни. Более того, ученым до сих пор не известна дата первого образования континентов, как они оставались целыми на протяжении миллиардов лет и как они будут изменяться в будущем. Это особенно важно в связи с тем, что выветривание континентальной коры играет значительную роль в регулировании климата Земли.

Как свойства материалов могут контролировать земные процессы?

Учеными признан тот факт, что причину изменений на макроуровне, таких как тектоника плит или конвекция мантии, стоит искать на микроуровневых свойствах веществ, из которых состоит Земля, включая самые мелкие детали их атомной структуры. Дальнейшее изучение этого направления необходимо для понимания истории Земли и создания приемлемых предсказаний того, как изменятся планетарные процессы в будущем.

Что служит причиной изменения климата, и насколько он может измениться?

Температура на поверхности Земли на протяжении последних 4 млрд лет пребывает в довольно узких границах. Однако как ей удается так хорошо регулироваться столь длительный период времени? Изучение климатических экстремумов Земли, когда климат был исключительно холодным или жарким или резко изменялся, может значительно улучшить существующие модели, что позволит ученым предсказывать величину и последствия климатических изменений.

Как жизнь формировала Землю, и как Земля формировала жизнь?

Информация о том, каким образом геология и биология влияли друг на друга, до сих пор неизвестна. Ученые хотели бы выяснить, какую роль сыграло появление форм жизни в насыщении кислородом атмосферы и в изменении земной поверхности в результате выветривания и эрозии. Кроме того, ученые ищут понимания геологических процессов, приведших к массовому вымиранию отдельных видов и их влияния на ход эволюции.

Могут ли землетрясения, извержения вулканов и их последствия быть предсказаны?

В вопросе предсказания вероятности землетрясения был достигнут значительный прогресс. Однако ученые по-прежнему не могут точно предсказать, когда и в каком месте оно случится. Тем не менее они не прекращают свои попытки расшифровать, как землетрясение начинается и заканчивается, и как сильно будет трясти в районах близких к эпицентрам крупных землетрясений. Что касается извержения вулканов, то геологи находятся на пути к возможности предсказывать их. Однако им пока еще далеко до создания ясной картины движения магмы от ее источников в верхней части мантии, через кору Земли на поверхность.

Как подземные воды и их перемещение влияют на окружающую среду?

Хорошее управление натуральными ресурсами и окружающей средой требует знаний о поведении жидкостей как под землей, так и на ее поверхности, и ученые пытаются построить математическую модель, предсказывающую поведение это природной системы. До сих пор сложно предсказать, как подземные воды распределяются в неоднородной породе и почвенных слоях, как быстро они текут, насколько эффективно они перемещают растворенные и взвешенные вещества, и как они изменяются под химическим и температурным воздействием тех слоев почвы, через которые протекают.

8 простейших вопросов, на которые наука не знает ответов

В наши дни наука позволяет нам делать много потрясающих вещей, в основном потому, что она переполнена всеми этими Альбертами Эйнштейнами и Дугласами Хаузерами, которых человечество произвело за последние столетия. Но вы будете шокированы, узнав, что некоторые весьма тривиальные вещи для современных учёных такая же тайна за семью печатями, какими они являются для среднего орангутанга.

К примеру…

№8. Почему мы спим

Насколько нам известно, практически каждое существо на Земле наслаждается регулярным сном, ничуть не меньше нас, людей (несмотря на то, что часы, которые мы для этого выбираем, могут сильно разниться). Следовательно, сон должен преследовать какую-то важную цель в жизни живых существ, верно? Вы знаете, трудно в этом признаться, но похоже наука не имеет об этом ни малейшего представления.

Что мы имеем, так это пачку предполагаемых объяснений сна, по поводу которых далеко не всегда могут договориться даже сами учёные. Например, существует теория, что сон помогает вычистить наш чердак, который забивается за целый день активного познания окружающего мира. Видите ли, наш мозг непрерывно генерирует новые связи из всего того, что мы видим и делаем каждый день, так что сон – это время, когда вся ненужная информация может быть отсеяна и решительно выброшена в окно.

А может быть наоборот, вместо того, чтобы избавляться от ненужных вещей, наш мозг усиливает то, что может нам пригодиться. Учёные наблюдают нечто подобное – когда крысы спят, в их мозгах активны те же нейроны, что были задействованы, когда они тем же днём пробегали лабиринт. Это означает, что крысы на самом деле «перепроживали» свой день и «тренировались» в лабиринте. Это позволило Гарвардским исследователям сна утверждать, что сон критически важен для людей, так как именно во сне формируются наши воспоминания, и мы учимся.

Однако с обеими этими теориями есть одна маленькая проблема. Растения и микроорганизмы, которые известны фактически как «штуки без мозгов», имеют фазы бездействия, очень похожие на сон, что способно несколько подмочить эту славную «Сон полезен для ваших мозгов!» теорию. Вдобавок, учёным известны несколько случаев людей, которые по каким-то причинам вообще перестали спать, без всякого вреда для своего здоровья. Есть даже один парень, который утверждает, что он не спал ни секунды на протяжении 33-х лет.

Ну а вообще, все эти умные теории вылетели в трубу, когда учёным удалось обнаружить генную мутацию, которая позволяет людям спать от двух до четырёх часов в день, без всякого вреда для себя. Так что же, сон на самом деле бесполезен? Что, это всего лишь способ, к которому прибегает Господь Бог, чтобы заставить нас сделать перерыв между периодами лоботрясничания и околачивания груш? Ну, здесь ваши догадки ничуть не хуже тех, что выдвигают самые передовые учёные.

№7. Так всё-таки, сколько планет в нашей Солнечной системе?

С тех пор как Плутон был выкинут вон из нашей маленькой дружной Солнечной системы, мы знаем, что членство в нашем Клубе планет подвержено малейшим прихотям учёных. Чего вы могли не знать, так это того, что текущий комплект из восьми планет и одного Солнца, это просто наиболее вероятная теория учёных на данный момент.

Это звучит странно, особенно если учесть, что все мы видели модель Солнечной системы ещё в начальной школе. А каждый раз, когда мы слышим что-нибудь насчёт космоса в новостях, как правило, это что-то типа «Наш мега-телескоп углядел что-то там», или «Сенсация! Новая фотография одной далёкой-далёкой галактики…» Мы тут, чёрт возьми, раздвигаем пределы Вселенной! Не может такого быть, что в это самое время что-то происходит прямо на нашем космическом заднем дворе, правда?

Мы даже умудрились сделать фотографию космического облака, которое выглядит как космическая свинья, катающаяся на космической черепахе. Истина где-то рядом, всё путём. И это действительно странно.

Но несмотря на то, во что Мистер большой космос хочет заставить нас верить, большая часть нашей собственной Солнечной системы до сих пор не изведана и не изучена. Область между Меркурием и Солнцем слишком яркая, а область за Ураном слишком тёмная. Учёные до сих пор открывают сотни тысяч новых объектов в поясе астероидов каждый день, прямо после утренней чашечки кофе. Ах да, и ещё некоторые астрономы считают, что у нас где-то есть второе Солнце. Нет, серьёзно.

Смотрите, даже наши лучшие телескопы не могут видеть вещи за орбитой Плутона, где солнечный свет уже не освещает каждую букашку, и где мы фактически слепы. Так что астрономы вынуждены комбинировать смутные догадки и подкидывание монетки в попытках объяснить, что же там всё-таки происходит.

Во-первых, большой разрыв в поле астероидов за орбитой Плутона подсказывает учёным, что там весьма вероятно находится ещё одна планета размером с Землю или Марс, слопавшая все эти космические булыжники. Так что да, похоже, в нашей Солнечной системе снова девять планет. Учёным уже надоело переписывать все эти школьные учебники… И кстати, говоря о Плутоне, нельзя не сказать об открытом астрономами объекте под названием Седна на орбите Солнца. И хотя учёные не могут со стопроцентной точностью сказать что-то конкретное о его размере, они вполне уверенно заявляют, что он как минимум такой же здоровый, как и Плутон.

Но погодите, это ещё не всё. Ещё одна маленькая аномалия, которую заметили эти наблюдательные астрономы – это факт, что орбиты комет выглядят не совсем так, как им следовало бы выглядеть. Причина? Где-то тут у нас есть ещё одна планета, которая влияет на орбиты этих чёртовых ледяных булыжников. И согласно их расчётам, эта Мать-всех-планет действительно огромная – что-то вроде «порядка четырёх объёмов Юпитера». Названный «Тихо», этот гигантский газовый шар слишком далеко, чтобы солнечный свет мог до него добраться, однако учёные вполне уверены, что свидетельства, полученные от телескопов НАСА, подтвердят его существование уже очень скоро.

№6. Почему лёд скользкий

Сказать что лёд скользкий, это всё равно, что сказать «вода мокрая» – это что-то такое, что мы знаем примерно с тех самых пор, как слезли с пальмы. Предположительно, человечество знало, что лёд скользкий, ещё до того, как узнало, что огонь горячий, и что собственно вообще существует огонь. Но спросите любого «Почему?», и он не сможет дать объяснения лучше того, которое могли бы вам дать австралопитеки.

Если честно, мы вообще не знаем, почему вы можете кататься по снегу, и не можете кататься по камням. Возможно, на этом моменте бо́льшая часть из вас воскликнет «Потому что это вода, болваны!» – и это более-менее тот самый ответ, к которому всегда прибегали учёные. Даже в некоторых современных учебниках вы можете прочитать это популярное объяснение: Когда вы ходите по нему, вы фактически превращаете его обратно в старую добрую скользкую воду (разумеется не весь, а лишь крохотную подушку между собственно льдом и вашей ногой). Звучит просто, правда? Проблема лишь в том, что это чушь собачья. Эксперименты показали, что ваше маленькое хрупкое тельце и близко не в состоянии оказать на лёд достаточного давления, чтобы превратить даже малую его часть обратно в воду.

Существует несколько конкурирующих теорий, но ни одна из них не лучше другой. Одна популярная теория гласит, что поверхность льда остаётся жидкой, потому что на неё не давит ничего, кроме атмосферного воздуха. И некоторые тесты подтверждают это – но также они показывают, что этот слой жидкости судя по всему слишком тонок, чтобы оказывать хоть какой-то эффект на трение.

Другая теория, которую выдвинули учёные, гласит, что лёд на самом деле вовсе и не скользкий. Возможно, этот ответ звучит как требование не задавать глупых вопросов, но парень по имени «доктор Салмерон» полагает, что твёрдость поверхности льда на самом деле настолько велика, что любая приложенная сила трения заставляет её мгновенно расплавиться, и она становится скользкой. Очередное объяснение, которое ничего не объясняет.

№5. Как работает велосипед

Велосипеды вошли в нашу жизнь ещё в 19-м веке, и надо сказать, что их дизайн практически не изменился за прошедшие 200 лет. У вас всегда есть два колеса, рама чтобы их соединять, руль, чтобы рулить, и всё что вам нужно – это совершенно лишённая комплексов личность, чтобы на нём ездить.

Вы можете решить, что парень, который изобрёл эту шайтан-арбу, по меньшей мере знал, что он делает, но после более чем ста лет исследований, наука вынуждена заявить – с тем же успехом этот парень мог быть кем-то вроде волшебника. Самый первый велосипед был изобретён не с помощью научных расчётов, а старым добрым методом проб и ошибок. Даже современные школы велосипедного дизайна признают, что велосипеды сейчас делаются не с помощью сложных инженерных расчётов и компьютеров, а в основном с помощью «интуиции и опыта».

И всё же, что произойдёт, если вы спросите учёных – что заставляет велосипед держаться на двух колёсах? Или что заставляет его катиться? Или как люди ездят на них? Ну, либо они нервно сообщат вам, что у них в эту самую секунду пригорает печеньице и убегут, либо они будут честными с вами, и просто разведут руками. Фактически, лучшие исследователи велосипедов признают – несмотря на то, что уже созданы некоторые весьма сложные уравнения, которые должны объяснить, как велосипед ездит, или как по их мнению велосипед работает, вообще-то все эти уравнения – сродни объяснениям сороконожки о том, как она не путается в своих сорока ногах. Один исследователь из Корнуолла даже заявил, что абсолютно никто и никогда не сможет даже примерно объяснить, как велосипеду чёрт побери удаётся не падать.

Затем они начали думать, что основой велосипедного баланса является что-то странное под названием «кастерный угол», или «поводка» (угловое смещение от вертикальной оси подвески рулевого колеса транспортного средства, измеренное в продольном направлении; прим. mixednews). Но в этом году лучшие исследователи велосипедов из Корнуолла и нескольких других университетов собрались в большую злобную толпу и дружно сожгли все эти теории на костре. Они сделали это, создав идиотский тяни-толкай велосипед, у которого отсутствовал гироскопический эффект и не было поводки, но он тем не менее умудрялся стоять прямо.

Так что учёным пришлось вернуться к самому началу, со всеми своими траекториями качения и физикой устойчивости. По крайней мере, вы можете быть уверены, что стыд, который вы испытываете, падая с велосипеда, не особо меньше того, который испытывают физики, когда их спрашивают, как вы до этого на нём держались.

№4. Как выиграть в Косынку

Весьма вероятно, что вы читаете эту статью сидя на работе. И весьма вероятно, что закончив убивать время на нашем сайте, вы тут же начнёте убивать его чем-нибудь ещё. И прямо у вас под рукой удобно расположилась самая популярная и самая заразная игра всех времён, для которой вам даже не нужен партнёр – Косынка.

А точнее его так называемая Клондайская разновидность, больше известная как Сапёр. Рано или поздно, каждый из нас – обычно после десятого проигрыша подряд – пытался расслабиться и разобраться, в чём же тут секрет. Ведь если Человек дождя может выиграть у Вегаса, уж мы как-нибудь сумеем выиграть у Windows? Хе-хе, зря вы так думаете.

Возможно, всё дело в том, что исследователи игры постоянно кхмм… отвлекались, изучая её, или в том, что в игре замешано какое-то (ну да, опять оно) колдунство, но вообще-то, если быть честным, то в этой игре, начиная прямо с 19-го века, практически всё напоминает магию. По факту, серьёзные математики честно признают, что это «одна из загвоздок прикладной математики», и что об обычной игре в Косынку нам практически ничего не известно.

К примеру, когда большие головастики от математики пытаются вычислить шанс на победу – они тут же сталкиваются с проблемой. Дело в том, что они даже не могут точно определиться с числом возможных выигрышных комбинаций. Математики считают, что число выигрышных комбинаций в игре порядка 80 или 90 процентов от их общего числа. Но вы сами прикиньте – когда вы играете в Косынку, неужели вы выигрываете восемь-девять раз из десяти? Если да, то у вас способности супер-героя.

Подводя итог – существует много теорий относительно того, каковы ваши шансы выиграть в Косынку, но вы никогда не сможете узнать это точно, кто бы и что бы вам по этому поводу не говорил.

Вы можете подумать, это всё из-за того, что учёные слишком заняты расщеплением нейтронов и кварков, чтобы найти время разобраться с какой-то там карточной игрой. Но имейте ввиду, что эти самые ученые, к примеру, раскололи секрет гораздо более сложной Монополии. Но Косынка? Это просто за пределами наших мыслительных способностей. И вообще, если мы будем знать, как выиграть в Косынку, нам придётся вернуться к работе.

№3. Точное количество видов животных на Земле.

В нашем 21-м веке времена Марко Поло и Колумба давно прошли. Никто уже не исследует новые земли и не открывает новые виды странных животных, вроде того же осьминога. Казалось бы, после того как мы залезли в каждую неведомую дырку на этой планете, мы должны иметь хотя бы примерное представление, сколько ещё видов животных нам осталось на ней истребить, верно?

Вообще-то, даже не близко не верно. Если вы спросите таксономистов (учёных ребят, которые специально обучены находить и придумывать названия различным зверушкам), они вам ответят, что ещё даже не приблизились к тому, чтобы найти всех живых существ на нашей планете. Несмотря на то, что они занимаются этим уже почти 250 лет, попутно открывая по 15 тысяч новых видов каждый год, таксономисты до сих пор не имеют ни малейшего представления, каково же их хотя бы примерное число.

На самом деле, несмотря на то, что учёные уже определили почти 2 миллиона видов, приблизительная оценка оставшихся колеблется от пяти до ста (круто, да?) миллионов. Причина этой одуряющей чёрной дыры в расчётах в том, что какой бы метод оценки учёные не применяли, в нём всегда есть место догадкам и допущениям.

Одна из ранних оценок 19-го века составляла что-то около 400 тысяч видов, и мы уже превысили эту оценку где-то раз в пять. На самом деле, учёные уже критикуют и самую свежую оценку в 10 миллионов видов. Да что там говорить, даже те, кто выдвинул это предположение, открыто признают, что вполне могут тыкать пальцем в небо.

Есть несколько причин, почему все эти птички, пчёлки, и вирусики не поддаются никакому исчислению. Во-первых, большая часть всех исследований численности происходит в Северном полушарии, которое технологически более развито, чем Южное. Так что вполне вероятно, что к примеру в пустынях Австралии от нас прячутся просто легионы местного зверья.

Но вообще-то главная причина, почему наука до сих пор разводит руками и угрюмо сопит, заключается в том, что 99 процентов всех живых существ на Земле благополучно живёт на дне мирового океана, а люди до сих пор исследовали лишь десять его процентов (учёные говорят, что у нас есть карты Марса, которые подробнее, чем карты наших собственных океанов). Мы постоянно находим в нём всё новых и новых тварей!

№2. Протяжённость американской береговой линии (ну, вообще говоря, любой береговой линии)

География возможно была наиболее определённой наукой, из всех, какие мы изучали в школе.
И тем не менее оценки различаются ну очень сильно. Центральное Разведывательное Управление к примеру, официально объявило длину береговой линии Америки в 12.380 миль. При этом другая группа исследователей непознанного в это же самое время намеряла 29.093 миль. А потом появились ребята из Национального управления океанов и атмосферы (агентство в структуре американского правительства) и вывалило свои ошеломляющие 95.471 миль. Ну и кто прав?..

Видите ли в чём дело – измерять реальное побережье это не то же самое, что измерять прямые линии на бумаге. А причина тут в том, что ваш результат зависит от того, какое количество деталей вы намерены принять во внимание. Если вы собираетесь прикинуть только примерную длину побережья, вы получите что-то вроде результата ребят из ЦРУ. Но если вы решите посчитать протяжённость каждого залива и бухточки, ваши результаты тут же начнут расти с каждым новым изгибом и поворотом.

Начните приближать картинку, и это может затянуться буквально навечно.

И что самое вредное в этих цифрах, так это то, что абсолютно любая из них может быть принята в качестве «официальной», и никто не сможет с этим поспорить. Ну а на самом деле, разница между различными измерениями береговых линий давно принята как данность и хорошо известна в географии под названием «берегового парадокса». Камень преткновения тут заключён в том, что сколько бы деталей вы ни приняли во внимание, всегда есть ещё больше деталей. Как бы это странно не звучало, но это делает любое побережье любой страны фактически бесконечным.

№1. Как работает гравитация

Да ладно ребята, это же просто гравитация. Есть ли вообще во Вселенной что-нибудь более фундаментальное? Вы бросаете камень вверх, он падает обратно вам на голову. Что бы там не говорили учебники о Ньютоне, он не открывал гравитацию. Её открыл наш самый первый рыбий предок, когда выполз на сушу, и внезапно обнаружил, что его способность плыть вверх куда-то пропала. Что тут понимать?

Дела обстоят так, что во Вселенной существует всего четыре типа взаимодействия, и из всех четырёх гравитация единственная выглядит совершенной бессмыслицей. Например, как она может быть такой сильной и такой слабой одновременно? Гравитация держит эту Вселенную вместе, и не важно, как далеко вы убежите, она никогда полностью не исчезнет. И в то же самое время, это самая слабая сила во Вселенной. Вот вам наглядный пример – вы знаете, что если поднести друг к другу два магнита, они слипнутся? Так вот, эта сила больше чем гравитация в 10^36 раз.

Чтобы усилить бардак, заметим, что каждая из этих оставшихся трёх сил зависит от своей собственной микрочастицы, так что логично предположить, что у гравитации такая тоже есть. Но эта гипотетическая зверушка – гравитон – фактически единственная, которую мы до сих пор так и не обнаружили, в отличие от других частиц, которые, похоже, более склонны к сотрудничеству.

Но апогея мы достигаем, когда опускаемся на уровень атомов и молекул – и гравитация попросту перестаёт действовать. Фактически, гравитация это главная причина, почему квантовым физикам и обычным физикам нечего сказать друг другу. Мы больше знаем о внутреннем устройстве атома, чем о том, почему мячик упадёт обратно, если его подкинуть в воздух. Всё что наука знает по этому поводу… правильно – это какое-то очень сильное колдунство.

Из всех этих 8 загадок действительно серьезны и важны, по-моему, принцип и происхождение гравитации, и физиология сна.