Так много надо знать…

Начиная с природы космоса и заканчивая природой общества, следующие 100 вопросов охватывают различные науки. Некоторые из них – это только части более сложных вопросов, которые уже обсуждались ранее. Другие – полноценные объемные вопросы. Отдельные из вопросов коснутся ожиданий от науки в будущем. На другие, возможно, в скором времени удастся получить ответ. Многие, наверняка, вызовут новые вопросы.   

Является ли наша вселенная единственной?

Некоторые квантовые теоретики и космологи пытаются вычислить, является ли наша вселенная частью большой «мультивселенной». Но другие ученые предполагают, что данная идея, которую сложно проверить на практике, скорее, предмет для обсуждения философами.

Что породило расширение космоса?

Сразу после «большого взрыва» вселенная невероятно расширилась. Но что повлекло за собой расширение? Измерения микроволнового фонового излучения и иные астрофизические исследования расширяют возможности изучения вселенной.

Где и когда сформировались первые звезды и галактики?

Широкие мазки кистью хорошо видны, но ими не передашь четкие тонкие черты. Данные со спутников и наземных телескопов, помимо всего прочего, вскоре смогут помочь определить с высокой точностью, когда из наполнившего вселенную гидрогенного «тумана» образовалось первое поколение звезд. 

Откуда происходят космические лучи со сверхвысокой энергией?

Когда энергия космических лучей поднимается выше определенного уровня, они не «путешествуют» слишком далеко перед тем, как самоуничтожаются. Тогда почему охотники за космическими лучами определяют такие лучи, не имея ни одного очевидного источника в пределах нашей галактики?

Что питает энергией квазары?

Самые мощные «энергетические фонтаны» во вселенной, вероятно, получают свою энергию из материи, стекающейся в вихревые гигантские черные дыры. Однако детали, порождающие это движение, остаются загадкой.

Какова природа черных дыр?

Относительная масса протиснулась в объект размером в один квант? Это рецепт катастрофы, и ученые все еще пытаются обнаружить его ингредиенты.

Почему материи больше, чем антиматерии?

Для физика, изучающего частицы, материя и антиматерия практически идентичны. Некоторое тонкое различие должно объяснить, почему материя повсеместно распространена, а антиматерия встречается редко.

Разлагается ли протон?

В теории кварки (составляющие протонов) должны каким-либо образом конвертироваться в лептоны (подобие электронов). Поэтому обнаружение протона, который распадается на что-то еще, может породить новые законы физики, связанные с частицами.

Какова природа силы тяжести?

Она противоречит квантовой теории. Она не входит в Стандартную Модель. Никто не установил частицу, которая за это ответственна. Одним словом, яблоко Ньютона содержит целую корзину червей.

Почему время отличается от иных измерений?

Ученым понадобились тысячелетия, чтобы осознать, что время – это измерение, подобное трем пространственным измерениям, и что время и космос неразделимо связаны. Уравнения имеют определенное значение, но они не удовлетворяют тех, кто спрашивает: «Почему мы постигаем «настоящее» или почему нам кажется, что время «летит»»?

Есть ли более мелкие составляющие, чем кварки?

Атомы были «неразделимы». Затем ученые обнаружили протоны, нейтроны и иные субатомарные частицы, которые, согласно исследованиям, состоят, в свою очередь, из кварков и глюонов. Есть ли еще что-либо более фундаментальное?

Являются ли нейтроны античастицами?

Никому не известен этот факт, хотя в данный момент проводится ряд неофициальных экспериментов. Найденный ответ на данный вопрос может стать важным шагом к пониманию происхождения материи во вселенной.

Есть ли единая теория, объясняющая взаимосвязанность всех электронных систем?  

Все высокотемпературные сверхпроводники и материалы с гигантской и колоссальной магнитной устойчивостью управляются скорее коллективным, нежели индивидуальным поведением электронов. На данный момент нет общих рамок их понимания.

Каков самый мощный лазер, который могут построить исследователи?

Теоретики утверждают, что лазерное поле с достаточной скоростью способно разорвать протоны, попадающие под лазерный луч, на электронно-позитронные пары. Но никто не знает, возможно ли этого достичь.

Могут ли исследователи сделать идеальную оптическую линзу?

Это получилось сделать при помощи микроволн, однако никогда не удавалось при помощи видимого света.

Можно ли создать магнитные полупроводники, которые работают при комнатной температуре?

Уже была продемонстрирована работа таких устройств при низких температурах, но в среде, достаточно теплой для работы спинтронных приложений, пока нет.

Что такое спаренный механизм высокотемпературной проводимости?

Электроны в сверхпроводниках путешествуют в парах. После двадцати лет интенсивных исследований никто не знает, что держит их вместе в сложных жаропрочных материалах.

Можно ли разработать общую теорию динамики турбулентных течений и движения сыпучих материалов?

Пока, такие «неравновесные системы» игнорируют набор инструментов статистической механики, и это является пробелом в физике.

Есть ли стабильные элементы с большим количеством атомов?

Супертяжелый элемент со 184 нейтронами и 114 протонами должен быть относительно стабильным, если физики смогут его создать.

Возможна ли супертекучесть в твердом теле? Если да, то каким образом?

Несмотря на намеки о твердом гелии, никто не уверен, может ли кристаллический материал течь без сопротивления. Если новые виды экспериментов покажут, что такое диковинное поведение твердого тела возможно, теоретикам придется это объяснить.

Какова структура воды?

Исследователи продолжают спорить по поводу того, сколько связей каждая молекула H₂O имеет со своими соседями. 

Какова природа стекловидного состояния?

Молекулы в стакане устроены так же, как и в жидкостях, но более плотно упакованы. Где и почему заканчивается жидкость и начинается стекло?

Есть ли лимиты у рационального химического синтеза?

Чем крупнее становятся синтетические молекулы, тем труднее контролировать их формы и сделать достаточное количество их полезных копий. Химикам будут необходимы новые средства, чтобы сохранить рост своих изобретений.

Какова максимальная эффективность фотоэлектрических батарей?

Традиционные солнечные батареи конвертируют 32% энергии солнца в электричество. Смогут ли исследователи превысить этот барьер?

Всегда ли ядро будет источником энергии в будущем?

Он был таковым в течение 50 лет, и если международное сообщество не заставит его действовать совместно, оно будет таковым еще в течение 35 лет.

Что управляет солнечным магнитным циклом?

Ученые считают, что различные уровни вращения солнца в разных направлениях лежат в основе его 22-летнего цикла солнечных пятен. Они просто не могут заставить его работать так, как они хотят. Деталь либо косая, либо возвращается назад на планшет.

Как формируются планеты?

Как кусочки льда, пыли и частицы газа собираются вместе для формирования планет, при этом минуя солнце, которое может их поглотить, все еще остается неясным. Планетные систем вокруг других звезд должны дать объяснения данному процессу.

Что является причиной ледниковых периодов?

То, как планета наклоняется, раскачивается, и летит вокруг солнца, предположительно, является причиной ледниковых периодов каждые 100 000 лет или около того, но отдельные климатические рекорды все еще не были объяснены.

Какова причина изменений в магнитном поле Земли?

Компьютерные модели и лабораторные эксперименты генерируют новые данные о том, как магнитные поля Земли могут резко поворачиваться. Однако все дело заключается в соответствии моделирований достаточного количества аспектов магнитного поля за пределами недоступного центра.

Есть ли предвестники землетрясений, которые могут быть полезны в их предсказаниях?

Перспективы найти признаки надвигающегося землетрясения имеются с 1970-х годов. Понимание ошибок будет прогрессировать, но и обычный прогноз потребует научного, пока еще невообразимого прорыва.

Есть ли, либо была ли где-то еще жизнь в солнечной системе?

Поиск жизни – прошлой либо настоящей на других планетах теперь является причиной создания программы планетарных исследований NASA, которая фокусируется на Марсе, где когда-то было изобилие воды и, возможно, могла впервые возникнуть жизнь.

Каково происхождение биомолекулярной гомохиральности в природе?

Большинство биомолекул может быть синтезировано в зеркально зеркальном отражении. В живых организмах аминокислоты всегда «леворуки», а сахара «праворуки». Истоки этого предпочтения остаются загадкой.

Возможно ли предсказать, как белки будут объединяться?

Из многих возможных способов объединения, выбирается один по прошествии всего 10-ти микросекунд. Решение той же задачи задача занимает 30 лет компьютерного времени.

Как много белков у человека?

Посчитать гены до сегодняшних дней было достаточно сложно. Белки могут быть использованы в различных формах, в том числе украшенные многочисленными функциональными группами. Все это делает точный подсчет количества белков невозможным на данный момент.

Как белки находят своих партнеров?

В основе лежат принципы взаимодействия белков друг с другом. Чтобы понять, как партнеры точно сориентировались в течении нескольких секунд, исследователи должны знать больше о биохимии клеток и их структурной организации.

Как много форм клеточной смерти существует на практике?

В 70-х годах 20-го века апоптоз был, наконец, признан отдельной от некроза формой. Некоторые биологи теперь утверждают, что история смерти клетки еще сложнее. Выявление новых путей смерти клеток может привести к более эффективным методам лечения рака и дегенеративных заболеваний.

Что поддерживает плавное движение внутриклеточной жидкости?

Мембраны внутри клеток транспортируют основные питательные вещества вокруг и сквозь различные клеточные отсеки, не слипаясь друг с другом и не сбиваясь с направления. Понимание того, как мембраны остаются на «верном пути», может помочь победить заболевания, такие как муковисцидоз.

Что заставляет компоненты клетки самореплицироваться независимо от ДНК?

Центросомы, которые помогают разъединить парные хромосомы, и других органеллы, в определенное время реплицируются без помощи ДНК. Данная независимость все еще не поддается объяснению.

Какие роли различные формы РНК играют в функции генома?

Оказывается, что РНК может играть самые разные роли, начиная от потенциальной передачи генетической информации и заканчивая подавлением экспрессии генов. Ученые пытают расшифровать эту противоречивую молекулу.

Какую роль играют теломеры и центромеры в функции генома?

Данные хромосомные образования будут оставаться загадками до того, как их объяснят новые технологии.

Почему некоторые геномы действительно большие, а остальные достаточно компактные?

Геном рыбы фугу – это 400 миллионов баз, в то время как длина генома рогозуба составляет 133 миллиона баз. Повторяющийся и дуплицирующийся ДНК не объясняют. Почему размеры геномов такие разные.

Что вся эта «макулатура» делает в наших геномах?  

Фрагменты ДНК между генами оказываются важным для функции генома и эволюции новых видов. Секвенирование и микроматричные исследования, лабораторные работы помогают геномологам найти множество генетических «драгоценных камней» среди хлама.

Насколько новые технологии снизят стоимость секвенирования?

Новые инструменты и концептуальные прорывы влияют на стоимость секвенирования ДНК, на порядок ее снижая. Это сокращение позволяет активно проводить многочисленные исследования, начиная с персонализированной медицины и заканчивая эволюционной биологией.

Как органы и целые организмы знают, когда следует прекратить расти?

Правая и левая ноги человека всегда одинаковы по длине, точно так же, как сердце мыши и сердце слона подходят по размеру к соответствующей реберной клетке. То, каким образом гены устанавливают лимиты на размер и количество клеток, все еще остается загадкой. 

Как можно унаследовать геномные изменения, отличные от мутаций?

Исследователи обнаруживают даже больше примеров данного процесса, который называется эпигенетика, но не могут объяснить, что является причиной и предотвращает эти изменения. 

Как определяется асимметрия тела еще в зародыше?

Круглые реснички помогают эмбриону отличить свою левую сторону от правой, однако, ученые все еще ищут первичные факторы, которые дают относительно единому скоплению клеток голову, талию, переднюю и заднюю часть.

Как развиваются и возникают конечности, ребра и лица?

Гены, которые определяют длину носа либо ширину руки, являются предметом естественного и полового отбора. Понимание процесса работы отбора могло бы привести к новым идеям о механике эволюции.

Что порождает пубертатный период?

Оказывается, что питание, включая получаемое в утробе, помогает установить эти загадочные биологические часы. Но никто точно не знает, что заставляет детство закончиться.

Лежат ли стволовые клетки в основе всех типов рака?

Самые агрессивные раковые клетки очень похожи на стволовые. Если причиной рака любой формы являются стволовые клетки, их исследования может привести к открытию инструментов, которые смогут быстрее «отлавливать» опухоли и более эффективно их уничтожать.

Поддается ли рак иммунному контролю?

Хотя реакции нашей иммунной системы могут подавить рост опухоли, опухолевые клетки могут сражаться с этими ответами при помощи контрмер. Данная защита может поставить в тупик исследователей, которые надеются разработать иммунные терапии рака.

Можно ли контролировать рак успешнее, чем лечить?

Лекарства, которые снижают доставку энергии в опухоль, скажем, при помощи остановки роста кровеносных сосудов, могут безопасно приостановить или даже повернуть назад рост опухоли. Но то, как долго лекарства остаются эффективными, все еще неизвестно.

Является ли воспаление основным фактором всех хронических заболеваний?

Воспаление является причиной артритов. Но порождает ли оно рак либо сердечный приступ? Все больше и больше кажется вероятным, что ответ на данный вопрос – да. Остается вопрос: почему оно его порождает и каким образом.

Как действуют прионные инфекции?

Даже если согласиться, что прионы являются только неверно свернутыми белками, все еще остается много неясностей: как они идут от прямой кишки в мозг, и как они, будучи там, убивают клетки.

Насколько позвоночные животные зависят от врожденной иммунной системы в борьбе с инфекцией?  

Данная система возникает ранее твердого адаптивного иммунного ответа. Ее относительная важность неясна. Однако иммунологи работают над ее обнаружением. 

Требует ли иммуннологическая память хронической стимуляции антигенами?

Согласно мнению нескольких выдающихся мыслителей, да, однако, эксперименты с мышами ставят теорию под сомнение. Вероятно, этот вопрос не будет оставлен без внимания. 

Почему беременная женщина не отторгает свой плод?

Недавние доказательства полагают, что иммунная система матери не осознает, что плод инородный, даже при том, что плод получает половину генов от отца. Пока, как сказал обладатель Нобелевской премии Петер Медавар, когда впервые поднял этот вопрос в 1952 году, «вердикт все еще не вынесен». 

Что синхронизирует циркадные часы организма?

Гены циркадных часов скапливаются у всех видов существ и во многих частях организма. Сейчас задача заключается в определении того, как их составляющие держаться вместе и что заставляет часы быть настроенными на одно и то же время. 

Как мигрирующие организмы находят свой путь?

Птицы, бабочки и киты совершают годовые путешествия на расстоянии тысяч километров. Они полагаются на сигналы, такие как звезды и магнитные поля, однако детали пока остаются неясными.

Почему мы спим?

Полное расслабление может освежить мышцы и органы либо сохранить животных в безопасности в темноте. Однако реальный секрет нашего сна, вероятно, заключается в мозге, который остается в спокойном состоянии, когда мы храпим.

Почему мы мечтаем?

Фрейд полагал, что мечты предоставляют выход нашим подсознательным желаниям. Теперь, неврологи подозревают, что для этого обязательно должна быть исследована активность мозга во время «быстрого сна».  

Почему есть критические периоды для изучения языков?

Исследование активности мозга у маленьких детей, включая младенцев, может пролить свет на то, почему дети изучают языки с легкостью, в то время как взрослые мучаются, чтобы выучить даже основы того или иного иностранного языка.

Оказывают ли феромоны влияние на поведение человека?

Многие ученые считают, что летучие химические вещества нужны для общения, особенно во время спаривания. Противоречивые исследования указали, что люди также реагируют на феромоны. Определение этих веществ будет ключом к установлению их влияния на нашу общественную жизнь.

Как работают общие анестетики?

Ученые пытаются ослабить действие препаратов на нейроны, но понимают, что сложно будет изменить их влияние на наше подсознательное состояние.

Что является причиной шизофрении?

Исследователи пытаются определить гены, ответственные за данный недуг. Подсказки также могут предоставлять исследования определенных черт характера, которые у шизофреников отличаются от нормальных людей.

В чем причина аутизма?

Многие гены, вероятно, вносят вклад в этот тяжелый недуг, так же, как и факторы окружающей среды. Биомаркер для ранней диагностики улучшил бы существующую терапию, однако на возможность полного излечения в ближайшее время надеться не стоит.

До какой степени можно отсрочить болезнь Альцгеймера?

5-10 лет задержки этого старческого заболевания улучшили бы старость для миллионов человек. Исследователи определяют, поможет ли к этому прийти лечение гормонами, антиоксидантами, либо физические или умственные упражнения.

Какова биологическая основа зависимости?