Запуск зонда NASA New Horizons.

1. Эффект плацебо

Не пробуйте это дома. Несколько раз в день, на протяжении нескольких дней, вы вызываете у подопытного сильную боль. Каждый раз вы даёте морфий, чтобы облегчить страдания. Кроме последнего раза, когда вы вместо морфия даёте подопытному физраствор. И что бы вы думали? — Боль прекращается!

Это так называемый «эффект плацебо»: иногда, при определённых обстоятельствах, ничто может стать очень сильнодействующей субстанцией. Кроме тех случаев, конечно, когда это не совсем ничто. Когда Фабрицио Бенедетти (Fabrizio Benedetti) из университета Турина проводил этот эксперимент, в последнем опыте он добавил к физраствору налоксон (naloxone), наркотик, который блокирует эффект морфия. И что бы вы думали? — Физраствор не сумел снять боль!

Так что же происходит? Доктора знают об эффекте плацебо уже десятилетия, и описанный выше эксперимент означает, что он каким-то образом связан с биохимией (а не только с психологией). Но, помимо этого, нам ничего не известно.

После этого эксперимента Бенедетти провёл ещё один, в котором показал, что физраствор может снять тремор и судроги мышц у людей с болезнью Паркинсона. Бенедетти и его команда измеряли активность нейронов в головном мозгу пациентов, когда они принимали физраствор. Они обнаружили, что отдельные нейроны в субталамическом ядре (subthalamic nucleus, частая цель операций по уменьшению симптомов болезни Паркинсона) возбуждаются реже и дают меньше импульсов, когда пациенты получали физраствор. Нейроны деактивировались вместе с уменьшением проявления симптомов: физраствор точно что-то делал.

Полученные результаты надо тщательно изучить, утверждает Бенедетти, но одна вещь совершенно ясна: разум может влиять на биохимию тела. «Отношения между ожидаемым и терапевтическим результатом — прекрасная модель для изучения взаимодействия разума и тела,» – говорит Бенедетти. Теперь исследователям предстоит понять, как и в каких случаях плацебо работает. Могут быть болезни, в которых плацебо не даст эффекта. У многих болезней может быть единый механизм действия плацебо. Но пока что мы просто не знаем.

2. Проблема горизонта

Наша Вселенная выглядит невероятно однообразной. Если посмотреть на микроволновую радиацию, наполняющую Вселенную, то она везде, куда достигает взгляд, имеет одну и ту же температуру. Это может показаться не заслуживающим внимания, если не задумываться о том, что наша Вселенная родилась 14 миллиардов лет назад и простирается на 28 миллиардов световых лет от края до края.

Ничто не может распространяться быстрее скорости света, поэтому тепловое излучение не могло быстренько пересечь всю Вселенную и уравнять температуру горячих очагов с температурой холодных ям. И те, и те создавались во время Большого Взрыва, но как потом температура выровнялась?

Проблема горизонта является большой головной болью для космологов, поэтому они изощряются в выдумывании всяких странных решений. К примеру, инфляционная модель Вселенной предполагает, что какое-то время Вселенная увеличивалась очень быстро: коэффициент увеличения 1055 за 10-33 секунд. Однако является ли создание таких моделей решением? «Инфляционная модель Вселенной будет ответом на многие вопросы, — говорит астроном Кембриджского университета Мартин Рис (Martin Rees), — но только если это явление действительно происходило». Проблема в том, что никто не знает, произошла ли инфляция на самом деле, и если да, то что побудило Вселенную выбрать именно этот путь развития из всех возможных. Таким образом, теория инфляции решает одну проблему, но ставит новые.

Непостоянность скорости света могла бы решить проблему горизонта, но этот вопрос остаётся слишком сложным. Проще говоря, Вселенная единообразна, и никто не понимает, почему.

3. Ультраэнергетические космические лучи

Больше десятилетия космофизики из Японии наблюдали космические лучи, которые не могут существовать. Космические лучи — это потоки частиц, большей частью протонов, однако среди них попадаются и целые атомные ядра, летящие сквозь Вселенную на скоростях, близких к скорости света. Частично эти лучи — результат страшных космических катаклизмов, таких, как взрыв сверхновых, но мы всё ещё не знаем, каков источник наиболее высокоэнергетических частиц, частиц с самой высокой энергией естественного происхождения. Но это не главная загадка.

Каждая частица, летящая к нам извне нашей Галактики, должна по пути сталкиваться с низкоэнергетическими частицами, такими, как фотоны или частицы микроволнового реликтового излучения. При каждом таком столкновении частицы космических лучей будут терять скорость и энергию. Из частной теории относительности Эйнштейна мы знаем, что частица, летящая к нам из другой галактики, потеряет в столкновениях столько энергии, что её остаток будет не больше, чем 5×1019 электронвольт. Эта постоянная известна как “Предел Грайзена-Зацепина-Кузьмина”.

В течение последнего десятилетия, однако, астрономы, работающие на установке Akeno Giant Air Shower Array Токийского университета — 111 детекторов частиц на площади более 100 квадратных километров — обнаружили несколько космических лучей с энергией выше предела ГЗК. Согласно теории, такие лучи должны быть испущены изнутри нашей Галактики, что позволило бы им избежать столкновений в межкалактической среде и достичь Земли, не потеряв своей начальной энергии. Однако астрономы не могут найти в нашей Галактике источник, способный испускать эти лучи. Так что же происходит?

Одна возможность — что-то не так с установкой Akeno. Вторая — Эйнштейн ошибался. Он предполагал, что космос одинаков для частиц, движущихся в любом направлении. Однако, может быть, частицам легче двигаться в определённом направлении, чем в другом? Если так, то частицы могут сохранить часть своей энергии и превзойти предел ГЗК.

Физики, работающие в эксперименте Pierre Auger в Мендозе, Аргентина, работают как раз над этой проблемой. Используя 1600 детекторов, рассеянных на 3000 квадратных километров, они попробуют определить энергию космических лучей и пролить свет на результаты Акено.

Алан Уотсон (Alan Wotson), астроном университета Лидс, Великобритания, и спикер проекта Pierre Auger, уже уверен, что тут есть на что обратить внимание. «У меня нет никаких сомнений в том, что частицы с энергией выше 1020 эВ существуют. Я видел достаточно много примеров, чтобы убедиться в этом,» — говорит он. Вопрос заключается в том, что это за частицы? Сколько этих частиц прилетает на Землю, и откуда? Пока мы не выясним это, не существует способа сказать, насколько экзотическим окажется объяснение.

4. Результаты гомеопатии в Белфасте

Мадлен Эннис (Madeleine Ennis), фармаколог из университета Куинс в Белфасте, была бичом гомеопатии. Она протестовала против гомеопатических утверждений о том, что лекарство, разведённое до такой степени, что в дозе не содержится ничего, кроме воды, всё равно может оказывать какой-то эффект. В конце концов она решила доказать раз и навсегда, что гомеопатия — это бессмыслица.

В своём последнем исследовании Мадлен рассказывает, как её команда исследовала влияние сверхразбавленных растворов гистамина на белые кровяные клетки, вовлечённые в процесс воспаления. Эти клетки — так называемые «базофилы» — выделяют гистамин, если они подвергаются атаке. Если гистамин был выделен, то клетки его больше не выделяют. В результате эксперимента — выполненного в четырёх разных лабораториях — выяснилось, что гомеопатические жидкости, настолько разведённые, что они не содержали ни одной молекулы гистамина, работают точно так же, как и сам гистамин. Даже Мадлен не может не признать этот эффект.

Итак, как же это может быть? Гомеопаты готовят свои лекарства на основе растворов каменного угля, опасных паслёновых, яда пауков и прочих интересных вещей. Полученные растворы они разводят снова и снова. Неважно, утверждают гомеопаты, насколько разведён раствор: оригинальная субстанция оставляет свой отпечаток на молекулах воды, и поэтому как бы ни была разведена субстанция, она всё равно насыщена свойствами оригинального лекарства.

Понятно, почему Мадлен остаётся скептически настроенной. Гомеопатические лекарства не показали никакого эффекта в больших экспериментах с контрольной группой, получающей плацебо. Но исследование, проведённое в Белфасте (Inflammation Research, vol 53, p 181), указывает, что что-то всё-таки происходит. «Мы не можем, — говорит Мадлен, — объяснить наши находки, и просим других исследователей продолжить изучение этого феномена». Исходя из результатов дальнейших исследований, нам, возможно, потребуется переписать нашу химию и физику.

5. Тёмная материя

Возьмите всё, что мы знаем о гравитации, наложите эти знания на вращение галактик, и вы быстро увидите проблему: галактики должны распадаться. Галактики вращаются вокруг своих ядер потому, что их массы порождают центростремительные силы. Но в галактиках недостаточно массы, чтобы поддерживать наблюдаемое вращение.

Вера Рубин (Vera Rubin), астроном в отделе земного магнетизма в Институте Карнеги, Вашингтон, заметила эту аномалию в конце 1970-х. Самая лучшая идея, которую высказали астрофизики, — что во Вселенной есть больше вещества, чем то, что мы можем увидеть. Проблема в том, что ни у кого нет никаких идей, что это за «тёмная материя» такая.

С 1970-х ничего не изменилось — никаких идей по-прежнему нет. Многие исследователи высказывали разные предположения, но к консенсусу так и не пришли. Судя по результатам измерений, тёмная материя составляет больше 90% массы Вселенной, и у нас нет ни малейшего понятия, из чего состоят 90% Вселенной, в которой мы живём.

Может быть, мы не можем узнать, что такое тёмная материя, потому что никакой тёмной материи не существует? Это путь, которым идёт Вера Рубин. «Если бы на то была моя воля, — говорит она, — я предпочла бы узнать, что законы Ньютоновской физики должны быть изменены, дабы правильно описывать гравитацию в галактических масштабах. Это намного привлекательнее, чем Вселенная, набитая новым видом субатомных частиц».

Некоторые учёные пытаются создать тёмную материю самостоятельно. См., например, статью Let there be dark matter.

6. Метан “Викинга”

20 июля 1976 года. Гилберт Левин (Gilbert Levin) застыл на краю своего кресла. В миллионах километров от него космический зонд «Викинг» собрал немного марсианской почвы и смешал её с препаратами, содержащими углерод-14. Все учёные согласились, что если в результате реакции будет обнаружен метан, содержащий изотоп углерода-14, то на Марсе есть жизнь.

«Викинг» дал положительный результат. Что-то поглощает питательные вещества, переваривает их и выдаёт наружу газ, содержащий углерод-14.

И почему по этому поводу не было большой вечеринки?

Потому что другой инструмент, призванный обнаруживать органические молекулы, считающиеся неизбежным спутником органической жизни, не нашёл ничего. Поэтому практически все учёные решили выбрать безопасный путь и сказали, что результаты «Викинга» были позитивными ошибочно. Но соответствует ли это действительности?

Споры продолжают кипеть, но результаты исследований, выполненных последними спускаемыми аппаратами НАСА показывают, что поверхность Марса когда-то была влажной, и, поэтому, пригодной для жизни. Кроме того, есть ещё много доказательств в пользу существования жизни на Марсе. А опровержений — нет.

Левин не одинок в своём упорстве. Джо Миллер (Joe Miller), специалист по биологии клетки в Университете Южной Калифорнии, Лос-Анджелес, перепроверил данные, и утверждает, что они показывают тенденцию к суточному циклу. Это является очень сильным аргументом в пользу существования жизни.

Сейчас Левин бомбардирует NASA и Европейское космическое агентство с просьбами поставить эксперимент по поиску «хиральных» молекул. Такие молекулы могут быть правосторонними или левосторонними, они зеркально отражают друг друга. Обычные химические процессы создают левосторонние и правосторонние молекулы в одинаковых количествах, а биологические процессы явно тяготеют к одной хиральности. Если в будущем выяснится, что использование молекул разной хиральности заметно разнится, это будет новым свидетельством в пользу жизни на Марсе.

7. Тетранейтроны

4 года назад ускоритель частиц во Франции засёк шесть видов частиц, которые не могут существовать. Они называются тетранейтроны: четыре нейтрона, связанных между собой так, как невозможно связать нейтроны по всем законам физики.

Франциско Мигель Маркес (Francisco Miguel Marquès) с коллегами на ускорителе Ганил в Кайен собираются сейчас повторить этот эксперимент. Если у них получится, нам придётся пересмотреть наше мнение на тему сил, которые удерживают вместе частицы атомного ядра.

Эта команда стреляла ядрами бериллия в маленькую цель из углерода и исследует разлетающиеся осколки. Они ожидали увидеть четыре раздельных нейтрона в четырёх детекторах, но обнаружили только одну вспышку в одном детекторе. Конечно, есть шанс, что все четыре нейтрона вылетели в одном и том же направлении и попали в детектор одновременно, но это практически невозможно.

С другой стороны, это не настолько невозможно, как тетранейтроны, потому что в современной физической модели физики частиц тетранейтроны просто не могут существовать. Согласно принципу исключения Паули, никакие два протона или нейтрона в системе не могут иметь одинаковые квантовые свойства. Фактически, сильное взаимодействие, которое удерживает их вместе, сделано так, что оно не сможет удержать даже два нейтрона вместе, уже не говоря о четырёх. Маркес и его группа были настолько ошарашены полученным результатом, что похоронили его в экспериментальных данных своей исследовательской работы.

И существует немало причин сомневаться в существовании тетранейтронов. Если подстроить законы физики так, чтобы они позволили существование тетранейтронов, всё остальное придёт в хаос. Это означает, что элементы, создавшиеся после Большого Взрыва, очень сильно отличались от того, что мы наблюдаем сейчас. Более того, элементы стали бы слишком тяжёлыми для космоса. «Возможно, Вселенная схлопнулась бы до того, как у неё появился бы шанс расшириться», — говорит Наталья Тимофеюк (Natalia Timofeyuk), физик-теоретик в Университете Суррея, Гилдфорд, Великобритания.

Правда, во всём этом рассуждении есть парочка слабых моментов. Современная наука не позволяет тетранейтронам существовать — разве что как короткоживущим частицам. По мнению Тимофеюк, есть шанс, что ускоритель во Франции случайно произвёл как раз такую короткоживущую частицу. С другой стороны, нейтронные звёзды как раз и сделаны из невероятного количества связанных нейтронов, что означает, что когда много нейтронов собираются вместе, в ход вступают какие-то новые, доселе неизвестные законы физики.

8. Аномалия «Пионера»

Это рассказ о двух космических кораблях. «Пионер 10» был запущен в 1972 году, «Пионер 11» годом позже. Сейчас оба корабля должны лететь сквозь пространство, забытые и никому не интересные. Однако их траектории оказались слишком интересными, чтобы от них отмахнуться.

Что-то тянет их — или толкает — и заставляет разгоняться. Ускорение очень слабое, меньше нанометра в секунду за секунду. Это одна десятимиллиардная ускорения свободного падения на поверхности земли, однако этого ускорения хватило, чтобы «Пионер 10» сместился с расчётной траектории на 400 000 километров. До того, как NASA потеряла контакт с «Пионером 11» в 1995 году, он демонстрировал такое же отклонение от траектории, как и его близнец. Так что же вызывает это ускорение?

Никто не знает. Было предложено несколько возможных объяснений, таких, как ошибки программирования (ну да, вечно всё на нас валят! – прим. Hitech`а), утечка горючего или солнечный ветер. Если причина заключается в каком-то гравитационном эффекте, то мы об этом эффекте ничего не знаем. Фактически, физики настолько не понимают, что творится с «Пионерами», что некоторые привлекают для объяснения этого явления другие необъяснимые явления.

Брюс Бассетт (Bruce Bassett) из университета Портсмута, Великобритания, предполагает, что загадка «Пионера» связана с изменениями в альфе, постоянной тонкой структуры. Другие учёные связывают эти отклонения с влиянием тёмной материи, но поскольку мы не знаем, что такое тёмная материя, это объяснение не помогает.

Самое лучшее, что современная физика может предложить, — это запустить ещё один космический зонд исключительно для исследования этого вопроса. Запуск такого зонда будет стоить от 300 до 500 миллионов долларов, и может быть совмещён с каким-нибудь другим проектом исследования внешних областей Солнечной системы. Учёные лелеют тайную надежду, что причина отклонения «Пионеров» от их расчётной траектории окажется банальной — к примеру, неучтённый источник тепла на поверхности космического аппарата.

9. Тёмная энергия

Это одна из самых известных и самых смущающих загадок современной физики. В 1988 году астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется с возрастающей скоростью. Этот эффект всё ещё не имеет объяснения — до тех пор все думали, что расширение Вселенной вызвано Большим Взрывом и замедляется с течением времени. «Теоретики всё ещё рыскают вокруг в поисках разумного ответа, — говорит космолог Катерина Фрис (Kathertine Freese) из Мичиганского Университета. — Мы надеемся только, что дальнейшие наблюдения за сверхновыми, галактиками и скоплениями дадут нам хоть какие-то намёки».

Одно из предположений говорит, что за этот эффект несёт ответственность какое-то свойство пустого пространства — и космологи называют его тёмной энергией. Но все попытки обнаружить эту тёмную энергию не увенчались успехом. Возможно также, что Эйнштейновская теория гравитации должна быть слегка подправлена при применении её к огромным масштабам Вселенной. «Мы всё ещё без понятия», — говорит Фрис.

10. Обрыв Койпера

Если вы выберетесь как-нибудь на далёкую окраину Солнечной системы, за орбиту Плутона, вы заметите нечто странное. Внезапно, после прохождения пояса Койпера, в котором роятся маленькие замёрзшие в лёд астероиды, вы не обнаружите ничего.

Астрономы называют эту аномалию «обрывом Койпера», потому что плотность астероидов падает неимоверно. Что вызвало этот обрыв? Единственным реальным объяснением может быть десятая планета (а вследствие разжалования Плутона из планет в планетоиды, думаю, девятая. — Прим. Hitech`а), и не какая-нибудь мелочь вроде Седны или Квавара, а серьёзная планета, размером с Землю или с Марс, очистившая пространство за поясом Койпера от астероидного бардака.

«Свидетельства существования этой “Планеты Икс” неотразимы», – утверждает Алан Стерн (Alan Stern), астроном из Югозападного Исследовательского Института в Боулдере, Колорадо. Однако, хотя расчёты показывают, что такое небесное тело вполне может нести ответственность за существование обрыва Койпера, никто не верит в его существование.

Есть вполне логичные причины не верить в эту мистическую планету. Пояс Койпера слишком далеко от нас, чтобы получить чёткую картинку того, что там происходит. Нам надо добраться туда самим и просто посмотреть. Однако это произойдёт ещё не скоро: зонд NASA New Horizons, запущенный в 2006 году, доберётся до Плутона только в 2015-м.

11. Сигнал WOW

Этот сигнал длился 37 секунд и пришёл из дальнего космоса. 15 августа 1977 года астроном Джерри Эхман (Jerry Ehman), работавший тогда в Государственном Университете Огайо в Колумбусе, написал “Wow!” на распечатке государственного телескопа Огайо Big Ear в Делавере. 32 года спустя Джерри всё ещё ждёт правдоподобного объяснения этому сигналу.

Этот сигнал пришёл из района созвездия Стрельца и находился в очень узкой полосе частот около 1420 мегагерц. Эта часть спектра находится в той области, в которой все радиопередачи запрещены, согласно международным соглашениям. Естественные источники излучения обычно излучают в более широкой части спектра. Так что же вызвало этот сигнал?

Ближайшая звезда в этом направлении находится в 220 световых годах. Если сигнал пришёл оттуда, то он должен быть вызван весьма серьёзным астрономическим феноменом — или инопланетной цивилизацией с очень большим и мощным радиопередатчиком.

Тот факт, что этот сигнал больше не повторился, ещё не означает, что инопланетян нет. Телескоп Big Ear исследует только одну миллионную часть неба, а инопланетный передатчик вряд ли покрывает бóльшую область. Следовательно, шансы получить этот сигнал снова крайне невелики.

Другие учёные, тем не менее, считают, что у этого сигнала есть более приземлённое объяснение. Дан Вертхаймер (Dan Wertheimer), главный учёный в проекте SETI@home, утверждает, что сигнал Wow почти наверняка объясняется радиационным загрязнением — интерференцией земных радиопередач. «Мы видели много подобных сигналов, и это почти всегда оказывалось интерференцией», — говорит он.

12. Непостоянные постоянные

В 1997 году астроном Джон Уэбб (John Webb) и его команда из университета Нового Южного Уэльса в Сиднее исследовал свет, приходящий к Земле от далёких квазаров. На своём пути в 12 миллиардов световых лет этот свет прошёл сквозь межзвёздные облака металлов, таких, как железо, никель и хром, и эти металлы поглотили кванты света — но не те, что ожидалось.

Если эти наблюдения верны, единственным правдоподобным объяснением им будет то, что постоянная тонкой структуры, альфа, имела разные значения по пути следования света.

Но это ересь. Альфа — это крайне важная постоянная, которая определяет, как материя взаимодействует со светом, и не должна меняться. Альфа зависит, помимо всего прочего, от заряда электрона, скорости света и постоянной Планка. Могла ли какая-нибудь из этих постоянных измениться? Поэтому ни один физик не хотел верить результатам Уэбба. Уэбб и его команда годами перепроверяли их, пытаясь найти ошибку. До сих пор им это не удалось.

Результаты Уэбба — не единственные, которые предлагают нам повнимательнее присмотреться к альфе. Недавний анализ единственного известного до сих пор естественного ядерного реактора, активного 2 миллиона лет назад в месте, сейчас известном как Окло, Габон, тоже указывает на то, что что-то во взаимодействии света и материи изменилось. Количество некоторых радиоактивных изотопов, образующихся в естественных реакторах, зависит от значения постоянной «альфа». Таким образом, анализ продуктов распада позволяет рассчитать значение «альфа» в стародавние времена. Используя этот метод, Стив Ламорэ (Steve Lamoreaux) из национальной лаборатории в Лос-Аламосе, Нью-Мексико, подтвердил, что с тех пор, как заработал реактор в Окло, значение «альфы» упало на более чем четыре процента.

Существуют также противники изменений в «альфе». Патрик Петитеян (Patrick Petitjean), астроном в Институте Астрофизики в Париже, возглавлял команду, которая исследовала свет квазаров, принятый Очень Большим Телескопом (Very Large Telescope) в Чили, и не нашёл свидетельств изменениям значения «альфы». Однако Уэбб утверждает, что данные Патрика не были проанализированы достаточно хорошо, и сейчас Уэбб со своей командой анализирует эти данные. Вполне возможно, что в ближайшее время аномалия «альфы» будет либо подтверждена, либо опровергнута.

13. Холодный ядерный синтез

Спустя 20 лет, интерес к этой теме снова разгорается. На самом деле, он никогда и не пропадал. С 1989 года лаборатории ВМФ США провели более 200 экспериментов на тему, может ли ядерный синтез, обычно проходящий только при условиях в недрах звёзд, проходить при комнатной температуре. Множество исследователей согласны верить в это.

С контролируемым холодным ядерным синтезом, многие энергетические проблемы в мире просто исчезнут. Понятно, почему департамент энергии США заинтересовался. Сейчас принимаются заявки на новые эксперименты в области холодного ядерного синтеза.

Это крутой поворот в энергетической политике. Всего 20 лет назад репортаж департамента энергии однозначно утверждал, что результаты оригинального эксперимента по холодному синтезу, проведённого Мартином Флейшманом и Стенли Понс из Университета Юты, озвученные на пресс-конференции в 1989-м году, невозможно повторить, а поэтому они, скорее всего, фальшивые. А значит, холодный ядерный синтез — лженаука.

Основной аргумент сторонников холодного синтеза заключается в том, что погружение электродов из палладия в тяжёлую воду — это где кислород связан с изотопом водорода дейтерием — может произвести огромное количество энергии. Подключение напряжения к палладиевым электродам позволяет ядрам дейтерия проникать в молекулярную решётку палладия, позволяя им преодолеть натуральное отталкивание и слиться, выделяя пульс энергии. Проблема в том, что этот синтез кажется невозможным при комнатной температуре.

Это не останавливает Дэвида Нагеля (David Nagel), инженера в университете Джорджа Вашингтона, Вашингтон, Округ Колумбия. «Понадобилось 40 лет, чтобы объяснить сверхпроводники, — утверждает он, — поэтому нельзя сбрасывать со счетов холодный синтез. Эксперименты неопровержимы, и отмахнуться от них нельзя».

Источник: статья Майкла Брукса «13 things that do not make sense» из журнала “NewScientist”.
Статья опубликована 19 марта 2005 года, и может неточно отображать современное положение вещей.
Перевод: Alex Hitech.
Иллюстрация: Википедия.