Загадки на съвременната наука - Феликс Р. Патури
Въпреки неудържимия напредък на науката остават редица неразрешени въпроси на астрономията, физиката, химията, математиката, биологията, медицината, религията и философията.
• Тъмната материя и невидимата Вселената. Съвременни хипотези за устройство на Космоса.
• „Глобално затопляне” или предстоящ ледников период?
• Възможна ли е телепортацията и какви са предизвикателствата на доказаната в лабораторни условия свръхсветлинна скорост?
• Кристалният череп от Лубаантум – шедьовър на маите или артефакт от чуждоземна цивилизация?
• Богоявления и безконтактни лечения – находчиви изследвания с неочаквани резултати.
• Числовите чудеса на Корана.
• Клинични случаи на промяна на личността: могат ли органите да пренасят спомени?
• Халюциногените или опознатият, но забранен път към истината и човешкия дух.
• Хомеопатични експерименти с органична тъкан in vitro.
Увлекателно, популярно и изключително компетентно Феликс Р. Патури разкрива научните мистерии на един свят, чието съществуване никога не сме подозирали.
ЗАГАДКИ НА СЪВРЕМЕННАТА НАУКА
СЪДЪРЖАНИЕ:
Въведение
За какво става въпрос?
Какво свързва света в дълбочина – енергията и материята във Вселената
Произход и бъдеще на Вселената – краен или безкраен е Космосът?
Тъмната материя – невидимата Вселена
Струните – най-фината част на света
По следите на вездесъщата гравитация
Нетипични елементарни частици – „неутрина-шизофреници”?
Възможна ли е телепортацията?
Свръхсветлинната скорост – неприятност за философите и природоизпитателите
Полюс без противополюс – съществуват ли „полумагнити”?
Кълбовидните мълнии – загадъчни топки от светлина
Трансуран – в търсене на опорна точка
Тайните на водата – течност с памет?
Планетата Земя – необясними природни феномени и древни култури
Имало ли е наистина потоп?
„Горещият лед” на дъното на океана – смъртни случаи и потенциални енергийни източници
Цунами – беснеещите вълни над океана
Бягащи камъни
Предстои ли климатична катастрофа – от какво наистина зависи климатът?
Батерията от Багдад – токозахранващ източник отпреди две хиляди години?
Железният стълб в Делхи – високи технологии от древността?
Кристалният череп – отново хай-тек?
Нурагите – загадъчните кули на Сардиния
Бимини – каменните зидове в Западния Атлантически океан
Наска – тайнствените следи в перуанската пустиня
Leys of the Land – пътят на духовете
Поразителният живот – чиста физика или продукт на Сътворение?
Многообразието на видовете – колко са растенията и животните всъщност?
Граници на живота – биотопи в камъните и в кипящите киселини
Какво представлява животът? Въпроси и дефиниции за възникването му
Макроеволюция – Бог срещу Дарвин
Цел на битието –има ли смисъл животът?
Програмирана клетъчна смърт – възможно ли е смъртта да бъде преодоляна?
Паметта на клетките – имат ли органите памет?
Халюциногени – съществува ли нещо като „разширение на съзнанието”?
Хомеопатията – лечебната информация
Духовни лечители – научни експерименти с неочаквани резултати
Биокомуникацията – „общуване” между растенията?
Живот в Космоса – живот от Космоса?
Религия и философия – спорни чудеса и находчиви въпроси
Доказателства за съществуването на Бога – може ли Създателят да бъде доказан логически?
Lobus parietalis superior – Бог в мозъка ли живее?
Теодицея –всемогъщ ли е Бог?
Етика и морал – дилемата на съвестта
Свободната воля – хората независими ли са?
Ал-Муката’ат – числовите чудеса на Корана
Чудеса и явяване на Бога – научни изследвания върху религиозни феномени
Чистата логика – проблемите на математиката
Проблеми на милениума – награда: един милион долара
Най-плътната форма – катастрофата на салама
Увеселително влакче с несигурен край
Простите числа – за насекомите, близнаците и великаните
Парадоксът на демокрацията – самоубийството на една система
Библиография
Индекс
КАКВО СВЪРЗВА СВЕТА В ДЪЛБОЧИНА – ЕНЕРГИЯТА И МАТЕРИЯТА ВЪВ ВСЕЛЕНАТА
ПРОИЗХОД И БЪДЕЩЕ НА ВСЕЛЕНАТА – КРАЕН ИЛИ БЕЗКРАЕН Е КОСМОСЪТ?
„По-добре политиците и учените да се интересуваха от проблемите на бедността, вместо да инвестират милиарди в изследвания, които в най-добрия случай задоволяват любопитството на шепа физици и космолози без каквато и да било полза за човечеството” е аргументацията на не малко съвременници, които повече се вълнуват от непосредственото бъдеще, отколкото от възрастта на вселената, възникването й и нейното бъдеще.
Вероятно имат право, но забравят, че човек няма нужда само от хляб. Гладът към познание е не по-малко стар от самия Homo sapiens, с основание наречен „знаещият човек”. Още в каменната ера хората са се вълнували от небесните процеси и са строили грандиозни съоръжения за наблюдаване на космическите тела.
Развитата наука на звездобройството в древна Гърция е смятала, че универсумът принципно е неразбираем. Наистина движенията, промените на звездите и планетите, появата и изчезването на кометите могат да бъдат наблюдавани детайлно, но за астрономите това били само локални процеси, които на практика не засягали вселената като цяло. Моделът просъществува близо 2 хилядолетия и дори Алберт Айнщайн е смятал същото, когато развива своята Обща теория на относителността през 1915 г. Тъй като успява да съгласува математическия формализъм с новите теории, но не и с космологичните си представи, той набързо включва в уравненията си една „космологична константа” – нещо като корективна величина, която му позволява да напасва резултатите към приетия от него за статичен универсум. По-късно Айнщайн нарича „космологичната константа” (в неговата терминология „ламбда”) „може би най-голямата магария” в живота си.
Универсумът не е статичен
Още през 1917 г. холандският астроном Вилем де Ситер сравнява изчисленията си с уравненията на Общата теория на относителността, като включва и величината ламбда. Резултатите са изненадващи – всеки универсум, подобен на този, който наблюдаваме и в който материалната плътност и налягането са пренебрежимо малки, би трябвало постоянно да се разширява. С твърдението си той моментално влиза в противоречие с почти всичките си колеги, защото упорството и упованието на учените в традиционното били непоклатими.
Формулите на Айнщайн могат да имат различни решения
Да се опише универсумът с формулите на Айнщайн обаче се оказа много по-трудно, отколкото се допускаше в началото. Целият необходим математически апарат съдържа не по-малко (на математически език) от десет непълни диференциални уравнения от втори ред, които биха могли да имат различни решения в зависимост от началните и крайните условия. Ние не познаваме началните условия на космоса, а крайните са ни известни само в рамките на направените изследвания. Позовавайки се на тях, бихме могли до известна степен да допуснем вероятните начални условия, но подобно нещо е белязано с голяма несигурност.
Следователно, грубо казано, съществува цяла система различни решения, които бихме могли да наречем модели на света. Колкото повече научаваме за крайните условия, за механизмите на възникване на универсума и правим своите изводи, толкова повече броят на математически възможните модели за света намалява.
Важни крайни условия например са разпределението на отдалечените галактики и т. нар. космическо фоново излъчване. През 1917 г. и двете бяха напълно непознати. Самият Айнщайн, който първоначално се придържаше строго към статичния универсум, редуцира крайните условия с две чисто хипотетични разсъждения. Той изходи от напълно равномерното разпределение на материята във вселената и от това, че в космоса не съществува фаворизирана посока. По този начин редуцира десетте т. нар. опитни уравнения до две основни диференциални уравнения.
С тяхна помощ и допускайки космическата константа ламбда, Айнщайн успя да изгради следния модел на света: вселената е грамадно статично кълбовидно пространство, както е описана от математика Бернард Риман през 19. век. За разлика от класическото Евклидово пространство, пространството в геометрията на Риман може да се огъне: позитивно – както при топка, или негативно – както при седло. Само в случаите, когато изкривяването е равно на нула, сме изправени пред пространството на Евклид, което познаваме от ежедневието.
Изкривяването на пространството зависи от сумата на цялата маса на космоса. Колкото тя е по-голяма, толкова по-голямо е изкривяването. Докато Айнщайн приема, че универсумът е статичен, де Ситер и пет години по-късно физикът А. Фридман обмислят модели, в които космосът като цяло се свива или разширява; двамата не изключват математическия модел на Айнщайн. От 1922 до 1924 г. Фридман публикува цялостно изложение за възможните модели, приемайки все още хомогенното разпределение на масата в цялата вселена. Работата му жъне само подигравки и фаворизираната от него прогноза за експанзиращия космос практически е игнорирана от колегите му. Приемали го за ексцентричен фантазьор.
Хъбъл доказва експанзията на вселената
През 1929 г. американският астроном Е. П. Хъбъл се намесва в дискусията, която по онова време съвсем не е толкова мащабна. Той се позовава на откритие от 1914 г. на астронома В. М. Слипър от обсерваторията „Лоуел”, Аризона, който забелязва, че светлината на множество далечни галактики е значително по-червеникава от очакваното. От тези и от своите изчисления Хъбъл прави извода, че вероятно те се отдалечават от нас с голяма скорост. Той дори успява да докаже, че колкото по-червеникава е светлината, толкова по-отдалечена е съответната галактика. Съотношението се изразява с елементарния закон: v = H0 x d. V е степента на червената светлина, d е разстоянието между Земята и съответната галактика, а H0 e пропорционален фактор, станал известен като константата на Хъбъл. H0 се измерва в единици км/(сек. х Mpc). Mpc означава „мегапарсек” – астрономическа мярка за дължина, приблизително равна на 30,87 х 1018 км и съответно е 200 000 милиона пъти разстоянието между Слънцето и Земята. Всъщност е възможно да се докаже, че 1/Н0 е максималната възможна възраст на Вселената.
Космическото фоново излъчване
Днес константата на Хъбъл се смята за най-важната космологична величина; през 1964 г. двама американски учени – А. А. Пенциъс и Р. У. Уилсън, откриват космическото фоново излъчване, което идва към нас от всички точки на вселената с приблизително еднаква сила и съответства на излъчването на леденостудено тяло, чиято температура е само с 3 градуса над абсолютната нула. Скоро се възприема идеята, че излъчването е остатък от Големия взрив, протекъл при топлина от един милиард келвина, благодарение на който възниква вселената. Келвинът (К) е мярка за абсолютната температура. Ако от 1 К извадим 273 градуса по Целзий, ще получим равностойността на 1 градус по Целзий.
След Големия взрив универсумът се разширява, енергийната плътност се разрежда, вследствие на което днес вселената е с топлина 3 К. В бъдеще разширението й ще понижи тази стойност.
Ето защо температурата на фоновото излъчване (респективно неговата дължина на вълната) е мярка за експанзията на вселената. Дължината на вълната е директно свързана с константата на Хъбъл и за първи път позволява изчисляване на приблизителната й стойност. Нещата обаче не са толкова прости, защото не знаем със сигурност дали температурата по време на Големия взрив действително е колкото предполагаме – да, реално нямаме никаква представа какво се е случило по време на тази предизвестила всичко невъобразима експлозия и изобщо как се е стигнало до нея.
Следователно и днес точната величина на константата на Хъбъл продължава да е неизвестна. Някои космолози приемат, че е 70 км/(сек. Х Mps); освен на прецизни пресмятания обаче тази стойност е следствие и на хипотезите за вселената.
Никой не знае какво точно е представлявал Първичният взрив
И това е безспорно. Космолозите следват издигнатата още през 1927 г. от белгиеца Ж. Е. Лематр теория за първичната експлозия, която през 1948 г. руско-американският физик Г. А. Гамов възприема, доразвива и представя като „Теорията за Големия взрив” (Big-Bang-Theory).
Не знаем нищо за физичните процеси по времето на Първичния взрив. За физиците и математиците той е „единственият по рода си момент”, в който не важат законите на физиката и математиката. Можем обаче сравнително точно да реконструираме сценария след това – или най-малкото да вярваме в него. Според възприетото засега мнение само 10-43 секунди
(една десета трилиардна трилиардна част от секундата) след Големия взрив е поставено началото на физическата реалност. Материята е с най-голяма физична и възможно дефинируема плътност. Тя все още е напълно безформена и започва бурно да се разширява. След три минути ядрото на атома е оформено. Но енергийната плътност остава толкова огромна, че електромагнитните сили не могат да задържат атомните ядра и електроните. Материята представлява йонен газ, т. нар. плазма. В този си вид плазмата няма електромагнитното излъчване, защото то е в постоянно взаимодействие с материалните частици – и най-вече със свободните електрони. Чак когато след допълнително охлаждане свободните електрони са уловени от атомните ядра и започват да образуват неутрални атоми, от материята започва да се отделя лъчение. Именно в този момент е поставено началото на космическото фоново излъчване, което по онова време е било много по-късовълново, отколкото е днес. Последвалата експанзия на вселената води до струпване на материята. Образуват се гъсти газови облаци, от които възникват небесните тела и галактиките.
Толкова с теорията. Допълвайки я със съвременните космологични изчисления, днес учените приемат, че константата на Хъбъл е 70 км/(сек. х Mpc) – стойност, която има връзка с общата маса и обема на вселената и следователно с нейната плътност. Налице са обаче несъответствия и отворени въпроси, на които ще се спра в следващата глава, посветена на „тъмната материя”.
Какво е бъдещето на вселената?
От правилността на тази представа до голяма степен зависят теориите за бъдещето на вселената. Уравненията на Айнщайн ще покажат дали тя
а) ще се разширява още известно време, ще достигне пределната си големина и след това отново ще колабира,
b) дали ще продължи да расте до безкрайност (и може би дори с ускорена скорост),
c) или експанзирайки, вселената ще достигне пределната си големина, която никога повече няма да може да надскочи.
Повечето космолози днес клонят към b, защото не смятат, че в универсума съществува достатъчно материя, която един ден да преустанови експанзията. Не липсват обаче именити учени, които фаворизират някой от другите два модела. Напоследък все повече се говори за вселена, която се разширява в постоянни ритми, а след това се свива до нещо като нов първичен взрив.
Неудобството на Първичния взрив
Най-голямото неудобство на теорията за Големия взрив естествено е в това, че по никакъв начин не можем да си представим това хипотетично събитие – физически погледнато то е напълно невъзможно. Доскоро той се приемаше за необходимо зло, защото позволяваше обяснения за развитието на космоса и резултатите до голяма степен съвпадаха с досегашните наблюдения. Ситуацията чувствително се промени в края на 80-те и началото на 90-те години. Един от опитите да се докажат новите хипотези е Инфлационната теория, според която около 10-35 до 10-30 секунди след предполагаемия Голям взрив универсумът за кратко време се е разтеглил до обем 1090. Този модел обаче оставя много отворени въпроси.
През 1991 г. няколко космолози, между които В. Пристер и Х.–Й. Бломе от Бон и Д.–Е. Либшер от Потсдам, предложиха нов модел. Те работят върху решението на експерименталните уравнения на Айнщайн с позитивна ламбда. Учените приемат, че вселена на около 15 до 20 милиарда години (каквото е допускането днес, базирано на константата на Хъбъл) едва ли е достатъчна, за да обясни развитието на познатите днес космически тела. За откъсването на протогалактическите първични газови облаци от общата експанзия на универсума след един фиктивен първичен взрив (съгласно стандартните модели) щяха да са нужни няколко милиарда години. След това, под влияние на контракцията на силата на гравитацията, би трябвало да се развият галактиките, което с оглед на малките разлики в плътността в разширяващата се вселена (съгласно линейната теория) следва да продължи около 10 милиарда години.
„Само” това развитие коства постулираната „официална” възраст на космоса. В дълбокия космос обаче могат да бъдат наблюдавани галактики, които виждаме благодарение на възникването им преди много милиарди години. Съгласно стандартния модел те (които бяха открити наскоро) са отдалечени от нас на около 10 до 23 милиарда светлинни години, а до възникването им са минали минимум 13 милиарда години. Следователно космосът трябва да е много по-стар, отколкото се приема днес.
За да разрешат тези проблеми, космолозите все повече работят с теорията за наличие на неоткрита до момента материя, която под въздействие на гравитационните сили е ускорила развитието на галактиките. Решаващи за модела Бон–Потсдам станаха, разбира се, съвсем новите знания от близкото минало. Отвъд галактиките и галактическите струпвания бяха забелязани структури с огромни размери. Например откритият през 1989 г. „Голям зид” се простира на повече от 500 х 200 х 15 милиона светлинни години. Но най-вече бяха идентифицирани мащабни космически „мехури” – пространствени структури с липсваща материя с около 100 милиона светлинни години диаметър, разположени една до друга като порите на сюнгер. Техните „стени” са съставени от хиляди струпани галактики. Тези структури се простират до безкрай в пределите на нашия взор.
