Уиггинс. 5 нерешенных проблем науки. Янко Слава (Библиотека FortDa )
 Скачать 5.17 Mb.
|
|
Глава 5. Геология. Возможен ли точный долговременный прогноз погоды? ..................................... 73 Погода на Земле ................................................................................................................................................................................ 73 Прогноз погоды на Земле ............................................................................................................................................. 74 Погода на наших соседних планетах: трава не вечно зеленеет .................................................................................................... 74 Венера. ............................................................................................................................................................................... 74 Прогноз погоды на Венере............................................................................................................................................................... 75 Вероятность грозы: только в облаках. ............................................................................................................................................ 75 Марс. ...................................................................................................................................................................................................................... 76 Рис. 5.1. Циклон на Марсе, увиденный с космического телескопа Хаббла............................................................. 79 Рис. 5.2. Орбиты планет Солнечной системы............................................................................................................. 79 Получение атмосферного газа ......................................................................................................................................................... 80 Газовыделение................................................................................................................................................................... 80 Испарение (возгонка)........................................................................................................................................................ 81 Бомбардировка. ................................................................................................................................................................. 81 Потеря атмосферного газа................................................................................................................................................................ 81 Тепловая утечка................................................................................................................................................................. 81 Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 5 Сжижение. ......................................................................................................................................................................... 81 Бомбардировка .................................................................................................................................................................. 81 Образование кратеров....................................................................................................................................................... 82 Химические реакции......................................................................................................................................................... 82 Получение или утрата атмосферного газа ...................................................................................................................................... 82 Венера .................................................................................................................................................................................................................... 82 Марс ....................................................................................................................................................................................................................... 83 Земля в сопоставлении с Марсом и Венерой ................................................................................................................................. 83 Почему Земле удалось сохранить свою воду, тогда как Венера и Марс ее лишились? ............................................. 84 Что произошло с углекислым газом на Земле? .............................................................................................................. 84 Откуда Земля получила свой кислород?......................................................................................................................... 84 Погода и климат: гипотезы (весьма добротные), прогнозы (не столь добротные)..................................................................... 84 Рис. 5.3. Точность предсказания будущего состояния зависит от точности знания начальных условий............. 85 Рис. 5.4. Странный аттрактор....................................................................................................................................... 86 КАК И ГДЕ........................................................................................................................................................................................ 87 Признание невозможности подробного долгосрочного прогноза и изучение лишь общих тенденций ................................... 88 Выработка совершенно нового подхода......................................................................................................................................... 88 Глава 6. Астрономия. Почему Вселенная расширяется со все большей скоростью?......................... 89 Содержимое Вселенной.................................................................................................................................................................... 89 Измерение межзвездных расстояний .............................................................................................................................................. 91 Рис. 6.1. Измерение расстояния на основе параллакса.............................................................................................. 91 Галактики: первые теории и наблюдения....................................................................................................................................... 92 Рис. 6.2. Снимки галактики М100 с космического телескопа Хаббла ..................................................................... 93 Космологический вклад Эйнштейна ............................................................................................................................................... 93 Рис. 6.3. Марсель Гроссман, Альберт Эйнштейн, Густав Гисслер и Геральд Гроссман ........................................ 95 Чем крупнее телескопы, тем больше расстояния до звезд............................................................................................................ 97 Рис. 6.4. Джордж Эллери Хейл .................................................................................................................................... 97 Рис. 6.5. Генриетта Суон Ливитт ................................................................................................................................. 97 Одна большая Галактика или многочисленные обособленные галактики .................................................................................. 98 Рис. 6.6. Харлоу Шепли................................................................................................................................................ 99 Рис. 6.7. Хебер Кертис ................................................................................................................................................ 100 Вселенная галактик......................................................................................................................................................................... 100 Рис. 6.8. Эдвин Хаббл ................................................................................................................................................. 101 Наблюдение расширения ............................................................................................................................................................... 102 Рис. 6.9. Исходная кривая Хаббла, отражающая зависимость скорости от расстояния....................................... 102 Обнаружение темной материи....................................................................................................................................................... 102 Рис. 6.10. Библиотека Маунт-Вилсоновской обсерватории.................................................................................... 103 Рис. 6.11. Фриц Цвикки .............................................................................................................................................. 104 В темноте рассуждать о темной материи...................................................................................................................................... 104 Барионная темная материя. ............................................................................................................................................ 104 Небарионная темная материя......................................................................................................................................... 104 Недопонимание тяготения. ............................................................................................................................................ 105 Рис. 6.12. Расстояние между галактиками во Вселенной в зависимости от времени ........................................... 105 Столкнувшись с неожиданным: ускорение Вселенной............................................................................................................... 106 В темноте рассуждать о темной энергии ...................................................................................................................................... 107 Рис. 6.13. Флуктуации фонового микроволнового излучения, определяющие общую кривизну пространства.108 Решение головоломки: где, когда, как и кто?............................................................................................................................... 108 Список проблем .............................................................................................................................................. 111 Проблемы физики ........................................................................................................................................................................... 111 Какова природа света?...................................................................................................................................................................................................................111 Каковы условия внутри черных дыр?..........................................................................................................................................................................................111 Сколько измерений присуще Вселенной и можно ли создать «теорию всего сущего»? ......................................................................................................112 Возможно ли путешествие во времени?......................................................................................................................................................................................112 Удастся ли обнаружить гравитационные волны? ......................................................................................................................................................................112 Каково время жизни протона?......................................................................................................................................................................................................112 Возможны ли сверхпроводники при высокой температуре?....................................................................................................................................................112 Проблемы химии............................................................................................................................................................................. 113 Как состав молекулы определяет ее облик? ...............................................................................................................................................................................113 Каковы химические процессы при раке? ....................................................................................................................................................................................113 Как молекулы обеспечивают связь в живых клетках?...............................................................................................................................................................113 Где на молекулярном уровне задается старение клетки?..........................................................................................................................................................113 Проблемы биологии........................................................................................................................................................................ 113 Как развивается целый организм из одной оплодотворенной яйцеклетки? ...........................................................................................................................113 Что вызывает массовые вымирания?...........................................................................................................................................................................................113 Динозавры были теплокровными или холоднокровными животными? .................................................................................................................................113 Что лежит в основе человеческого сознания? ............................................................................................................................................................................114 Проблемы геологии ........................................................................................................................................................................ 114 Что вызывает большие перемены в климате Земли наподобие повсеместного потепления и ледниковых периодов? ....................................................114 Можно ли предсказывать извержения вулканов или землетрясения?.....................................................................................................................................114 Что происходит в земном ядре? ...................................................................................................................................................................................................114 Проблемы астрономии ................................................................................................................................................................... 115 Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 6 Одиноки ли мы во Вселенной?.....................................................................................................................................................................................................115 Как эволюционируют галактики? ................................................................................................................................................................................................115 Распространены ли сходные с Землей планеты?........................................................................................................................................................................115 Каков источник всплесков γ-излучения? ....................................................................................................................................................................................115 Почему Плутон столь разительно непохож на все прочие планеты? ......................................................................................................................................115 Каков возраст Вселенной? ............................................................................................................................................................................................................115 Существуют ли множественные вселенные?..............................................................................................................................................................................116 Когда Земле предстоит очередная встреча с астероидом?........................................................................................................................................................116 За более подробными сведениями обращайтесь на узлы Всемирной Паутины:........................................................... 117 Что было до «большого взрыва»? ................................................................................................................................................................................................117 Список идей ..................................................................................................................................................... 118 1. Антивещество.............................................................................................................................................................................. 118 Рис. I.1. Основные частицы........................................................................................................................................ 118 2. Ускорители .................................................................................................................................................................................. 119 Рис. I.2. Эрнест Лоуренс с макетом циклотрона ...................................................................................................... 120 Узлы Всемирной Паутины: ................................................................................................................................................ 121 3. Фермионы и бозоны.................................................................................................................................................................... 121 4. Внеземная жизнь......................................................................................................................................................................... 121 5. Аминокислоты............................................................................................................................................................................. 125 Рис. I.3. Молекулярное строение аминокислоты ..................................................................................................... 125 6. Построение модели ДНК............................................................................................................................................................ 126 Рис. I.4. Модель ДНК, которую держат в руках Рей, Мелисса и Тим Ноу (внуки А. У. Уиггинза).................... 127 7. Кодоны......................................................................................................................................................................................... 127 8. Укладка белков............................................................................................................................................................................ 128 9. Генетические технологии........................................................................................................................................................... 130 природа теломер.............................................................................................................................................................. 131 10. Парниковые газы....................................................................................................................................................................... 132 Рис. I.5. Взаимодействие излучения с Землей .......................................................................................................... 132 Изменения температуры у поверхности Земли ................................................................................................................................................ 134 Рис. I.6. Средняя температура у поверхности Земли ............................................................................................... 134 Содержание в атмосфере трех широко распространенных парниковых газов.............................................................................................. 135 Рис. I.7. Содержание в атмосфере парниковых газов .............................................................................................. 135 11. Земля: история недр.................................................................................................................................................................. 136 Кора — внешняя оболочка. ............................................................................................................................................ 136 Мантия — следующая оболочка. .................................................................................................................................. 136 Рис. I.8. Строение Земли............................................................................................................................................. 136 Следующие узлы Всемирной Паутины содержат свежую информацию и прекрасные иллюстративные материалы: .............................................................................................................................................................................................. 137 12. Теория хаоса .............................................................................................................................................................................. 137 Гастон Морис Жулиа ...................................................................................................................................................... 137 Бенуа Мандельброт......................................................................................................................................................... 137 Рис. I.9. Множество Мандельброта ........................................................................................................................... 138 13. Предсказание землетрясении................................................................................................................................................... 138 Рис. I.10. Зоны землетрясений ................................................................................................................................... 139 За подробностями обращайтесь на сайт Всемирной Паутины: ...................................................................................... 139 14. Составление звездных каталогов............................................................................................................................................. 140 Примечания..................................................................................................................................................... 142 За более подробными сведениями обращайтесь на узел Всемирной Паутины............................................................. 142 15. Труды Эйнштейна: помимо теории относительности ........................................................................................................... 142 «Новое определение размеров молекул» ...................................................................................................................... 143 «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты» .......................................................................................................................................................................... 143 Статья «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света».................... 143 «К электродинамике движущихся сред» ...................................................................................................................... 144 «Зависит ли инерция тела от содержащейся в нем энергии»...................................................................................... 144 16. «Большой взрыв» ...................................................................................................................................................................... 145 Источники для углубленного изучения ..................................................................................................... 146 Источники общего характера......................................................................................................................................................... 146 Книги ................................................................................................................................................................................................................... 146 Периодические издания.................................................................................................................................................. 146 Глава 1. Видение науки ...................................................................................................................................................... 146 Книги................................................................................................................................................................................ 146 Глава 2. Физика. Почему одни частицы обладают массой, а другие нет?..................................................................... 146 Книги................................................................................................................................................................................ 146 Периодические издания.................................................................................................................................................. 146 Узлы Всемирной Паутины ............................................................................................................................................. 146 CERN (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire) — узел Европейской организации по ядерным исследованиям: ................................................................................................ 146 Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 7 Проект обучения современной физике (Contemporary Physics Education Project):........ 146 Узел Национальной лаборатории высокоэнергетических исследований имени Энрико Ферми (Fermilab, Fermi National Accelerator Laboratory — FNAL) в Батавии, штат Иллинойс:.............................................................................................................................. 146 Хиггсовы поля: ..................................................................................................................... 146 Хиггс:..................................................................................................................................... 146 Физика высоких энергий в лаб. Ферми (Fermilab):........................................................... 146 Охота за высшими измерениями (Hunting for Higher Dimensions // Science News Online. 2000. № 19. Febr.): ................................................................................................................ 146 Путеводитель для любителя по М-теории («A Layman's Guide to M-Theory»), автор М. J. Duff: ....................................................................................................................................... 147 Узел «Приключения частиц» (Particle Adventure):............................................................ 147 Совет по исследованию в области физики частиц и астрономии (Particle Physics and Astronomy Research Council): .............................................................................................. 147 Квантовая теория поля:........................................................................................................ 147 Узел Стэнфордского центра линейного ускорителя (Stanford Linear Accelerator Center): ................................................................................................................................................ 147 Глава 3. Химия. Какого рода химические реакции подтолкнули атомы к образованию первых живых существ?... 147 Книги................................................................................................................................................................................ 147 Периодические издания.................................................................................................................................................. 147 Узлы Всемирной Паутины ............................................................................................................................................. 147 Archaea:.................................................................................................................................. 147 Начало жизни на Земле:....................................................................................................... 147 Life in the right universe: ....................................................................................................... 147 Происхождение жизни:........................................................................................................ 147 Происхождение жизни на Земле, автор Leslie Orgel: ....................................................... 147 Премия «Происхождение жизни» (Origin of Life prize): .................................................. 147 Происхождение и становление жизни: .............................................................................. 147 Взгляды Викрамасинхга (Wickramasinghe) и Хойла (Hoyle) на происхождение жизни: ................................................................................................................................................ 147 Глава 4. Биология. Каково строение и предназначение протеома?................................................................................ 147 Книги................................................................................................................................................................................ 147 Узлы Всемирной Паутины ............................................................................................................................................. 147 Прикладная молекулярная генетика:.................................................................................. 147 Биочипы:................................................................................................................................ 148 Электрофорез в геле:............................................................................................................ 148 Генетический код: ................................................................................................................ 148 «Бросовая» ДНК, или как?: ................................................................................................. 148 Заметки о молекулярной биологии:.................................................................................... 148 Молекулярная генетика: ...................................................................................................... 148 Глава 5. Геология. Возможен ли точный долговременный прогноз погоды? ............................................................... 148 Периодические издания.................................................................................................................................................. 148 Узлы Всемирной Паутины ............................................................................................................................................. 148 Лед на Луне:.......................................................................................................................... 148 Возникновение воды на Земле: ........................................................................................... 148 Моделирование предсказания погоды на персональном компьютере :.......................... 148 Запуск зонда Venera на Венеру:.......................................................................................... 148 Глава 6. Астрономия. Почему Вселенная расширяется со все большей скоростью? ................................................... 148 Книги................................................................................................................................................................................ 148 Периодические издания.................................................................................................................................................. 148 Узлы Всемирной Паутины ............................................................................................................................................. 148 Ускорение Вселенной: ......................................................................................................... 148 Астрономические сайты: ..................................................................................................... 148 Биография Фридриха Бесселя (Bessel):.............................................................................. 148 Дополнительные сведения о «большом взрыве»: ............................................................. 149 Теория «большого взрыва»: ................................................................................................ 149 Космологическая постоянная и темная материя:.............................................................. 149 Темная энергия в ускоряющейся Вселенной:.................................................................... 149 Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 8 Dark energy resource book:.................................................................................................... 149 Темная материя и темная энергия: ..................................................................................... 149 High Z Supernova Project: ..................................................................................................... 149 Проект «Микроволновая анизотропия»:............................................................................ 149 М-теория:............................................................................................................................... 149 Космический телескоп нового поколения (Next Generation Space Telescope): .............. 149 Представление зонда по измерению ускорения сверхновой звезды:.............................. 149 Сайты по теоретической космологии:................................................................................ 149 Список проблем .................................................................................................................................................................. 149 Книги................................................................................................................................................................................ 149 Периодические издания.................................................................................................................................................. 149 Узлы Всем ирной Паутины ............................................................................................................................................ 149 Оглавление ...................................................................................................................................................... 151 Sl=дополнения ................................................................................................................................................. 151 www.................................................................................................................................................................................................. 151 Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 9 Предисловие Мы, люди, ютимся на обломке скалы под названием «планета», обращающейся вокруг ядерного реактора под названием «звезда», которая входит в огромное собрание звезд под названием «Галактика», а та в свою очередь — часть скоплений галактик, составляющих Вселенную. Наше состояние, именуемое нами жизнью, присуще множеству иных организмов на этой планете, но, похоже, мы одни обладаем орудием ума для постижения Вселенной и всего, чем она располагает. Свои усилия по выяснению природы Вселенной мы подводим под понятие науки. Такое понимание дается нелегко, и путь к нему долог. Однако успехи налицо. Данная книга поведает читателю о крупнейших нерешенных проблемах науки, над которыми работают сегодня ученые. При всем изобилии экспериментальных данных их оказывается недостаточно, чтобы подтвердить ту или иную гипотезу. Мы рассмотрим события и открытия, приведшие к этим проблемам, а затем ознакомим вас с тем, как сегодня их пытаются решить ученые, находящиеся на переднем крае науки. Сидни Харрис, лучший американский иллюстратор научных изданий, оживит наши рассуждения присущим его рисункам юмором, не только поясняя затрагиваемые идеи, но и высвечивая их совершенно по-новому. Мы обсуждаем здесь также нерешенные проблемы в основных отраслях естествознания, руководствуясь в своем выборе степенью их значимости, трудности, широты охвата и масштабом последствий. Наряду с ними мы включили в книгу краткий обзор и некоторых других проблем в каждой из 5 затронутых отраслей знания, а также «Список идей», где читатель найдет дополнительные сведения о подоплеке некоторых нерешенных проблем. Наконец, мы привели «Источники для углубленного изучения», где перечислены информационные ресурсы, призванные помочь больше узнать о заинтересовавших вас предметах. Особой благодарности заслуживают Кейт Бредфорд, старший редактор издательства Wiley, первый подавший мысль о такой книге, и наш литературный агент Луиза Кетц за ее неизменные слова поддержки. 6 |