7 grandes misterios sin resolver de la ciencia. Bashny.Net

En los últimos dos siglos, la ciencia ha contestado muchas preguntas acerca de la naturaleza y las leyes a las que está sujeta. Hemos sido capaces de explorar las galaxias y los átomos que componen la materia. Hemos construido una máquina que puede contar y resolver los problemas están más allá de la decisión de la persona. Decidimos centenarios problemas matemáticos y creamos una teoría que dio nuevos problemas de matemáticas. Este artículo no se trata de esos logros. Este artículo trata sobre los problemas de la ciencia, que todavía ven obligados a los científicos miran cuidadosamente rascándose la cabeza con la esperanza de que algún día estas preguntas llevarán a gritos de "¡Eureka!».



Turbulencia
Turbulencia - la palabra no es nueva. Usted sabe que como una palabra que describe la agitación repentina durante el vuelo. Sin embargo, la turbulencia en la mecánica de fluidos - un asunto completamente diferente. Turbulencia vuelo, técnicamente llamada "turbulencia del aire claro" se produce cuando dos cuerpos de aire que se mueve a diferentes velocidades. Los físicos, sin embargo, difícil de explicar este fenómeno de la turbulencia en los fluidos. Los matemáticos tienen pesadillas con él.

La turbulencia en los fluidos nos rodea por todas partes. Una corriente que fluye del grifo, partícula totalmente caótica se desintegra en un líquido, que no sea una sola corriente que obtenemos cuando abrimos el grifo. Este es uno de los ejemplos clásicos de la turbulencia, que se utiliza para explicar el fenómeno de los alumnos y estudiantes. La turbulencia es común en la naturaleza, que se puede encontrar en una variedad de corrientes oceánicas y geofísicos. También es importante para los ingenieros, ya que a menudo nacen en corrientes a través de los álabes de la turbina, aletas y otros elementos. La turbulencia se caracteriza por las fluctuaciones aleatorias en las variables tales como la velocidad y la presión.

Mientras que sobre el tema de las turbulencias han habido muchos experimentos y ha recibido una gran cantidad de datos empíricos, todavía estamos lejos de convencer a la teoría sobre las causas de la turbulencia en el líquido, ya que se controla y que organiza el caos. La solución del problema se complica por el hecho de que las ecuaciones que describen el movimiento del fluido - ecuaciones de Navier-Stokes - muy difícil de analizar. Los científicos han recurrido a técnicas de computación de alto rendimiento, junto con experimentos y simplificaciones teóricas en el proceso de estudiar el fenómeno, pero una teoría completa de la turbulencia, no, no. Por lo tanto, la turbulencia del fluido sigue siendo uno de los problemas no resueltos más importantes de la física actual. Premio Nobel Richard Feynman lo llamó "los problemas no resueltos más importantes de la física clásica." Cuando un físico cuántico Werner Heisenberg se le preguntó si él se presentó ante Dios y tuvo la oportunidad de preguntarle sobre cualquier cosa, ¿qué sería, un físico respondió: "Yo le pregunto a dos preguntas. ¿Por qué la relatividad? ¿Y por qué la turbulencia? Creo que la primera pregunta que sin duda será la respuesta ».

Digit.in Recurso tuvo la oportunidad de hablar con el profesor Roddamom Narasimha y esto es lo que dijo:

"Hasta la fecha, no somos capaces de predecir los flujos turbulentos sencillos sin tener que recurrir a los datos experimentales sobre la corriente. Por ejemplo, actualmente es imposible predecir la pérdida de presión en la tubería con un flujo turbulento, sino a través de un uso inteligente de los datos obtenidos en los experimentos, se conoce. El problema principal es que nos interesa el problema de los flujos turbulentos son casi siempre en el más alto grado de no linealidad, y matemáticas, lo que ha logrado hacer frente a un problema tan extremadamente no lineales, al parecer, no existe. Entre los muchos físicos habían sido durante mucho tiempo la creencia común de que cuando el tema aparece en su nueva edición, de alguna manera, como por arte de magia, necesaria para resolver matemáticas de repente aparece ya inventado. El problema de la turbulencia demuestra la excepción a esta regla. Las leyes que rigen el problema es bien conocido y para líquidos simples bajo presión normalmente no está encerrado en la ecuación de Navier-Stokes. Pero las soluciones son desconocidos. La corriente de matemáticas ineficaces para resolver el problema de la turbulencia. Como Richard Feynman, la turbulencia sigue siendo los mayores problemas no resueltos de la física clásica ».

La importancia de estudiar la turbulencia ha dado lugar a una nueva generación de técnicas computacionales. La decisión, al menos aproximada, la teoría de la turbulencia permitirá la ciencia para tomar mejores pronósticos del tiempo, el diseño de los coches y los aviones de bajo consumo, y comprender mejor los diversos fenómenos naturales.

Origen de la Vida

Siempre hemos estado obsesionados con el estudio de la posible existencia de vida en otros planetas, pero no es un tema que preocupa a los científicos sobre cómo apareció la vida en la Tierra? Aunque la respuesta a esta pregunta no traerá mucha utilidad práctica, el camino hacia la respuesta puede conducir a varios descubrimientos interesantes en el campo de la microbiología de la astrofísica.

Los científicos creen que la clave para entender el origen de la vida puede ser en el esclarecimiento de los dos rasgos característicos de la vida - la reproducción y la transmisión genética - apareció en forma de procesos en las moléculas, que han recibido la capacidad de replicarse. Esto condujo a la formación de la llamada teoría de la "sopa primordial", según la cual la Tierra joven apareció misteriosamente mezcla, una especie de sopa de moléculas, que está saturado con la energía del sol y de los rayos. Durante mucho tiempo, estas moléculas deben se han combinado en las estructuras orgánicas más complejas que consisten vida. Esta teoría tiene algo de apoyo en el famoso experimento de Miller, Uri, cuando dos científicos crearon un aminoácido que fluye cargas eléctricas a través de una mezcla de elementos simples de metano, amoníaco, agua e hidrógeno. Sin embargo, el descubrimiento del ADN y el ARN se suavizó el entusiasmo inicial, porque parece imposible que una estructura tan elegante, como el ADN, puede desarrollarse a partir de una sopa primitiva de los productos químicos.

Hay una tendencia que sugiere que el mundo era joven mundo en lugar de ARN que el mundo de ADN. ARN, como se vio después, tiene la capacidad de acelerar la reacción, permaneciendo sin cambios, y almacenar material genético con la capacidad de reproducirse. Pero llamar a la ARN vida replicador original en lugar de ADN, los científicos han encontrado evidencia de elementos que podrían formar los nucleótidos - los bloques de construcción de las moléculas de ARN. El hecho de que los nucleótidos extremadamente difíciles de producir, incluso bajo condiciones de laboratorio. Sopa primordial parece incapaz de el producto de estas moléculas. Esta conclusión llevó a la otra escuela de pensamiento que cree que las moléculas orgánicas presentes en la vida primitiva, tienen un origen extraterrestre, y se entregaron a la Tierra desde el espacio exterior en los meteoritos, lo que llevó al desarrollo de la teoría de la panspermia. Otra posible explicación es la teoría del "mundo de hierro-azufre", que afirma que la vida en la Tierra se formó en aguas profundas, que salió de las reacciones químicas que ocurren en agua caliente a alta presión se encuentra cerca de respiraderos hidrotermales.

Es de destacar que, incluso después de 200 años de industrialización, todavía no saben en la Tierra hizo la vida. Sin embargo, el interés en este problema es siempre un buen nivel de temperatura.

Proteína
plegado
Viaja a los palacios de la memoria nos llevará a una química de la escuela o la física lecciones que todos amamos tanto (bueno, casi todos), en la que explicó que las proteínas - son moléculas muy importantes y ladrillos de la vida. Las moléculas de proteínas compuestas de secuencias de aminoácidos que afectan a la estructura y, a su vez, determinar la actividad específica de la proteína. La forma en que se coloca la proteína y toma la estructura espacial nativa único es un viejo misterio en la ciencia. Revista Ciencia llamó una vez el plegamiento de proteínas uno de los grandes problemas no resueltos de la ciencia. El problema es, en esencia, consiste en tres partes: 1) cómo la proteína se convierte en su estructura nativa final? 2) ¿Podemos llevar algoritmo computacional para predecir la estructura de la proteína de la secuencia de sus aminoácidos? 3) Dado el gran número de posibles conformaciones, la proteína se coloca tan rápidamente? Durante las últimas décadas en los tres frentes se ha hecho un progreso considerable, sin embargo, los científicos aún no descifrados totalmente los mecanismos que conducen y principios ocultos plegamiento de proteínas.

El proceso de plegado implica un gran número de fuerzas e interacciones que permite que la proteína para alcanzar el estado de la energía más bajo posible que le da estabilidad. Debido a la alta complejidad y gran número de campos de fuerza involucrada, es difícil de entender la física exacta del proceso de plegamiento de proteínas pequeño. El problema de tratar de resolver la predicción de estructura en combinación con la física y potentes ordenadores. Aunque un pequeño y relativamente simples proteínas ha sido un éxito, los científicos todavía están tratando de predecir con precisión la forma de plegado de proteínas multidominio complejas en su secuencia de aminoácidos.

Para entender el proceso, imagine que usted está en la encrucijada de miles de caminos que conducen en la misma dirección, y usted tiene que elegir un camino que le llevará a su destino en el menor tiempo. Exactamente el mismo problema, pero más grande radica en el mecanismo cinético de plegamiento de proteínas en un estado particular posible. Se ha encontrado que el movimiento térmico aleatorio de jugar un papel importante en la naturaleza rápida del plegamiento de la proteína y que "moscas" a través de la conformación a nivel local, evitando la estructura desfavorable, pero la ruta física está abierto a la pregunta - y su solución puede conducir a algoritmos de predicción de estructura más proteína rápida <. br />
El problema del plegamiento de proteínas sigue siendo un tema candente en los estudios bioquímicos y biofísicos de la modernidad. Física y algoritmos computacionales desarrollados para el plegamiento de proteínas, llevado al desarrollo de nuevos materiales poliméricos sintéticos. Además de contribuir al crecimiento de la informática científica, el problema ha llevado a una mejor comprensión de las enfermedades como la diabetes de tipo II, enfermedad de Alzheimer, Parkinson y Huntington - en estos trastornos plegamiento incorrecto de las proteínas juega un papel importante. Una mejor comprensión de la física de plegamiento de proteínas no sólo puede conducir a avances en la ciencia de los materiales y la biología, sino también una revolución en la medicina.

La teoría cuántica de la gravedad
Ciencia

Todos sabemos de la manzana que cayó sobre la cabeza de Newton y llevó al descubrimiento de la gravedad. Decir que después de que el mundo ha dejado de ser el mismo - por no decir nada. Luego vino Albert Einstein con su teoría de la relatividad general. De nuevo miró a la gravedad y la curvatura del tejido del espacio-tiempo que compone el universo. Imagine una bola pesada acostado en una cama y una pequeña bola, que está cerca. Una fuerte presión sobre la bola de la hoja, doblarla, y una pequeña bola rueda hacia la primera bola. Teoría de la gravedad de Einstein está trabajando con inteligencia e incluso explica la curvatura de la luz. Sin embargo, cuando se trata de partículas subatómicas que el trabajo se debe a las leyes de la mecánica cuántica, la relatividad general da lugar a extraños resultados. El desarrollo de la teoría de la gravedad, que puede unir a la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad, las dos teorías más exitosas del siglo 20, es de las tareas de investigación científica más grandes.

Este problema ha dado lugar a un nuevo e interesante campo de la física y las matemáticas. La mayoría de la atención fue atraída por la llamada teoría de cuerdas. La teoría de cuerdas reemplaza el concepto de diminutas cuerdas vibrantes de partículas, que pueden tomar muchas formas. Cada cuerda puede vibrar de una manera determinada, que le da una masa definida y vuelta. La teoría de cuerdas es increíblemente compleja y matemáticamente dispuestos en diez dimensiones de espacio-tiempo - seis más que solíamos pensar. Esta teoría explica con éxito una gran cantidad de extraño matrimonio de la gravedad con la mecánica cuántica, y en un tiempo fue un candidato para la teoría estable "de todo».

Otra teoría, la formulación de la gravedad cuántica, llamada gravedad cuántica de bucles. PKG relativamente menos ambicioso y pretende ser, ante todo, la auto-teoría de la gravitación no se está preparando para atacar a la gran unificación. SL es el espacio-tiempo como un tejido formado por diminutos bucles, de ahí el nombre. A diferencia de la teoría de cuerdas, SL agrega dimensiones extra.

Aunque ambas teorías tienen sus pros y sus contras, la teoría de la gravedad cuántica, sigue siendo una cuestión abierta, ya que ninguna de las teorías se ha demostrado experimentalmente. La verificación experimental y la confirmación de cualquiera de la teoría anterior es un problema gigantesco de la física experimental.

La teoría de la gravedad cuántica es efecto apenas perceptible adquieren un impulso en nuestra vida diaria, sin embargo, de ser descubierto y probado, será un poderoso indicio de que estamos muy avanzados en ciencia y podemos movernos en la dirección de la física de los agujeros negros, viaje en el tiempo y los agujeros de gusano.

El
hipótesis de Riemann
En una entrevista con el famoso teórico número Terence Tao llama primos elementos atómicos de la teoría de números, bastantes características convincentes. Sólo hay dos primos divisores 1 y el propio número, y por lo tanto son los números de los elementos más simples del mundo. Primes también son extremadamente inestables y no se ajusta a los patrones. Un gran número (el producto de dos números primos) se utiliza para cifrar millón de transacciones seguras en línea. Un simple factorización de un número tan tomaría una eternidad. Sin embargo, si de alguna manera nos aferramos al azar a primera vista, la naturaleza de los números primos y entender mejor su trabajo, nos acercamos a algo grande y literalmente hackeado Internet. La solución de la hipótesis de Riemann puede llevarnos diez pasos más cerca de la comprensión de los números primos y tendrá graves consecuencias en las estructuras bancarias, comerciales y de seguridad.

Como ya se ha mencionado, los números primos son conocidos por su comportamiento desafiante. En 1859, Bernhard Riemann encontró que el número de números primos que no exceda de x, - función de la distribución de los números primos, denotado por pi (x) - expresada en términos de la distribución de la llamada función zeta "ceros no triviales". Solución Riemann asociada a la función zeta asociada distribución y los puntos de la línea de números enteros para los que la función es 0. La hipótesis asociada a un conjunto particular de estos píxeles, "ceros triviales" que se cree que se encuentran en el enlace crítico: todos zeta no trivial cero función tiene una parte real igual a ½. Esta hipótesis se confirma más de mil millones de ceros y puede revelar el secreto que envuelve a la distribución de los números primos.

Cada matemático sabe que la hipótesis de Riemann es uno de los mayores misterios sin respuesta. Su solución no sólo afectará a la ciencia y la sociedad, sino que también garantiza el premio soluciones autor de un millón de dólares. Este es uno de los siete grandes misterios del milenio. Los intentos para probar la hipótesis de Riemann eran muchísimos, pero no tuvieron éxito.

Lidiando mecanismos tardígrados

Tardígrados - una clase de microorganismos, que son bastante comunes en la naturaleza, en todos los climas y en todas las altitudes nuestros siete continentes. Pero esto no es microorganismos comunes: tienen extraordinaria capacidad para sobrevivir. Tomemos, por lo que es los primeros organismos vivos que pueden sobrevivir a un peligroso vacío del espacio. Pocas tardígrados entraron en órbita un cohete "Foton-M3", fueron expuestos a todo tipo de radiación espacial y regresaron casi indemne.

Estos organismos no sólo son capaces de sobrevivir en el espacio, pero también pueden soportar una temperatura justo por encima del cero absoluto, y la ebullición del agua. También toleran tranquilamente la presión de la Fosa de las Marianas, el crack de 11 kilómetros en el Océano Pacífico.

Estudios reducen algunas habilidades increíbles para criptobiosis tardígrados, anhidrobiosis (secado) - una condición en la que la actividad metabólica se ralentiza enormemente. El secado permite esencialmente pierda agua y prácticamente detener metabolismo. Con el acceso al agua, Tardigrada restaura su estado original, y sigue viviendo como si nada pasara. Esta capacidad le ayuda a sobrevivir en el desierto y la sequía, pero este "pequeño oso de agua" se las arregla para sobrevivir en el espacio, o en temperaturas extremas?