7 Найвеличніші нерозчинні таємниці науки

За останні два століття наука відповіла багато питань про природу і закони, які вона обійми. Ми змогли вивчити галактики і атоми, які складають справу. Ми будуємо машини, які можуть розраховувати і вирішувати проблеми, які люди не можуть вирішувати. Ми вирішили вікові математичні проблеми і створили теорії, які давали математики нові проблеми. Ця стаття не про ці досягнення. Про проблеми науки, які ще викликають вчені для пошуку та життєздатності подряпини голову в надії, що деякі ці питання призведе до крі “Еурека!”


Турбулентність

Турбулент не є новим словом. Ви знаєте, що це слово, яке описує раптове погодження під час польоту. Однак турбулентність в механіках рідини є абсолютно різною речовиною. Політ турбулентності, технічно називається прозорою турбулентністю, виникає, коли дві повітряні органи зустрічаються на різних швидкостях. Фізіки, однак, мають труднощі, що пояснює це явище турбулентності в рідинах. Математики мають кошмари про неї.

Турбулент в рідинах оточує нас всюди. струменя, що витікає з крану, повністю розбивається на хаотичні рідкі частинки, відрізняються від одного потоку, ми отримуємо при відкритті крану. Це один з класичних прикладів турбулентності, який використовується для пояснення явища школярів і студентів. Турбулент поширений в природі, його можна знайти в різних геофізичних і океанських струмах. Також важливо для інженерів, які часто генеруються в потоках над турбінними лопатями, клаптями та іншими елементами. Турбулентність характеризується випадковими коливаннями в змінних, таких як швидкість і тиск.

В той час як було багато експериментів і емпіричних доказів на тему турбулентності, ми все ще далеко від теорії переконливих про те, що саме викликає турбулентність в рідині, як він керується, і що саме організує цей хаос. Вирішення проблеми ускладнюється тим, що рівняння, які визначають рух рідини - рівняння Navier-Stokes - дуже важко аналізувати. Вчені вдаються до високопродуктивних обчислювальних методів, поряд з експериментами і теоретичними спрощеннями, але не існує повної теорії турбулентності. Таким чином, турбулентність рідини залишається одним з найважливіших нерозчинених проблем фізики сьогодні. Роман Фейнман назвав його «найбільш важливою нерозчинною проблемою класичної фізики». Коли квантова фізика Werner Heisenberg запитала, якщо він буде стояти перед Богом і зможе попросити його на будь-який, фізик відповів: "Я запитав його два питання". Чому релятивність? І чому турбулентність? Я думаю, що він обов'язково повинен відповісти на перше питання. й

Опитування. У програмі взяли участь:

«На сьогоднішній день ми не можемо прогнозувати найпростіші турбулентні витрати, не дивлячись на експериментальні дані про потік себе». Наприклад, в даний час неможливо передбачити втрату тиску в турбулентної труби потоку, але завдяки розумному використанню даних, отриманих в експериментах, стає відомою. Основна проблема полягає в тому, що проблеми турбулентних потоків, які ми зацікавлені в майже завжди високо нелінійних, і, здається, не є математикою, яка може впоратися з такими надзвичайно нелінійними проблемами. Довгий час був поширеною вірою серед багатьох фізиків, які коли нова проблема надходить в свою тему, якось, як ніби магією, математик, необхідний для вирішення це раптом придуманий. Проблема турбулентності показує виключення цього правила. Закони, що регулюють проблему, добре відомі і для простих рідин не під тиском в нормальних умовах, укладених в рівняннях Navier-Stokes. Але рішення залишаються невідомими. Сучасна математика неефективна у вирішенні проблеми турбулентності. Як Річард Фейнман сказав, що турбулентність залишається найбільшою проблемою класичної фізики.

Важливість вивчення турбулентності засвідчує нове покоління обчислювальних методик. Розчин до теорії турбулентності дозволить науці краще прогнозувати погодні прогнози, розробити енергоефективні автомобілі і літаки, краще зрозуміти різні природні явища.

Походження життя

Ми завжди були захоплені дослідженням можливості життя на інших планетах, але є одне питання вчених більш стурбовані: Як прийшов життя на Землю? Під час відповіді на це питання не буде багато практичного використання, шлях відповісти на це може призвести до низки цікавих відкриттів полів, починаючи від мікробіології до астрофізики.

Вчені вважають, що ключ до розуміння походження життя може бути дізнатися, як два характерні риси життя – розмноження і генетична передача – з'явилися як процеси в молекулах, які здобули можливість реплікувати. Це призвело до утворення так званої теорії «примордіальний суп», за якою суміш з'явився на молодому Землі, своєрідний суп молекул, який насичений енергією сонця і блискавкою. Згодом ці молекули повинні утворюватися в більш складні органічні структури, які складають життя. Ця теорія отримала часткову підтримку під час відомого експерименту Miller-Uri, коли два вчені створили амінокислоту шляхом проходження електричних зарядів через суміш простих елементів з метану, аміаку, води та водню. Проте відкриття ДНК і РНК загартував початкове хвилювання, так як здається неможливо, що така витончена структура ДНК може розвиватися з примітивного супу хімічних речовин.

РНК світу, ніж у світі ДНК. РНК, як виявилося, має можливість прискорювати реакції при збереженні, зберігаючи генетичний матеріал разом з можливістю відтворення. Але викликати РНК оригінальний реплікатор життя замість ДНК, вчені повинні знайти докази елементів, які можуть утворюватися нуклеотиди — будівельні блоки молекул РНК. Нуклеотиди дуже складно виготовляти, навіть при лабораторних умовах. Первинний суп здається нездатним у виробництві цих молекул. Цей висновок призвело до іншої школи думки, що вважає, що органічні молекули, присутні в примітивному житті, є позаземного походження і були привезені до Землі з космосу, метаeorites, що призвело до розвитку теорії панспермії. Ще одним можливим поясненням є теорія «ірон-сульфурний світ», яка стверджує, що життя на Землі утворюється глибоко під водою, з'являються з хімічних реакцій, які виникають у високотемпературній гарячій воді, що міститься поблизу гідротермічних вентиляцій.

Навіть після 200 років індустріалізації ми досі не знаємо, як життя прийшла до Землі. Однак інтерес до цього завдання завжди залишається на хорошому рівні температури.

білковий склад

Подорож до залів пам'яті візьміть нас на хімію або фізичну класи, яку ми любили (навіть, майже всі), де ми навчили, що білки мають вирішальні молекули і будівельні блоки життя. молекули білка складаються з послідовностей амінокислот, які впливають на їх структуру і, в свою чергу, визначають специфічну активність білка. Як білок вписується і приймає унікальну рідну просторову структуру залишається старою таємницею в науці. Наука колись назвала білок одним з найбільш нерозчинних проблем науки. Проблема в основному три рази: (1) як білок переростає в свою остаточну рідну структуру? 2) ми можемо занурювати обчислювальний алгоритм для прогнозування структури білка з послідовності його амінокислот? (3) З огляду на велику кількість можливих конформацій, як робить білок придатним так швидко? Значний прогрес був проведений на всіх трьох фронтах протягом останніх кількох десятиліть, але вчені ще повністю дешифрують основні механізми та приховані принципи складання білків.

Складаний процес передбачає велику кількість сил і взаємодій, які дозволяють протеїн досягти найнижчої можливої енергії, що дає їй стійкість. Завдяки великій складності структури і великій кількості залучених силових полів досить складно зрозуміти точну фізику складного процесу невеликих білків. Вирішена проблема прогнозування структури в поєднанні з фізикою та потужними комп'ютерами. Хоча деякі успіхи були досягнуті з невеликими і відносно простими білками, вчені все ще намагаються точно прогнозувати складну форму складних багатодоменевих білків за допомогою їх амінокислотної послідовності.

Щоб зрозуміти процес, уявіть, що ви перебуваєте на перехрестях тисяч доріг, які ведуть в одному напрямку, і вам необхідно вибрати шлях, який призведе до мети в найменший час. Точно так само, тільки більша проблема лежить в кінетичний механізм складання білка в певну стан. Виявлено, що випадкові теплові рухи відіграють велику роль у швидкому характері складки і що білок «крилок» через конформації локально, уникаючи несприятливих структур, але фізичний шлях залишається відкритим питанням – і його розчин може призвести до більш швидкого алгоритму прогнозування структури білка.

Проблема складання білків залишається гарячою темою в біохімічній та біофізичному дослідженні нашого часу. Фізика та обчислювальні алгоритми, розроблені для складання білків, призвели до розробки нових штучних полімерних матеріалів. На додаток до зростання наукових обчислень, проблема призвела до кращого розуміння захворювань, таких як цукровий діабет типу II, Альцгеймер, Паркінсон і Мисливець – в цих порушеннях, неналежне складання білків відіграє важливу роль. Краще розуміння фізики білків, що складається, може не тільки привести до проривів в матеріалах науки і біології, але і революції медицини.

Квантова теорія тяжіння
Наука

Ми всі знаємо про яблука, яка потрапила на голову Ньютона і призвело до відкриття ваги. Про те, що після того, як світ перестав бути таким же, щоб сказати нічого. Тоді прийшов Альберт Ейнштейн з його загальної теорії релятивності. Він взяв свіжий погляд на тяжіння і викривлення простору, тканина, яка робить всесвіт. Уявіть важку кульку, що лежачи на ліжку і невелику кульку, що лежить поруч. Важкий бал пресує на аркуші, вимівляючи його, і невеликий кулькові рулони до першого кульки. Теорія Ейнштейна гравітації працює шикарно і навіть пояснює викривлення світла. Однак, коли мова йде про субатомічні частинки, операція яких пояснюється законами квантової механіки, загальна релатність виробляє досить дивні результати. Розвивається теорія тяжіння, яка поєднує квантові механіки та релятивність, дві з найуспішніших теорій ХХ століття, залишається основним дослідницьким завданням.

У цій задачі пропоновані нові та цікаві поля фізики та математики. Найбільша увага привертала так звану теорію рядка. Струвальна теорія замінює поняття частинок з крихітними вібруючими рядками, які можуть приймати на різних формах. Кожен рядок може в'язувати в певному вигляді, що дає йому певну масу і хребта. Теоретично-математивно розташовано в десятих розмірах космічного часу — на шість більше, ніж ми звикли думати. Ця теорія успішно роз’яснювала багато непарних якостей шлюбу з квантовою механікою і одночасно стала стабільним кандидатом на посаду «теорія всього».

Ще одна теоретична формула квантової тяжіння називається петлями квантової тяжіння. PCG є відносно менш амбітним і намагається бути, перш за все, впевнена теорія ваги, не маючи на меті грандіозне об'єднання. PCG являє собою робочий час, як тканина, утворена крихітними петлями, звідси ім'я. На відміну від теорії рядків, PCG не додає додаткових розмірів.

Незважаючи на те, що обидві теорії мають свої плюси і мінуси, теорія квантової ваги залишається незахищеним питанням, оскільки теорія не доведена експериментально. Експериментальна перевірка та підтвердження будь-якої з вищезазначених теорій залишається гігантською проблемою в експериментальній фізики.

Теорія квантової тяжіння малоймовірно володіє значущим ефектом в нашому повсякденному житті, але якщо виявлений і перевірений, це буде потужні докази, які ми далеко просуваємо в науці і можуть рухатися далі, в напрямку фізики чорних отворів, часу подорожі і черв'яків.

гіпотеза Рієман

У інтерв'ю відомий номер аортиста Теренца Тао назвав першоджерело число атомних елементів теорії чисел, досить міцна характеристика. ПРЕМ'ЄРИ мають лише два дивізори, 1 і сам номер, і, таким чином, найпростіші елементи в світі чисел. Нестійкі і не вписуються в візерунки. Для зашифрування мільйонів безпечних транзакцій використовуються великі номери (продукти двох основних чисел). Проста факторизація цього номера займе назавжди. Тим не менш, якщо ми якось захоплюємо здавалося випадково випадковий характер першорядних чисел і краще зрозуміти їх роботи, ми підіймемо щось відмінне і буквально зламати інтернет. Узгоджуючи гіпотезу Рієман може прийняти нас десять кроків ближче до розуміння першоджерело номерів і мати основні наслідки для банківського, комерційного та безпеки.

Як вже згадувалося, першорядні номери відомі своєю складною поведінкою. У 1859 р. Бернархард Рієман відкрив, що кількість прем’єрних чисел, що не перевищує х— функцію розподілу прем’єрного номеру, що позначається на пікі (х) — виражається шляхом розподілу так званих «нетривіальних нулів» функції зета. Розчин Ріємана пов'язаний з функцією zeta і пов'язаним розподілом точок на лінії цілих, для яких функція 0. гіпотеза пов'язана з певним набором цих точок, «непривабливі нулі», які вірять лежати на критичній лінії: всі нетривіальні нулі функції zeta мають реальну частину, що дорівнює 1⁄2. Ця гіпотеза підтвердила більше мільярдів таких нулів і може розкрити таємницю, що оточує розподіл першорядних чисел.

Хто знає, що гіпотеза Рієману залишається однією з найбільш незавершених міфів. Рішення не тільки вплине на науку і суспільство, але і гарантує автора рішення присудження мільйона доларів. Це один з семи великих містерій тисячоліття. Атемпти довести гіпотезу Рієману, але вони були всі невдалі.

Механізми виживання тардиградів

Tardigrades є класом мікроорганізмів, які досить поширені в природі в усіх кліматичних зонах і на всіх висотах наших семи континентів. Але це не звичайні мікроорганізми: вони мають надзвичайні здібності виживання. Це перші живі організми, які можуть вижити небезпечного вакууму простору. На орбіті ракети Фонтон-М3 піднялися декілька tardigrades, які повернулися майже не загартованими.

Ці організми не тільки здатні вижити в космосі, але і можуть витримати температури тільки над абсолютною нульовою і окропом. Вони також переносять тиск Мар'янської траншеї, 11-кілометрової тріщини в Тихому океані.

Дослідження зменшило кількість неймовірних здібностей тандиградів до криптобіозу, агідробіозу (сухе), умова, при якому метаболічна активність вкрай уповільнена. Висихання дозволяє спричинити втрати води і практично припинити обмін речовин. У зв'язку з доступом до води, tardigrade відновлює свій оригінальний стан і продовжує жити, якби нічого не сталося. Ця здатність допомагає їй вижити пустелі і посухи, але як це маленька вода вдається вижити в просторі або в екстремальних температурах?