Može se reći da su znanost i znanstvenici u cjelini kotač razvoja i unaprjeđenja ljudske vrste. Znanost je otišla do nevjerojatnih visina pa se sada nalazimo u eri otkrića „božjih čestica“, misterioznih kvantnih polja, genetičkog inženjeringa i sličnih područja znanstvene discipline. Međutim, unatoč tome znanost se ponosi jednom stvari – ne stidi se priznati da nešto ne zna. Za znanstvenika nije ispod časti reći da ne znamo koliko svemir ima dimenzija ili koliko još elementarnih čestica postoji. Naprotiv, stremljenjenje prema istraživanju nepoznatog jedno je od primalnih ljudskih impulsa koji su doveli do razvoja kreativnosti i inteligencije, te nas uzdiglo iznad naših majmunolikih predaka. Postavljanje pitanja nije tabu i doprinosi razvoju samog znanstvenog magisterija. Ovdje ćemo iznijeti neke stvari za koje znanstvenici za sada jednostavno nemaju rješenja. Komplikacije kvantnog svijeta smo izostavili jer su priča za sebe, te bi uključivanjem njih brojka skočila znatno iznad 18 stavki.
1. Placebo efekt
Credits: realitypod.com
Ovo ne pokušavajte kod kuće. Nekoliko puta dnevno, kroz nekoliko dana, inducirate bol kod nekoga. Kontrolirate mu bol s morfijem do zadnjeg dana eksperimenta kada morfij zamijenite slanom otopinom. Začudo, otopina mu ublažava bol kao da ga i dalje dozirate morfijem.
Ovo je placebo efekt – nekako, u nekim slučajevima, jedna velika količina ničega može biti vrlo potentna. Osim što se pokazalo da to „ništa” zapravo i nije ništa. Kada je Fabrizio Bendetti sa Sveučilišta u Torinu proveo gore navedeni eksperiment, dodao je još jedan mali zaplet u obliku miješanja naloxona s otopinom (lijeka koji blokira učinke morfija). Nevjerojatni rezultat? Otopina je izgubila sve svoje blagotvorne učinke.
Dakle, što se zapravo događa? Doktori znaju za placebo efekt već desetljećima, i rezultati sa naloxonom izgleda pokazuju da je placebo biokemijski efekt po svojoj prirodi. Ali osim toga, mi jednostavno ne znamo kako djeluje.
„Imamo još mnogo toga za naučiti o samom procesu”, kaže Benedetti, „ali jedna stvar je jasna – mozak može utjecati na tjelesnu biokemiju. Odnos između očekivanja i terapeutskog ishoda prekrasan je model za proučavanje interakcije uma i tijela.” Na znanstvenicima preostaje otkriti kada i gdje placebo djeluje, ali zasada to pitanje ostaje neodgovoreno.
2. Problem horizonta
Credit: Caltech
Naš svemir se čini nesagledljivo jednoličan. Pogledajte s jednog kraja vidljivog svemira na drugi i vidjeti ćete veo mikrovalnog pozadinskog zračenja kako prekriva cijeli svemir u svoj svojoj prekrasnoj veličanstvenosti. Što je zapravo odlično jer se slaže s našom predodžbom, jednadžbama i teorijama koje opisuju nastanak svemira. Ali problem nastaje kad pogledamo nevjerojatnu temperaturnu uniformnost pozadinskog zračenja. To vam se možda i ne čini čudnim dok ne uzmete u obzir da su dva ruba vidljivog svemira udaljena jedno od drugog skoro 156 milijardi svjetlosnih godina, a naš svemir je star samo 14 milijardi godina.
Ništa ne može putovati brzinom većom od brzine svjetlosti, dakle ne postoji način da je toplinsko zračenje moglo proputovati do dva horizonta na način da bi moglo izjednačiti topla i hladna područja stvorena velikim praskom, te ostaviti termalni ekvilibrij kojega vidimo sada.
„Problem horizonta” je velik problem za kozmologe, zapravo tako velik da je utjecao na teorije o začetku svemira te ih nagnao na neka priličito čudna rješenja. Jedan od primjera je „inflacija”.
Problem horizonta možete riješiti tako da svemir proširite veoma brzo, nevjerojatno kratko nakon samog velikog praska, „napuhujući” ga za red veličina 1078 unutar 10-36 sekunda. Zasada se eksperimentalni podaci poklapaju s predviđanjima samog modela inflacije, ali nitko ne zna zbog čega bi moglo doći do same inflacije.
Inflacija, iako predstavlja rješenje za problem horizonta, samim svojim postojanjem otvara nova pitanja, te materijalizira nove kozmološke probleme. Dakle, jednoličnost temperature mikrovalnog pozadinskog zračenja i dalje ostaje anomalija.
3. Tamna tvar
Credit: NASA; ESA
Kad bismo uzeli sve podatke koje imamo o svemiru, unijeli sve parametre i odnose te pokrenuli simulaciju svemira dobili bismo nešto poput našeg svemira? Krivo.
Još od Newtona ljudi mogu predviđati astronomske pojave s velikom preciznosti; poznavanje zakona, konstanti i varijabli koje prožimaju našu stvarnost omogućuje ljudima da prave kvalitetne modele našeg svemira, kako kroz prostor, tako i kroz vrijeme.
Početkom 20. stoljeća znanstvenici su otkrili devijacije od očekivanog u putanjama planeta poput Urana, Neptuna i Merkura. Naši modeli nisu bili dovoljno točni, a naša predviđanja na dužim vremenskim periodima zakazivala su sve više i više. Daljnja istraživanja pokazala su da količina materije unutar galaksija nije dovoljna ni da održi same galaksije na okupu. Postojale su dvije mogućnosti – ili je naše znanje o gravitaciji krivo ili se osim vidljive materije u svemiru nalazi još neka misteriozna tvar.
Znanstvenici su tu misterioznu materiju nazvali „tamna tvar”, i nije nimalo beznačajna kako bi se reklo po imenu. Tamna tvar sačinjava gotovo 85% sveukupne materije, što znači da znanstvenici trenutno ne znaju što sačinjava preko 4/5 cjelokupne materije u svemiru. Ali ono što znaju je da je ona tu; eksperimentalni podaci poput onih od gravitacijskih leća pokazuju da se tu nalazi neki oblik materije koji niti prima niti emitira bilo kakvo elektromagnetno zračenje (pa ni svjetlost – od tud ime).
Postoji nekoliko kandidata za čestice koje čine tamnu tvar. Trenutno najpopularnija teorija je da se tamna tvar sastoji od WIMP-a (masivnih čestica slabe interakcije), a još se teoretizira o aksionima i teškim neutrinima kao „krivcima”. Detekcija hipotetskih čestica i dalje je neispunjen san, unatoč sve češćim naznakama nečeg što podsjeća na mogućeg nositelja tamne tvari. Čudne stvari poput kontradiktornih rezultata u detektorima koji se nalaze „vrata do vrata” govore nam da smo još uvijek daleko od spoznaje koja će popuniti velik dio rupe u našem znanju. Za znanstvenike je ovo veliki problem, te nakon otkrića Higgsovog bozona predstavlja sljedeći veliki korak u fizici, a i znanosti u cjelini.
4. Holografski svemir
Credit: Millenium Simulation, MPA Garching, V. Springel, S. White
GEO600 detektor gravitacijskih valova u Hannoveru još nije otkrio gravitacijske valove, ali kao utješnu nagradu umjesto valova je možda otkrio ultimativnu prirodu stvarnosti.
2008. godine fizičar Craig Hogan pri Fermilabu je pokušavao otkriti kako bi mogli ispitati je li sve što percipiramo kao fizičku stvarnost zapravo rezultat projekcije sa ruba svemira. Ta hipotetična premisa postala je poznata kao holografski princip.
Hipoteza govori kako informacije zapisane u dvodimenzionalnoj ljusci na rubu svemira nisu „glatke” već su zapisane u obliku „bitova”. Predlaže se da su ta zrnca nevjerojatno male veličine, otprilike veličine Planckove dužine, 10-35m. Međutim, pri projekciji na našu trodimenzionalnu stvarnost, projicirani „pikseli” postaju mutni što više „zumirate” na njih. Kvantna zamućenost koju je GEO600 otkrio poklapala se s Hoganovim predviđanjima, te se činilo kao da imamo nevjerojatno otkriće o prirodi stvarnosti – svemir je jedan ogromni hologram.
Nekoliko znanstvenika ubrzo je skočilo na vlak „holografskog svemira”, iako se on u nekim ključnim aspektima nije slagao s uvelike prihvaćenom teorijom struna te kvantno mehaničkim implikacijama vezanima uz nju. Holografski svemir je usprkos tome davao elegantna rješenja za ogromne znanstvene zagonetke poput entropije i informacijskog paradoksa crnih rupa te problema lokalnosti.
Nakon prvog eksperimenta sa GEO600 detektorom, 2011. godine došao je na red na ESA-in Integral Gamma-ray opservatorij. Satelit je lansiran 2002. godine te je namijenjen analizi bljeskova gama zraka – visoko energetskim pulsovima gama zračenja nastalih kolapsom supermasivnih zvijezda.
Putovanjem kroz svemir polarizacija gama zraka, fotona visoke energije sa samog ruba elektromagnetnog spektra, mijenja se utjecajem prostor-vremena kroz koji prolaze. Ako se prostor-vrijeme sastoji od sitnih kvantnih „zrnaca”, polarizacija gama zraka bi prešla iz posve nasumične polarizacije (na izvoru samog zračenja) u određenu „priklonjenu” polarizaciju koja bi u konačnici bila detektirana od strane Integralovog detektora.
Proučavanje rezultata idealnog bljeska iz 2004. godine nije pronašlo nikakve devijacije od nasumične polariziranosti gama zraka. Teoretičari predlažu pojavu zamućenosti na redu veličina 10-35m (Planckova dužina), GEO600 rezultati su „pronašli” kvantnu zamućenost na 10-16m, dok Integralovi uređaji nisu pronašli nikakvu zamućenost na nevjerojatnih 10-48m. Činilo se da su rezultati GEO600 eksperimenta samo šum previđene hardverske greške, te same izuzetne osjetljivosti procesa mjerenja.
Što to znači za ovu teoriju? Možda gama zrake imaju drugačiju interakciju s ovim kvantnim „zrncima”, možda se zamućenost pojavljuje na još manjim veličinama… Unatoč tome što su eksperimentalni podaci probili početni balon oduševljenja, teorija još nije osporena te još ima svoje poklonike. Holografski princip je izvrstan primjer kako sama priroda naše stvarnosti može biti toliko apstraktna i toliko izvan naše percepcije da ju još nismo ni u stanju shvatiti.
5. Hladna fuzija
Credit: Shutterstock.com; wired.com
Hladna fuzija, pojam često marginaliziran na sama rubna područja znanosti, a ujedno i sveti gral energetike, često je svrstavan u isti koš s perpetuum mobile strojevima. No, što se krije iza ovoga hipotetskog nuklearnog procesa koji je razgalio maštu, kako javnosti tako i znanstvenika, nakon što su 1989. godine Stanley Pons i Martin Fleischmann (tada jedni od vodeći svjetskih elektrokemičara) objavili kako njihova naprava proizvodi anomalijsku toplinu u količinama koje se mogu objasniti jedino nuklearnim procesima.
Objava je dovela do velikog ushita te ulaganja u istraživanja od strane raznih državnih agencija. To je bila karta u svijet besplatne energije i novog vala u znanosti. Nakon što u nekoliko navrata nije došlo do repliciranja rezultata, istraživanje je otpisano kao greška.
Od kraja 80-ih do danas provedeno je mnoštvo istraživanja, uz isto toliko tvrdnji o pronalasku prave formule za hladnu fuziju, međutim nijedna studija nije replicirana u uvjetima koje su nagnali mainstream znanstvenike da se ozbiljnije upuste u istraživanje tog polja. Puno veći novci se, s razlogom, ulažu u istraživanja vezana uz (toplu) fuziju. Ali problem je što se ozbiljni znanstvenici marginaliziraju zbog same činjenice da su teoretičari zavjera i njima slični prihvatili hladnu fuziju kao njihovu, te je time samo polje izgubilo na kredibilnosti, unatoč tome što su neke vlade i organizacije poput NASA-e ulagale velike novce u istraživanja.
No, kako David Nagel, inženjer na Washingtonskom Sveučilištu kaže: „Da objasnimo supravodiče trebalo je 40 godina, nema razloga za lako otpisivanje hladne fuzije.” A pogotovo kad uzmemo u obzir moguće implikacije njenog eksperimentalnog dokazivanja.
6. Ultra-energične kozmičke zrake
Credit: granitegrok.com
Već godinama fizičari se susreću s kozmičkim zrakama koje ne bi trebale postojati. Kozmičke zrake su čestice (većinom protoni, ali ponekad i teške atomske jezgre) koje putuju brzinom vrlo blizu brzini svjetlosti. Neke kozmičke zrake detektirane na Zemlji produkt su izrazito energičnih događaja poput supernova, no i dalje ne znamo izvor najenergičnijih čestica nađenih u prirodi. Ali čak ni to nije prava zagonetka.
Putovanjem kroz svemir, čestice kozmičkih zraka gube energiju u sudarima s nisko-energetskim fotonima koji prožimaju svemir, poput onih u mikrovalnom pozadinskom zračenju. Einsteinova specijalna teorija relativnosti nalaže da će svaka kozmička zraka koja dolazi do Zemlje iz izvora izvan naše galaksije pretrpjeti toliko sudara da će njena maksimalna energija biti 5 x 109 elektronvolta – oko 8J. Ta barijera poznata je kao Greisen-Zatsepin-Kuzmin granica.
Međutim, kroz zadnjih desetak godina fizičari u nekoliko detektora su otkrili kozmičke zrake s energijom iznad GZK granice. Poput slavne „Oh-My-God” čestice detektirane 15. listopada 1991. u Dugway Proving Ground opservatoriju. Njena procijenjena energija je 3 x 1020 eV (50J) – subatomska čestica s kinetičkom energijom baseball loptice bačene brzinom od 100km/h! U teoriji, takve zrake su mogle doći samo iz naše galaksije – izbjegavajući iscrpljujuće putovanje kroz svemir. No, astronomi ne mogu pronaći izvor ovih kozmičkih zraka u našoj galaksiji. Dakle, ili jednostavno ne vidimo izvor takvih čestica koji nam se nalazi „pred nosom“ ili je njihovo porijeklo još misterioznije nego što se smatralo.
Među predlaganim objašnjenjima podrijetla takvih čestica nalazimo neutronske zvijezde, aktivne galaktičke jezgre i supermasivne crne rupe, hipernove, bljeskove gama zraka, interakcije s tamnom tvari… Lista ide dalje što znači da i dalje nemamo objašnjenje za ovakve devijacije u očekivanim energijama.
