11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat. Lumea şi Universul – marile provocări pentru cunoaşterea umană

11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat reprezintă o parte infimă din realitatea pe care avem impresia că o cunoaştem, dar care ascunde o mulţime de taine, în pofida progreselor făcute de ştiinţă şi de capacitatea omului de a cuprinde cu mintea mecanismele vieţii, ale micro- şi macrouniversului.

Un celebru fizician, Brian Cox, spunea că: “Nu sunt liniştit în faţa necunoscutului – aceasta este raţiunea de a fi a ştiinţei. Există miliarde de locuri şi fapte despre care nu ştim nimic, iar rolul ştiinţei este să le cerceteze şi să lărgească mereu graniţele cunoaşterii”. Iată un top 11 mistere, pentru care ştiinţa nu are deocamdată răspuns:

De ce există, în Univers, mai multă materie decât antimaterie?

În primele momente ale Universului, îndată după Big Bang, au fost create enorme cantităţi de materie şi de antimaterie care, ulterior, s-au combinat şi anihilat, generând energia care a dus la expansiunea Universului. Oamenii de ştiinţă nu au reuşit însă să explice de ce există mai multă materie decât antimaterie, cum şi de ce s-a produs acest dezechilibru.

Potrivit modelului teoretic, pentru fiecare particulă fundamentală din Univers există o antiparticulă identică, având masă egală, dar sarcină electrică opusă (protonului îi corespunde un antiproton, neutronului, un antineutron etc.). Când o particulă de materie întâlneşte antiparticula sa, ambele se transformă complet în energie şi când se distruge o particulă de materie, se distruge şi una de antimaterie. Dacă acest raţionament este adevărat, spunea un reputat cercetător din domeniul fizicii, atunci nu poate exista niciodată mai multă materie decât antimaterie.

Dacă materia şi antimateria se subordonează principiului simetriei, înseamnă că, pe măsură ce Universul a evoluat, materia şi antimateria ar fi trebui să se anihileze reciproc, nemaiexistând materie care să formeze corpurile cereşti şi tot ce există în Univers. Nici noi, oamenii, nu am mai fi existat. Marea întrebare este, aşadar, dacă, la un moment dat, în cursul evoluţiei cosmosului, mecanismul care asigură simetria materiei şi antimateriei, s-a “defectat”.

Se fac, astăzi, nenumărate experimente în acest sens, s-a reuşit izolarea unor cantităţi mici de antimaterie în laborator, dar nimeni nu a reuşit să creeze o reacţie materie – antimaterie controlată şi nici să explice de ce există mai multă materie decât antimaterie.

11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat – Cum a început viaţa pe Terra?

De unde vine viaţa pe Pământ? Cum a apărut? În pofida nenumăratelor teorii despre începuturile vieţii pe Terra, niciuna nu este mulţumitoare şi această necunoscută va rămâne, probabil, mult timp, în top 11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat.

Unii sunt adepţii teoriei Panspermiei, potrivit căreia viaţa pe Terra este de origine extraterestră. În 1995, analiza unei bucăţi de meteorit, descoperită în Antarctica, a pus în evidenţă prezenţa azotului, esenţial pentru apariţia vieţii. De asemenea, în cadrul Misiunii Stardust (NASA), din 1999, s-a descoperit un aminoacid indispensabil vieţii şi organismului uman – glicina – în coada cometei Wild 2, sursa vieţii putându-se afla în centura de asteroizi dintre Marte şi Jupiter.

Aţii (de exemplu, chimistul american Stanley Lioyd Miller) susţin teoria “supei primordiale”, reconstituită în laborator – amestec de metan, amoniac şi hidrogen, apă, descărcări electrice şi, în câteva zile, se formează aminoacizi şi alte molecule complexe, cu conţinut de hidrocarburi, similare celor prezente în structura organismelor vii. Pornind de la aceste elemente, s-ar putea recrea ADN-ul şi elementele necesare funcţionării celulare.

Geochimistul Michael Russel consideră că viaţa s-ar fi născut din interacţiunea dintre apa sărată a oceanului primordial şi diverse minerale, precum olivina, un silicat natural de magneziu şi fier.

La CERN, cel mai mare centru de fizică a particulelor, de la Geneva, experimente recente conduc spre un alt fel de “supă primordială” – plasmă, alcătuită din quarcuri şi gluoni (particule ipotetice, din care, probabil, s-au format particulele elementare).

La momentul actual, singura certitudine legată de apariţia vieţii pe Terra este că nu există certitudini. Quarcuri, gluoni, “supe primordiale”, teorii evoluţioniste etc. Oare Marele Arhitect ştie ceva despre toate acestea?

11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat – Unde sunt ceilalţi?

Universul observabil are în jur de 92 de miliarde de ani lumină în diametru, este “umplut” cu miliarde de galaxii, cuprinzând stele, planete, dar singura dovadă a vieţii pe care o avem este aici, pe Pământ.

Statistic, şansele ca noi să fim singurele fiinţe din Univers sunt foarte mici. Dar de ce nu am avut contact cu alte civilizaţii? Acest fapt este cunoscut ca “Paradoxul Fermi” (de la numele fizicianului italian Enrico Fermi, laureat al Premiului Nobel pentru fizică) şi cuprinde zeci de sugestii cu privire la motivele pentru care nu am detectat încă nicio formă de viaţă extraterestră. Mai exact, Paradoxul Fermi este formulat astfel: “Dacă există civilizaţii extraterestre, reprezentanţii lor ar trebui să fie deja în contact cu noi. Unde sunt?”.

Unul dintre răspunsuri este că biologia terestră, probabil, este incompatibilă cu alte forme de viaţă din Univers şi, deci, oamenii nu ar prezenta interes pentru alte civilizaţii sau, poate, extratereştrii nu au avut încă timpul necesar să ajungă până la noi. Este evident, însă, că niciunul dintre aceste răspunsuri nu este mulţumitor.

11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat – Unde este litiul?

La începutul Universului, când temperaturile erau extrem de ridicate, izotopii de hidrogen, heliu şi litiu erau sintetizaţi din abundenţă. Hidrogenul şi heliul există încă în cantităţi foarte mari şi alcătuiesc aproape întreaga masă a Universului, dar cantitatea de litiu este mult mai mică, aproximativ o treime din cât se presupune că a fost iniţial.

Pe Terra, litiul este al 33-lea element ca abundenţă, dar pentru că are o mare reactivitate se găseşte doar sub formă de compuşi. Motivele dispariţiei litiului sunt încă intens studiate, fără răspunsuri mulţumitoare. Unele ipoteze avansează existenţa unor bosoni (diviziuni ale particulelor elementare) ipotetici, numiţi axioni, care ar avea un rol în diminuarea cantităţii de litium, în timp ce alţii cred că litiul ar putea fi prins în “inima” stelelor, unde niciun instrument nu poate încă să-l detecteze.

11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat – Cum funcţionează gravitaţia?

Se ştie că forţa gravitaţională a Lunii, combinată cu cea a Soarelui, provoacă mareele, că forţa gravitaţională a Pământului ne ţine pe Terra, iar cea a Soarelui ne menţine pe orbită. Dar ce este cu adevărat gravitaţia? Această forţă puternică este generată de materie şi, prin urmare, cele mai masive obiecte au o capacitate mai mare de a atrage alte obiecte.

Recent, o echipă de cercetători de la Universitatea Columbia au lansat ipoteza că ar putea exista particule cu masă negativă, care, sub forţa gravitaţiei, se mişcă în sus, nu în jos, aşa cum sunt fononii, particule ale sunetului. Se pare că, deşi sunetul nu este obiect, gravitaţia are efect asupra lui.

Cum acţionează gravitaţia asupra sunetului? De ce atomii sunt compuşi, în mare parte, din vid? De ce forţa care ţine împreună atomii este diferită de gravitaţie? Are gravitaţia “particula” sa? Sunt o serie de întrebări care arată ca o astfel de realitate, despre care s-au descoperit multe lucruri, rămâne totuşi unul dintre cele 11 mistere pe care ştiinţa nu le-a elucidat.

11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat – De ce dormim?

Printre cele 11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat se află şi întrebarea, implicit răspunsul la aceasta – De ce dormim? Nevoia de somn este atât de evidentă, încât pare o banalitate să ne întrebăm de ce facem acest lucru. Pentru ne reface forţele, pentru a ne reechilibra fizic şi psihic, am fi tentaţi să spunem imediat. Se ştie sigur că organismul uman este “reglementat” de un ceas circadian, care ne ţine într-un ciclu veghe – somn, dar nu prea ştim de ce.

Aproape o treime din viaţă dormim, cinci ani, cumulat, visăm, iar marea provocare pentru oamenii de ştiinţă este de a înţelege ce se întâmplă în corpul nostru în acest răstimp aparent “inactiv”. Unele aspecte au fost explicate, o descoperire importantă, din anii 1990, fiind legată de neuroplasticitatea creierului, dar multe rămân în zona necunoscutului.

Unii specialişti spun că animalele capabile să doarmă au dobândit această abilitate de a se ascunde de prădători (pentru a se odihni), în timp ce altele au o mai mare nevoie de a rămâne în stare de alertă, dezvoltându-şi alte forme de regenerare, fără a dormi. De exemplu, furnicile nu dorm niciodată, dar, cu siguranţă, au alte forme de refacere, de vreme ce dimineaţa şi acestea se întind, precum oamenii, pentru a se dezmorţi.

Până la găsirea unui răspuns complet la întrebarea “de ce dormim?”, se ştie, de pildă, că , în somn, creierul elimină toxinele adunate peste zi, pentru că sistemele neuronale care controlează acest lucru devin mai active, ritmul cardiac, tensiunea arterială, respiraţia devin mai lente, temperatura corpului scade, se reglează secreţiile hormonale, somnul ne face mai energici, mai performanţi, mai sănătoşi.

Într-o carte – “Why we sleep” (“De ce dormim?”) – autorul acesteia, doctorul Matthew Walker, observă că “oamenii sunt singurele specii care se pot priva de somn (voluntar), dar că numărul celor care pot supravieţui cu cinci ore de somn pe noapte sau mai puţin, fără să sufere vreo deteriorare, exprimat în procente, este zero”.

Cum funcţionează tectonica plăcilor?

Poate părea surprinzător, dar teoria plăcilor continentale, care se deplasează una peste cealaltă, care rearanjează, de-a lungul timpului, continentele, provocând cutremure, erupţii vulcanice, creând munţi, bazine oceanice şi alte forme de relief, nu a făcut mari progrese până în ziua de astăzi.

Deşi s-a postulat încă din secolul al XVI-lea că toate continentele ar fi putut forma o singură entitate în trecut, ideea nu a avut prea mare succes până în anii 1960, când a fost formulată ipoteza unei expansiuni a fundului mării (unde roci din mantaua Pământului, sunt aduse la suprafaţă sub formă de magmă), ipoteza susţinută de dovezi fizice.

Cu toate acestea, oamenii de ştiinţă nu sunt siguri ce anume generează mişcarea plăcilor tectonice şi nici cum au luat naştere acestea. Există multe teorii, dar niciuna nu poate explica pe deplin acest fenomen.

Una dintre teoriile actuale, de pildă, legată de plăcile tectonice, susţine că partea de est a continentului african se va desprinde, la un anumit moment, de Placa Somaleză, fiind surprinzătoare viteza cu care pare să se desfăşoare un asemenea fenomen (2,5 – 5 centimetri pe an) şi pe care geologii nu-l pot explica. Dacă se va întâmpla aşa, patru ţări din Cornul Africii – Etiopia, Kenya, Tanzania, Somalia – vor forma un continent nou, separat de restul Africii de o mare nouă. O astfel de dislocare va influenţa şi dinamica seismică a altor continente.

În alte părţi ale lumii, se poate constata, astăzi, şi o intensificare a activităţii vulcanice subacvatice, lava care se răceşte formând o nouă crustă terestră, în adâncul oceanelor. În general, plăcile tectonice pot fi divergente, îndepărtându-se una de alta, sau convergente, caz în care alunecă una peste cealaltă, generând cutremure sau activitate vulcanică.

O altă teorie recentă, a geologului Paul F. Hoffman, susţine că, în sute de milioane de ani, de aici înainte, s-ar putea forma şi un alt nou continent, pe care l-a numit “Amasia”, centrat pe Polul Nord. Iar când mişcarea plăcilor tectonice se va opri, adică atunci când Pământul s-ar răci, atunci vor înceta toate – şi activitatea vulcanică, şi fotosinteza, şi orice formă de viaţă, iar Terra va deveni “stagnant”, ca şi planeta Marte. Nimeni nu poate spune însă care sunt mecanismele care guvernează astfel de transformări.

Cum şi de ce migrează păsările, animalele, peştii?

Migraţia păsărilor, animalelor, peştilor, insectelor, reptilelor este unul dintre cele 11 mistere, pentru care nu există decât explicaţii parţiale. Ne-am obişnuit să privim şi să ne bucurăm de spectacolul oferit de zborul păsărilor călătoare, plecând sau venind din marea lor călătorie, în funcţie de anotimpuri.

Turme de animale sălbatice migrează şi ele, în taiga sau pe întinderile nesfârşite ale Africii, Asiei, peştii înfruntă ape învolburate pentru a ajunge la izvoarele acestora, nenumărate alte vieţuitoare acvatice străbat drumuri mai lungi sau mai scurte în căutare de hrană. Migraţii ciclice, anuale sau zilnice sau o singură mare călătorie, pentru a asigura perpetuarea speciei, din care nu se mai întorc, aşa cum face Anghila, un peste-fenomen, care, de două ori în viaţă, străbate 6000 -7000 de kilometri, între locul naşterii şi al reproducerii.

Se presupune că fenomenul migraţiei este efectul evoluţiei lente a speciilor, al derivei continentelor şi al schimbărilor climatice. Căile pe care le urmează aceste vieţuitoare concordă cu nevoile şi abilităţile diverselor specii – unele urmează ţărmurile mărilor, malurile râurilor, fluviilor, altele traversează strâmtori sau istmuri, ţesând o reţea complexă în jurul Pământului.

Marea enigmă este cum îşi găsesc aceste vieţuitoare drumul? Explicaţiile specialiştilor sunt că se orientează după câmpul magnetic al Pământului, după miros, după stele, după Soare, dar toate rămân doar explicaţii parţiale. Cercetări mai noi susţin că, pe lângă geomagnetism, este vorba şi despre anumite reacţii biochimice, din corpul acestor vieţuitoare, provocate de schimbările câmpului magnetic.

Un fenomen care ar putea ajuta şi la explicarea mecanismelor migraţiei este cel observat de oamenii de ştiinţă, cu ajutorul Google Earth. Ei au studiat mii de imagini cu vaci în păşuni şi au descoperit ceva ciudat – ca 70% dintre vaci îşi întorc capul spre nord sau spre sud când mănâncă sau beau apă. Un asemenea comportament a fost observat pe toate continentele, indiferent de formele de relief, de vreme sau de alţi factori.

Ce este energia întunecată?

Dintre toate misterele pe care ştiinţa nu a reuşit să le dezlege, energia întunecată (în engleză, dark energy) este, probabil, cea mai provocatoare pentru specialişti. Energia întunecată este o formă de masă-energie, demonstrată doar teoretic, prezentă peste tot în Univers.

Energia întunecată nu trebuie confundată cu materia neagră, care nu este repartizată uniform în Univers şi care interacţionează “normal” cu gravitaţia. Energia întunecată generează o forţă care se comportă ca o gravitaţie repulsivă (negativă) şi ar putea explica expansiunea Universului.

Astro-fizicienii speră să descopere mai multe aspecte prin măsurarea mai precisă a vitezei de expansiune a Universului. Calcule recente indică faptul că Universul ar fi constituit în proporţie de 73% din această energie întunecată, dar nu se ştie nimic despre proprietăţile acesteia. Din ce este făcută? Este constantă sau fluctuează? De ce densitatea sa pare să o urmeze pe cea a materiei obişnuite? Poate fi reconciliată cu teoria gravitaţiei, a lui Albert Einstein, sau aceasta din urmă trebuie reevaluată?

Ce este “vuietul spaţiului”?

În anii 2000, în timp ce astronomii studiau formarea stelelor tinere, diversele aparate folosite au detectat, în mod neaşteptat, zgomote misterioase din spaţiu. Deşi sunetul nu poate călători prin spaţiu, undele radio pot. Dar de unde vin? Cercetătorii ştiu doar că aceste unde nu aparţin stelelor şi nu fac parte din fenomenele cosmice cunoscute.

Niciun sunet nu poate călători prin spaţiu, prin urmare ar trebui să existe acolo sus o linişte totală. Cu toate acestea, NASA a demonstrat, de curând, contrariul, cu o selecţie de sunete ciudate, venite din Univers. Pentru a fi perceptibile, undele electromagnetice au fost convertite în sunete care pot fi auzite de urechea umană. Pentru fiecare planetă aceste sunete sunt diferite. În jurul lui Neptun, sunetele seamănă cu zgomotul valurilor care se sparg de ţărm, în timp ce “vocea” Terrei pare a fi terifiantă, un fel de “Hum”, ca atunci când se produc cutremure.

11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat – Oumuamua

În topul celor celor 11 mistere pe care ştiinţa încă nu le-a elucidat se înscrie şi Oumuamua (“Mesagerul”, în hawaiană), un asteroid de 400 metri lungime, aflat la 200 de milioane de kilometri de Terra, descoperit în octombrie 2017, cu ajutorul unui telescop performant din Hawaii – PanSTARRS (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System).

Când a fost descoperit, Oumuamua călătorea cu o viteză de 25,5 kilometri pe secundă, iar în momentul în care s-a aflat cel mai aproape de Soarele nostru, viteza sa a ajuns la 44 kilometri pe secundă. În noiembrie 2017, s-a confirmat faptul că provine din afara sistemului nostru solar, fiind primul asteroid extrasolar descoperit.

Ceea ce nu pot explica specialiştii este faptul că acest asteroid, despre care unii au spus că poate fi un fragment dintr-un super-Pământ spulberat, cu formă ciudată, alungită, de culoare roşie, are o luminozitate care se intensifică de zece ori, cu exactitate, la 7,3 ore. De asemenea, nu a fost identificată nicio urmă de praf sau de coadă (ca la comete), ceea ce este foarte neobişnuit. Se mai presupune că traiectoria lui Oumuamua a fost influenţată de o forţă necunoscută.

Acest asteroid a suscitat interesul specialiştilor în aşa măsură încât se pregăteşte, pentru 2021, lansarea unei sonde spaţiale, de înaltă tehnologie, care să-l întâlnească pe Oumuamua sau măcar să ajungă în apropierea lui, ceea ce ar deschide drumuri noi în explorarea cosmosului.