Книга рассказывает о крупнейших проблемах астрономии, физики, химии, биологии и геологии, над которыми сейчас работают ученые. Авторы рассматривают открытия, приведшие к этим проблемам, знакомят с работой по их решению, обсуждают новые теории, в том числе теории струн, хаоса, генома человека и укладки белков.

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.
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 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.

Для широкого круга читателей.

 

ОГЛАВЛЕНИЕ  (нумерация стр. по электронному оглавлению)
Предисловие 9
Глава 1. Видение науки 10
Наука ≠ техника 10
Механизм работы науки 12
Научный метод в действии 14
Наблюдение.. 14
Гипотеза.. 14
Предсказание.. 14
Опыт.. 15
Повтор.. 15
Сложности 15
Глава 2. Физика. Почему одни частицы обладают массой, а другие нет? 19
Масса 19
Более элементарные по сравнению с атоллами 20
Спасительные космические лучи 21
Четыре силы 22
Осколки частиц, или Трудное разделение 22
Вмешательство политики 23
Физика возвращается к повседневным заботам 23
Появление кварков 24
Теория наносит ответный удар: объединение 25
Стандартная модель 25
1. Сильное взаимодействие: 26
2. Электрослабое взаимодействие: 26
Проверка стандартной модели 29
Теневая сторона стандартной модели 30
Проблема происхождения массы, известная как проблема полей Хиггса 30
Нужна новая физика 32
Теории великого объединения (ТВО) и теории всего сущего (TBC).. 32
М-теория.. 32
Суперсимметрия (СУСИ).. 32
Техницвет 32
Твисторов теория. . 32
Необходим новый язык? 33
Решение головоломки: как, кто, где и когда? 33
Глава 3. Химия. Какого рода химические реакции подтолкнули атомы к образованию первых живых существ? 34
Первичный бульон 34
Становление химических систем 34
Предположения о происхождении жизни 35
Гипотеза 1. Сверхъестественное происхождение жизни 35
Гипотеза 2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение сложных форм жизни.. 36
Гипотеза 3. Возникновение жизни извне.. 37
Гипотеза 4. Самопроизвольное зарождение жизни на самой Земле. . 38
Нынешняя жизнь: клеточные структуры 41
Отправления клетки 42
Предсолнце 47
Наше Солнце 47
Появление РНК 48
(рибоза) атомов 49
РНК-мир 49
Альтернативы РНК-миру 51
Первичность белков.. 51
Глиняный мир 51
Сложности 51
Решение головоломки: как, кто и почему? 52
Гипотеза 1 52
Гипотеза 2 53
Глава 4. Биология. Каково строение и предназначение протеома? 54
Е. coli 54
Опероны Е. coli 55
Оперон ДНК — РНК — белки 56
Е. coli и другие организмы 59
От прокариот к эукариотам 60
Модельные организмы 60
Физика — биология — химия 62
Составление карты генома человека. Великие задачи требуют величественных орудий 63
Электрофорез 63
Рестрикционные ферменты.. 63
Секвенирование генома человека 65
Угроза патентования 67
Секвенирование дроблением 68
План на вторую половину игры 69
Протеомика: следующий рубеж 70
Последствия и бедствия 70
Биочип... 71
Сельскохозяйственное применение 71
Генетический контроль у человека. . 71
Изучение стволовых клеток.. 71
Клонирование.. 71
Решение головоломки: почему, как, кто и где, когда? 72
Почему. . 72
Кто и где 72
Когда. . 72
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
Получение атмосферного газа 80
Газовыделение.. 80
Испарение (возгонка) 81
Бомбардировка. . 81
Потеря атмосферного газа 81
Тепловая утечка 81
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
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
Галактики: первые теории и наблюдения 92
Космологический вклад Эйнштейна 93
Чем крупнее телескопы, тем больше расстояния до звезд 97
Одна большая Галактика или многочисленные обособленные галактики 98
Вселенная галактик 100
Наблюдение расширения 102
Обнаружение темной материи 102
В темноте рассуждать о темной материи 104
Барионная темная материя.. 104
Небарионная темная материя 104
Недопонимание тяготения. . 105
Столкнувшись с неожиданным: ускорение Вселенной 106
В темноте рассуждать о темной энергии 107
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
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
2. Ускорители 119
Узлы Всемирной Паутины: 121
3. Фермионы и бозоны 121
4. Внеземная жизнь 121
5. Аминокислоты 125
6. Построение модели ДНК 126
7. Кодоны 127
8. Укладка белков 128
9. Генетические технологии 130
природа теломер 131
10. Парниковые газы 132
Изменения температуры у поверхности Земли 134
Содержание в атмосфере трех широко распространенных парниковых газов 135
11. Земля: история недр 136
Кора — внешняя оболочка.. 136
Мантия — следующая оболочка.. 136
Следующие узлы Всемирной Паутины содержат свежую информацию и прекрасные иллюстративные материалы: 137
12. Теория хаоса 137
Гастон Морис Жулиа 137
Бенуа Мандельброт 137
13. Предсказание землетрясении 138
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
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
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