10 научных загадок: что известно, а что нет

Некоторые вопросы наука уже закрыла — и об этом мало кто знает. Другие по-прежнему открыты, хотя версий накопилось достаточно. В этой подборке — десять загадок от сигнала Wow! до природы тёмной материи: что удалось выяснить, где консенсуса нет и почему эти вопросы вообще важны.

№10. Сигнал Wow!

15 августа 1977 года радиотелескоп «Большое Ухо» в Огайо зафиксировал узкополосный радиосигнал вблизи частоты 1420 МГц — именно там, где, по логике физики, мог бы «говорить» водород, самый распространённый элемент во Вселенной. Сигнал длился ровно 72 секунды — столько, сколько участок неба оставался в поле зрения телескопа, — а потом пропал. Астроном Джерри Эйман обвёл распечатку и написал рядом «Wow!».

С тех пор сигнал не повторился ни разу. В 2017 году астроном Антонио Пэрис предложил версию о кометах 266P/Christensen и 335P/Gibbs: якобы водородные облака вокруг их ядер могли дать нужную частоту. Версия сразу вызвала скептицизм — в том числе у самого Эймана, — а последующие проверки показали, что ни по характеристикам сигнала, ни по геометрии сближений гипотеза не работает. Природа сигнала по-прежнему неизвестна.

№9. «Аномалия Пионера» — загадка, которую решили

Зонды Pioneer 10 и Pioneer 11, запущенные в начале 1970-х, двигались чуть медленнее, чем предсказывала гравитационная модель. Отклонение было крошечным — порядка 10⁻⁹ м/с², — но стабильным, и несколько десятилетий оставалось без объяснения. Часть исследователей всерьёз обсуждала новую физику.

В 2012 году группа под руководством Славы Турышева опубликовала детальное тепловое моделирование аппаратов. Вывод: приборы и радиоизотопные генераторы излучали тепло несимметрично, и этот реактивный импульс создавал ровно то самое «лишнее» торможение. Никакой новой силы не потребовалось.

№8. Зачем нужен женский оргазм

У самцов млекопитающих оргазм функционально связан с эякуляцией. У самок картина сложнее: прямой репродуктивной функции не обнаружено, и это давно стало предметом споров среди эволюционных биологов.

Одна из версий — побочный эффект: мужской и женский оргазм развивались из общей эмбриональной основы, и у самок он сохранился без отдельной функции. Другая — что оргазм стимулирует выброс окситоцина и пролактина, влияя на гормональный фон и потенциально на вероятность зачатия. Исследования на кроликах и хорьках зафиксировали, что вагинальная стимуляция действительно запускает овуляцию у ряда видов. Насколько это применимо к людям — открытый вопрос, поскольку у женщин овуляция спонтанная, а не индуцированная.

№7. Тёмная энергия

В 1998 году два независимых астрономических проекта, изучавших вспышки сверхновых типа Ia, обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением. За этим ускорением закрепили термин «тёмная энергия» — гипотетическая компонента, составляющая, по современным оценкам, около 68% всего содержимого Вселенной.

В 2024–2025 годах обзор DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) опубликовал результаты картирования более 14 миллионов галактик. Данные в целом согласуются с общей теорией относительности на космологических масштабах, но допускают, что плотность тёмной энергии могла меняться со временем, а не оставаться постоянной, как в стандартной модели. Параллельно не утихает «напряжение Хаббла»: местные измерения скорости расширения дают значение около 73 км/с/Мпк, тогда как ранние космические данные — около 67. Расхождение стабильно присутствует в разных независимых методах измерения.

№6. Скорость света и туннельный эффект

Периодически появляются сообщения о том, что частицы или сигналы преодолевают световой барьер в туннельных экспериментах. В 1990-х Гюнтер Нимц из Кёльна опубликовал данные, согласно которым микроволновый пакет прошёл через барьер со скоростью, превышающей c.

Разгадка в том, что речь идёт о фазовой или групповой скорости, а не о скорости передачи информации. Фронт сигнала — та его часть, которая несёт информацию, — не может двигаться быстрее света. «Опережение» в туннельных опытах связано с перераспределением формы импульса при взаимодействии с барьером: пик выходит раньше, чем ожидалось бы без барьера, но информация при этом не передаётся быстрее c. Причинность не нарушается.

№5. Плацебо

Слово «плацебо» часто используют как синоним обмана или самовнушения. Это неточно.

Плацебо-анальгезия — измеримый физиологический процесс. Введение антагониста опиоидных рецепторов налоксона частично блокирует обезболивающий эффект плацебо — значит, в мозге действительно вырабатываются эндогенные опиоиды. Нейровизуализация фиксирует снижение активности в зонах, обрабатывающих болевой сигнал. Более того, в ряде исследований плацебо работало даже тогда, когда пациент знал, что принимает «пустышку» — так называемое открытое плацебо. Механизм ожиданий и научения здесь задействован сильнее, чем одно только незнание.

Кстати, смысл меняется не только у научных гипотез — у обычных символов он тоже смещается со временем. О том, как привычные знаки и жесты приобрели значения, о которых никто не договаривался, читайте в материале про символы, значение которых изменилось.

№4. «Холодный» ядерный синтез

В марте 1989 года химики Мартин Флейшманн и Стэнли Понс объявили, что получили ядерный синтез при комнатной температуре в электролитической ячейке с тяжёлой водой и палладиевым электродом. Новость облетела весь мир.

Воспроизвести результат не удалось ни одной из нескольких десятков независимых лабораторий. Комиссия Министерства энергетики США дважды — в 1989 и 2004 году — рассматривала накопленные данные и оба раза пришла к выводу, что убедительных свидетельств ядерного синтеза нет. Отдельные группы продолжают сообщать об «аномальном тепловыделении» в схожих опытах, но ни в одном случае не удалось связать его с ядерной реакцией воспроизводимо.

№3. Зевота

Долгое время считалось, что зевота — ответ организма на нехватку кислорода. Эта версия не выдержала проверки: в экспериментах, где испытуемые дышали воздухом с разным содержанием O₂ и CO₂, частота зевоты не менялась.

Сейчас наиболее активно разрабатывается терморегуляторная гипотеза. Эндрю Гэллап из Принстонского университета в серии опытов показал, что приложение тёплого компресса ко лбу увеличивало зевоту, а холодного — снижало. Предполагается, что глубокий вдох при зевоте охлаждает кровоток в носовых пазухах и помогает снизить температуру мозга. Почему зевота заразна — отдельный вопрос, и он, похоже, связан с механизмами эмпатии: люди с аутизмом и психопатическими чертами реагируют на чужую зевоту слабее.

№2. Тёмная материя

В 1970-х астроном Вера Рубин измеряла скорости вращения звёзд на разных расстояниях от центра галактик. По законам гравитации звёзды на окраинах должны двигаться медленнее — как планеты на краю Солнечной системы. Они двигались примерно с той же скоростью, что и в центре. Единственное объяснение — невидимая масса, распределённая вокруг галактики в виде гало.

С тех пор независимые наблюдения — гравитационное линзирование, столкновения галактических скоплений вроде Bullet Cluster, анализ реликтового излучения — в совокупности указывают на то же самое. Тёмная материя составляет около 27% содержимого Вселенной, но что именно это такое — неизвестно. Самые популярные кандидаты — слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP) и аксионы. Детекторы под землёй, эксперименты на коллайдерах и астрофизические обзоры ведут поиск уже несколько десятилетий, и пока ни один кандидат не подтверждён.

№1. Что было до Большого взрыва?

Современная космология достаточно уверенно описывает историю Вселенной начиная с первых секунд после Большого взрыва: нуклеосинтез, рекомбинация, формирование первых звёзд и галактик, крупномасштабная структура. Это хорошо проверенная картина, опирающаяся на реликтовое излучение, спектры далёких галактик и данные обзоров вроде DESI.

Но вопрос о том, что было «до», лежит за пределами применимости этих теорий. Общая теория относительности в точке сингулярности перестаёт работать — там нужна квантовая теория гравитации, которой у нас пока нет. Конкурирующие сценарии — вечная инфляция, циклические модели, бранные космологии — математически непротиворечивы, но не имеют проверяемых предсказаний, доступных нынешним инструментам. Это не значит, что вопрос неразрешим: гравитационные волны от ранней Вселенной, если их удастся зафиксировать, могут дать принципиально новую информацию.