宇宙の未解決の謎: 宇宙の未解決の謎トップ 10 の探究と発見

宇宙の未解決の謎:人類の永遠の研究目標である宇宙には、人間が予測できない変化と発展があります。今日は、宇宙の未解決の謎のトップ 10 を紹介します。

1. 宇宙は何でできていますか?

頭に浮かぶ答えは、「輝く星々でできている」です。しかし、ここ数十年で、科学者たちはこの答えが間違っていることをますます発見するようになりました。天文学者たちは、恒星、惑星、銀河、そしてもちろん私たち人間を構成する物質、つまり通常の物質は、宇宙の総質量の 5 パーセント未満を占めると考えています。残りの25パーセントは、まだ発見されていない粒子で構成された暗黒物質である可能性があると推定されている。残りの70%はどうでしょうか?天文学者たちは、それがダークエネルギー、つまり宇宙の膨張を加速させている力である可能性があると考えている。暗黒物質と暗黒エネルギーの本質は何ですか?科学者たちは加速器と望遠鏡を使ってこれらの疑問に対する答えを探しています。もし答えが見つかれば、その重要性は間違いなく宇宙的なものとなるでしょう。

2. 私たちは宇宙で孤独なのでしょうか?

45年前、天文学者のフランク・ドレイクは、巨大なアンテナ（電波望遠鏡）を使って地球外文明からの信号を受信し、地球外文明を探索するオズマ計画を初めて開始しました。 45年経った今も、天文学者たちの努力は続いています。しかし、これまでで最大のフェニックス・ミッションでさえ、地球外文明からの無線信号はまだ発見されていない。

3. 地球の内部はどのように機能しているのでしょうか?

40年以上前、地球科学に革命が起こりました。プレートテクトニクスの理論は地球そのものに関する私たちの知識を更新しました。しかし、地球の内部構造に関する疑問は、革命以前から残っている知識のままだ。科学者たちは過去 40 年間に、この卵モデルをさらに改良し、地殻、マントル、核に分割してきました。ますます進歩する地震波画像化技術の助けを借りて、科学者たちは地球と呼ばれる巨大な機械の働きを研究しています。しかし、新たな科学革命が起こるまでには、さらに半世紀かかるかもしれない。

4. 地球の温室はどれくらい熱くなるでしょうか?

大気中の二酸化炭素濃度は今世紀中確実に増加し続け、この増加が地球温暖化を引き起こすことは間違いないが、この温暖化の程度は依然として不確実である。科学者は一般的に、今世紀に二酸化炭素濃度が倍増すると気温が1.5℃から4.5℃上昇すると考えています。しかし、これは十分正確ではありません。科学者たちは、数字にもっと説得力を持たせるために、新たな数学モデルを開発している。

5. 物理法則は統一できるのか？

リンゴが地面に落ちる、稲妻が空を横切る、ウラン原子が原子力発電所の原子炉で崩壊してエネルギーを放出する、超加速器が陽子を衝突させる、これらの現象は、重力、電磁気、弱い力、強い力という自然界の 4 つの基本的な力の影響を表しています。宇宙におけるすべての物理現象は、これら 4 つの基本的な力によって説明できます。しかし科学者たちは満足していない。これら 4 つの力を 1 つに統合することは可能でしょうか? 1960 年代に物理学者は、弱い力と電磁力を統合できることを発見しました。これらは同じものの異なる側面であり、総称して電弱力と呼ばれています。しかし、他の 2 つの勢力もそれと統合できるのでしょうか?

6. 量子不確定性と非局所性には、より深い原理が存在しますでしょうか?

量子論は 100 年以上前から存在し、説得力のある応用結果を生み出してきましたが、直感に反する結果ももたらしてきました。量子力学の不確定性原理によれば、物体の運動量と位置を同時に正確に得ることはできないということです。非局所性により、量子もつれ状態にある 2 つの粒子のもつれは、それらの粒子がどれだけ離れていても同時に解消されます。アインシュタインはかつて、量子力学に非常に感銘を受けたものの、「それはまだ現実ではないと内なる声が私に告げた」と語った。

7. 化学的自己組織化はどこまで進められるでしょうか?

ある意味、化学者は常に新しいタイプの分子を作り出しているため、最も発明的な集団と言えます。今日の化学者は非常に複雑な化学構造を作り出すことができますが、その仕事を単純かつ複雑にすることはできるのでしょうか?言い換えれば、生命が示す自己組織化特性と同じように、「原材料」の原子が複雑な構造に自ら「組み立て」られるようにするのです。細胞膜に似た二重膜構造を作るなど、化学的自己組織化の例はすでにいくつかあります。しかし、集積回路をボトムアップで作るといった、より高度な自己組織化は依然として夢のままだ。

8. 従来のコンピューティングの限界は何ですか?

物事の中には、単純に見えても解決が複雑なものもあります。たとえば、セールスマンは相互接続された複数の都市を訪問する必要があります。最短距離で移動するにはどうすればよいですか?都市の成長は、最も強力なコンピューターでさえも圧倒するでしょう。 1940 年代に、情報理論の父であるシャノンは、情報 (ビットの形式) の保存と伝送を規定する物理法則を提唱しました。従来のコンピュータではこの法則を超えることはできません。では、エンジニアリングの観点から、最終的にどれほど強力なコンピューターを構築できるのでしょうか?しかし、近年登場した量子コンピュータなど、従来とは異なるコンピュータは、こうした制限を受けない可能性があります。

9. 意識の生物学的根拠は何ですか?

17 世紀のフランスの哲学者は、「我思う、ゆえに我あり」という有名な言葉を残しています。意識は長い間哲学的な議論の対象となってきたことがわかります。現代科学では、意識は脳内の何十億ものニューロンの協力から生まれると信じられています。しかし、これはまだ一般的すぎます。具体的には、ニューロンはどのようにして意識を生み出すのでしょうか?近年、科学者たちはこの最も主観的で個人的な事柄を客観的に研究できるいくつかの方法とツールを発見し、脳損傷患者の助けを借りて、科学者たちは意識の謎を垣間見ることができました。科学者たちは、意識がどのように機能するかを正確に解明することに加えて、意識はなぜ存在し、どのように発生したのかというより深い疑問の答えも知りたいと考えています。

10. 臓器の再生を制御するものは何ですか?

生物の中には並外れた修復能力を持つものもいます。切断されたミミズは体の半分を再生することができ、サンショウウオは損傷した手足を再生することができます...それに比べると、人間の再生能力は少し劣っているようです。指は再生できず、骨は一度しか使用できません。唯一の慰めは肝臓だ。切除した肝臓の一部を元の状態に戻すことができます。科学者たちは、臓器を再生できる動物は、必要に応じて胚発生中に開発した遺伝子プログラムを再開することで、新しい臓器を成長させることを発見した。では、人間も同様の技術を使って、人間の制御下で部品を自分で交換できるのでしょうか?