۶ راز علمی که تاکنون موفق به حل آن‌ها نشدیم

در قرن گذشته، انسان‌ به  پیشرفت قابل توجهی در زمینه‌ی فناوری و علم دست یافته است. انسان موفق به دستیابی به فناوری‌هایی شد که در تحول جامعه نقش داشتند؛ پیشرفت‌های علمی در پاسخگویی به سؤال‌های بنیادی در مورد شناخت خود و دنیایی که در آن زندگی می‌کنیم، به ما کمک کردند. با این وجود رازهای حل‌نشده‌ به قوت خود باقی هستند.

چرا هر شب مجبور هستیم بخوابیم؟ چرا نمی‌توانیم ماده‌ی تاریک را ببینیم؟ و موجودات فضایی کجا هستند؟ سال‌ها و حتی قرن‌ها است بر سر سؤال‌هایی از این دست بحث و جدل وجود دارد. خوشبختانه، میل بی‌پایان ما به کشف رازهای جهان، ما را بیش از گذشته به سمت پاسخ هدایت می‌کند. در ادامه ۶ رازی را معرفی می‌کنیم که خواب را از چشم دانشمندان ربوده‌اند و نشان می‌دهیم تا چه اندازه به پاسخ آن نزدیک هستند.

چرا به خواب نیاز داریم؟

چرا می‌خوابیم؟ شاید این سؤال به نظر ساده و راحت برسد، اما پاسخ آن پیچیده‌تر از آن است که به نظر می‌رسد. تلاش‌های زیادی برای یافتن یک دلیل منطقی برای نیاز انسان به خواب در شب صورت گرفته است؛ اما دانشمندان هنوز هم قادر به ارائه‌ی یک پاسخ قطعی و واحد نشده‌اند. یافته‌های علم خواب بر پیچیدگی‌های مراحل خواب و فعالیت مغزی تأکید می‌کنند؛ اما در نهایت، تنها توانستند قطعاتی از یک پازل ناقص و در حال رشد را پیدا کنند.

نمونه‌های زیادی برای مقایسه با خواب انسان وجود ندارد، زیرا اغلب اوقات الگوهای خواب و فعالیت مغزی در حیوانات دیگر، انحراف قابل توجهی با خواب انسان دارند و درک ما از خواب را پیچیده‌تر می‌سازند. جری سیگل، استاد روانپزشکی مؤسسه‌ی علوم اعصاب و رفتار انسان در UCLA  در جهت بررسی نیاز انسان برای ورود به حالت شبه بیهوشی هنگام شب، به بررسی عادت‌های خواب انسان پرداخته است. سیگل می‌گوید:

درک  ما از خواب با هر حیوان دیگری متفاوت است؛ زیرا اغلب انسان‌ها تمایل دارند ۲۴ ساعت شبانه‌روز بیدار بمانند. اما در حیات وحش، حیواناتی که انرژی زیادی هدر می‌دهند جان سالم به در نمی‌برند.

طبیعت برای عدم فعالیت ارزش قائل است، برای مثال خواب زمستانی به بعضی حیوانات امکان بازیابی و ذخیره‌ی انرژی می‌دهد. در میان گونه‌های مختلف، ذخیره‌سازی انرژی یک محرک تکاملی برای خواب است.  برای مثال فیل‌های آفریقایی تنها دو ساعت در روز را می‌خوابند؛ زیرا به خاطر جثه‌ی بزرگ و نیاز به انرژی زیاد، بقیه‌ی روز به دنبال تغذیه هستند.

دانشمندان از نظریه‌ی ذخیره‌سازی انرژی برای استدلال نیاز به خواب به کار می‌برند. از آنجا که دانشمندان ابزارهایی را برای پیمایش فعالیت مغزی در طول خواب ساخته‌اند، می‌توان گفت یک قدم به اتمام پازل و افشای تمام رازهای خواب نزدیک‌تر شده‌اند.

برای مثال، مغز مکانیزم‌هایی دارد که در طول خواب از اطلاعات غیر ضروری تخلیه می‌شود. به‌گفته‌ی جیولیو تونونی، استاد روانپزشکی دانشگاه ویسکانسین مادیسون به مجله‌ی New Scientist ، خواب هزینه‌ای است که برای یادگیری می‌پردازیم. تونونی و تیم او آزمایش‌هایی را روی خواب موش‌ها انجام دادند و به این نتیجه رسیدند که سیناپس‌ها نسبت به قبل از خواب کوچک‌تر هستند.

تیم تونونی به این نتیجه رسیدند که مغز برای یکپارچه‌سازی اطلاعاتی که در طول بیداری جمع‌آوری کرده است، نیاز به کاهش این فعالیت دارد. مغز در طول روز با اطلاعات بمباران می‌شود و مجددا با روابط عصبی تقویت می‌شود.

برای ترکیب اطلاعات جدید با تمام اطلاعات موجود و جذب اطلاعات، قدرت اتصال‌ها باید کاهش داده شوند. به‌بیان دیگر، خواب به مغز اجازه می‌دهد اطلاعات جدید را با اطلاعات قدیمی تطبیق دهد. با این که این نظریه به شکلی دقیق فرآیند مغزی جذب اطلاعات جدید در طول خواب را شرح می‌دهد، با این حال تونونی و اعصاب‌شناسان دیگر باید ثابت کنند خواب برای این فرآیند لازم است.

دانشمندان در زمینه‌ی خواب به درک بهتری از فرآیندهای عصب‌شناسی مغز در طول چرخه‌های خواب و بیداری نیاز دارند. برای مثال، چگونه بعضی افراد می‌توانند در محیط‌های شلوغ بخوابند و بعضی دیگر نمی‌توانند؟ وقتی بتوان به‌شکلی دقیق، نحوه‌ی خواب و بیداری مغز انسان را اندازه گرفت، می‌توان اطلاعات بیشتری از علم خواب به‌ دست آورد.

اما تنها فرضیه‌ی قطعی این است که زندگی انسان بدون خواب مختل می‌شود. سیگل می‌گوید:

می‌دانیم اگر از خواب محروم شویم، حواس خود را که به حریم خواب وابسته است از دست می‌دهیم، بی‌خوابی تأثیر مستقیمی بر میزان توجه شما به دنیای اطرافتان خواهد داشت. برای مثال از دست دادن هشیاری هنگام رانندگی می‌تواند بسیار کشنده و مهلک باشد.

ماده‌ی تاریک چیست و چرا نمی‌توانیم آن را ببینیم؟

نمی‌دانیم شبیه چیست. نمی‌توانیم آن را ببینیم. اما این ماده بیش از ۲۶ درصد ماده‌ی موجود در کیهان را تشکیل می‌دهد. از زمانی که یاکوب کاپتین (ستاره‌شناس هلندی) در ۱۹۲۲ فرضیه‌ی خود را ارائه کرد، بر اساس واکنش‌ با مواد مرئی، می‌دانیم ماده‌ی تاریک وجود دارد اما این ماده به شکل اسرارآمیزی از دید ما پنهان است.

بخش زیادی از ماده‌ی مرئی از نوترون، پروتون و الکترون تشکیل شده‌اند. اما ماده‌ی تاریک در این دسته‌بندی‌ها قرار نمی‌گیرد. این ماده از انواع مختلف ذراتی تشکیل شده است که در هیچ دسته‌بندی قرار نمی‌گیرند و واکنش بسیار متفاوتی با نور و ماده دارند.

^{ماده‌ی تاریک نور را حذف یا جذب نمی‌کند. اما تأثیر جاذبه‌ی آن باعث می‌شود نور در نزدیکی آن خم شود، بر اساس این شواهد دانشمندان به وجود ماده‌ی تاریک پی برده‌اند.}

پژوهشگران در حال مطالعه‌ی این پدیده هستند و سعی می‌کنند از زمان‌های آغازین شکل‌گیری کیهان به راز آن پی ببرند. اخیرا، برخورددهنده‌ی هاردونی بزرگ در انجمن اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای (CERN) ما را به این هدف نزدیک‌تر کرده است، پژوهشگران در این مرکز با شتاب‌ دادن به ذرات کوچک به شناسایی ذرات نامرئی می‌پردازند و سپس با برخورد آن‌ها به یکدیگر در سرعت‌های بالا به بررسی انرژی و تکانه‌ی موجود در حرکت آن‌ها می‌پردازند.

مطالعات اخیر نشان می‌دهند آشکارسازهای موج جاذبه‌ای امکان دیدن ماده‌ی تاریک را برای اولین بار فراهم خواهند کرد. اما واقعیت این ماده این است که هنوز یکی از فراوان‌ترین مواد کیهان برای ما ثابت نشده است.

جهان چگونه خلق شد؟

به جمع‌آوری اولین لحظات شکل‌گیری کیهان نزدیک‌تر شده‌ایم؛ اما منشأ واقعی آن هنوز هم به‌صورت یک راز باقی مانده است. پاول ساتر،اخترفیزیک‌شناس دانشگاه ایالتی اوهایو و دانشمند مرکز علوم و صنایع، می‌گوید:

هر نظریه یا مدلی از خلق کیهان به شکلی باورنکردنی تا این مرحله بر پایه‌ی حدس و گمان به دست آمده است.

شاید بتوان گفت معروف‌ترین نظریه در مورد آغاز جهان، بیگ بنگ باشد که بر اساس آن، جهان از یک تکینگی متراکم و داغ در حدود ۱۳.۸ میلیارد سال پیش توسعه یافت. اما به گفته‌ی ساتر، مردم با یک برداشت اشتباه تصور می‌کنند جهان از هیچ به‌ وجود آمده است.

بینگ‌بنگ در همه جای کیهان به‌صورت همزمان رخ داده است، بیگ‌بنگ یک انفجار در فضا نیست، بلکه انفجارِ فضا است. با این حال، فرآیند دقیق و علت این رویداد (و البته اینکه قبل از آن چه بوده است) هنوز نامعلوم است.

هرچقدر در تاریخ کیهان به عقب برمی‌گردیم، کمتر در مورد آن می‌دانیم. با این ‌حال شواهد اندکی از سیصد هزار سالگی دنیا در دست داریم و دانشمندان هنوز هم در حال بررسی نیروهای شدیدی هستند که در اولین لحظات پیدایش کیهان نقش داشته‌اند. همانند تمام رازهای اسرارآمیز، یک سؤال به ظاهر ساده، زمینه‌ای برای به وجود آمدن سؤال های بیشتر است و برای رسیدن به پاسخ اولین سؤال، باید این سؤال‌ها را حل کرد.

ساتر می‌گوید:

هنوز نتوانستیم به لحظات‌ اولیه‌ پی ببریم (کمتر از ۱۰ تا ۴۰ ثانیه) زیرا هنوز به‌طور کامل ابعاد کوانتومی جاذبه را درک نکردیم.

پس  برای درک کامل خلق کیهان، به یک درک جامع از قوانین فیزیک حاکم بر ماده و ضد ماده نیاز داریم.  این مسئله کمی مشکل‌ساز است و CERN بر اساس یک احتمال نشان می‌دهد مدل استاندارد فیزیک ذراتبه اشتباه تفسیر شده است؛ زیرا بخش زیادی از مواد تولیدشده در بیگ‌بنگ را در نظر نمی‌گیرد.  وقتی به‌طور کامل ماهیت ضد ماده و تعامل آن با ماده را درک کنیم، باز هم به پاسخ نهایی منشأ کیهان نخواهیم رسید، اما کمی به درک آن نزدیک می‌شویم.

سیاره‌ی نهم کجا است؟

آن‌سوی کمربند کپلر، یک خوشه‌ی اسرارآمیز از اجرام در حال گردش به دور خورشید است. این اجرام با فاصله‌‌ای بیشتر از فاصله‌ی نپتون تا خورشید به دور آن می‌چرخند؛ اما ظاهرا مسیر بعضی از آن‌ها منطبق با الگوی پیش‌بینی شده نیست. اغلب آن‌ها به دور نپتون می‌چرخند و به خاطر نیروی قوی جاذبه‌ی این سیاره در مدار آن قرار دارند. اما به نظر می‌رسد مجموعه ای از این اجرام به واسطه‌ی یک جرم بزرگ‌تر به بیرون هدایت شده‌اند.

کنستانتین باتیجین، استادیار علوم سیاره‌ای در مؤسسه‌ی فناوری کالیفرنیا، معتقد است علت این ویژگی‌های عجیب سیاره‌ی نهمی است که اخیرا در منظومه‌ی شمسی کشف شده.

اگر منظومه‌ی شمسی را به‌عنوان یک دیسک غول‌پیکر در نظر بگیریم، مدار این اجرام عجیب باعث خم شدن این دیسک به سمت لبه‌ها می‌شود. با توجه به این اثر قوی، گمان می‌رود سیاره‌ی نهم یک سیاره‌ی غول‌پیکر و حتی بزرگ‌تر از زمین باشد.

با وجود جرم واضح این سیاره، هنوز وجود آن به اثبات نرسیده است. شاید به این دلیل که تنها چند سال از عملیات جست و جو اکتشاف این سیاره می‌گذرد؛ دانشمندان برای اولین بار در سال ۲۰۱۴ به نظریه‌پردازی در مورد وجود آن پرداختند. اما این دلیل هم برای عدم اثبات این سیاره کافی نیست.

به گفته‌ی باتیجن:

 به خاطر درخشش متناوب این سیاره هنوز موفق به پیدا کردن آن نشدیم. فقط با بهترین تلسکوپ‌ها به‌زحمت توانستیم آن را ردیابی کنیم.

تحلیل مادون قرمزی امکان‌پذیر نیست زیرا واسطه‌های اندازه‌گیری حساسیت کافی را ندارد. در نتیجه ستاره‌شناسان به بررسی نور بازتابی می‌پردازند که از تحلیل مادون‌قرمزی هم دشوارتر است.

دلیل دشوار بودن این اندازه‌گیری این است که نور بازتابی از سیاره‌ی نهم باید از خورشید به سمت انتهای منظومه‌ی شمسی حرکت کند، از سیاره‌ی نهم مجدد بازتاب شود و به زمین برگردد. نور بازتابی پس از طی مسافت مشخص کاهش پیدا می‌کند؛ ویژگی‌های نور بازتابی به‌دست‌آمده برای یافتن سیاره‌ی نهم کافی نیستند.

با پیشرفت فناوری، یک تلسکوپ با حساسیت بالاتر می‌تواند نور بازتابی از این سیاره را ثبت و وجود سیاره‌ی نهم را ثابت کند. ستاره‌شناسان از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری هم برای تخمین مدار سیاره‌ی نهم و رسیدن به درک بهتری از زمان و مکان آن استفاده می‌کنند.

این احتمال وجود دارد که سیاره‌ی نهم در نقطه‌ای از مدار خود باشد که مشاهده‌ی آن را بسیار دشوار کند.

چرا این صداها را در مغز خود می‌شنوم؟

شاید در یوتیوب دیده باشید: ویدئوهای زیادی مثل صدای ماساژ یک بخش بافت‌دار پارچه یا صدای برش مو با قیچی.

یک میکروفون ویژه این حس را به شما  القا می‌کند که آنجا هستید. برای بعضی افراد، این صداها حکم ماساژ سر را دارند.

نتیجه‌ی این تجربه: حس طنین‌اندازی در مغز و آرامش در نود درصد افراد. اما چرا این اتفاق رخ می‌دهد و چرا برای همه نتیجه بخش نیست؟ هنوز مشخص نیست.

کریگ ریچارد، استاد علوم دارویی دانشگاه شناندو و مؤسس دانشگاه ASMR، به مطالعه‌ی این حس عجیب از سال ۲۰۱۳ پرداخت.

به گفته‌ی ریچارد، هنوز در ابتدای راه علم ASMR هستیم. با این حال بررسی‌های بیولوژیکی گذشته نشان می‌دهند ارتباط کارکردی ( بخش‌هایی از مغز که fMRI خود را نشان می‌دهند) در مغز افرادی که تجربه‌ی ASMR را دارند نسبت به افرادی که این تجربه را ندارند، متفاوت است. اما ASMR هنوز به‌صورت یک راز باقی مانده است. اما چرا فقط درصد مشخصی از افراد این حس را تجربه می‌کنند؟ چرا این حس وجود دارد؟

به گفته‌ی ریچارد هنوز توضیح قانع‌کننده‌ای برای درک این مسئله وجود ندارد.

حیات هوشمند خارجی کجا است؟

قدمت جهان به میلیاردها سال می‌رسد . با در نظر گرفتن سن و گستردگی کیهان، به‌سختی می‌توان درک کرد که چرا علائم دیگری از زندگی هوشمند در آن وجود ندارد. یک احتمال اولیه نشان می‌دهد تا الان باید پی به وجود فرازمینی‌ها برده باشیم؛ پس آن‌ها کجا هستند؟

ستاره‌شناس‌ها و فیزیک‌دان‌ها در تلاش برای توضیح این مسئله، نظریه‌های زیادی ارائه داده‌اند.

بر اساس یک نظریه، یک اتفاق بزرگ مانع از ارتباط تمدن‌ها شده است درحالی‌که بقیه نشان می‌دهند بیگانه‌ها در دام لایه‌های ضخیم یخی و سنگی قمرهای دوردست گرفتار شده‌اند.

به عقیده‌ی پژوهشگران، حتی در صورتی که حیات فرازمینی در منظومه‌ی شمسی وجود داشته باشد، به‌صورت زندگی میکروبی خواهد بود؛ بنابراین این نظریه در تقابل با زندگی هوشمند فرازمینی قرار می‌گیرد. این فرضیه وجود دارد که جانداران فرازمینی در سیارات یخی و کوچکی مثل قمرهای مشتری یا زحل پیدا می‌شوند.

دانشمندان ناسا به بررسی ترکیب و حالت اقیانوس‌های بزرگ این ماه‌ها می‌پردازند؛ زیرا پیش‌بینی می‌کنند وجود آب فراوان امکان رشد زندگی فرازمینی را فراهم می‌کند.

اما تاکنون حدس‌ و گمان‌ها بر اساس یافته‌های ماهواره‌ی گالیله از ناسا و هدایت و مشاهدات گسترده صورت گرفته‌اند. ناسا در حال برنامه‌ریزی برای سفر به ماه یخی مشتری، موسوم به اروپا در یک دهه‌ی آینده است تا به‌صورت دقیق‌تر به بررسی این پدیده بپردازد.

دانشمندان باید به‌طور کامل قادر به تفکیک پیغام‌های فرازمینی از نویزها و اختلال‌های موجود در فضا باشند.  اما اگر پیام آن‌ها از فرکانس‌های دیگر قابل تشخیص نباشد چه اتفاقی خواهد افتاد؟ و اگر نخواهند ردیابی شوند چکار باید کرد؟

در هر صورت، جست‌وجوها ادامه دارند و تازه در ابتدای راه هستند.