http://www.sciencemag.org/sciext/125th/
THE QUESTIONS
Каково биологическое основание сознания?
Почему люди имеют так мало генов?
До какой степени связаны генетические изменения и личное
здоровье?
Могут ли быть объединены законы физики?
Насколько можно продлить человеческую жизнь?
Что контролирует регенерацию органов?
Как клетка кожи может стать клеткой нерва?
Как отдельная соматическая клетка становится целым
растением?
Как работает внутренность Земли?
Одиноки ли мы во Вселенной?
Как и где возникла жизнь на Земле?
Что определяет разнообразие видов?
Какие генетические изменения сделали нас уникально
разумными?
Как записываются и воспроизводятся воспоминания?
Как развивалось коллективное поведение?
Как из моря биологических данных возникают большие
картины?
Как далеко может продвинуться химическая само-сборка?
Каковы пределы общепринятого вычисления?
Можем ли мы выборочно отключать иммунные отклики?
Лежат ли более глубокие принципы в основе квантовой неопределенности и
нелокальности?
Что может заменить дешевую нефть и когда?
Будет ли Мальтус оставаться неправым?
So Much More to Know …
From the nature of the cosmos to the nature of societies, the following 100 questions span the sciences. Some are pieces of questions discussed above; others are big questions in their own right. Some will drive scientific inquiry for the next century; others may soon be answered. Many will undoubtedly spawn new questions.
Чтобы Знать еще больше...
От природы космоса до характера сообществ охватывают следующие 100 вопросов науки. Некоторые - части вопросов, обсужденных выше; другие - большие вопросы в их собственном смысле. Некоторые останутся нерешенными в течение следующего столетия; другие возможно вскоре будут решены. Многие несомненно будут порождать новые вопросы.
A number of quantum theorists and cosmologists are trying to figure out whether our universe is part of a bigger "multiverse." But others suspect that this hard-to-test idea may be a question for philosophers.
Является ли наша Вселенная единственной?
Множество теоретиков - квантовиков и космологов пытается
определить, является ли наша Вселенная частью большей "мультивселенной". Но
другие подозревают, что эта трудная для испытания идея может остаться
философским вопросом.
In the first moments after the big bang, the universe blew up at an incredible rate. But what did the blowing? Measurements of the cosmic microwave background and other astrophysical observations are narrowing the possibilities.
Что привело к космическому расширению?
The broad brush strokes are visible, but the fine details aren't. Data from satellites and ground-based telescopes may soon help pinpoint, among other particulars, when the first generation of stars burned off the hydrogen "fog" that filled the universe.
Когда и как сформировались первые звезды и галактики?
Крупные штрихи видны, но тонкие детали - нет. Данные
спутниковых и наземных телескопов могут вскоре помочь точно определить, среди
других особенностей, когда первое поколение звезд выжгло водородный "туман",
который заполнял вселенную.
Above a certain energy, cosmic rays don't travel very far before being destroyed. So why are cosmic-ray hunters spotting such rays with no obvious source within our galaxy?
Откуда приходят космические лучи сверхвысоких энергий?
Выше некоторой энергии, космические лучи не могут проходить
далекий путь перед разрушением. Так, почему же охотники за космическими лучами
регистрируют такие лучи без очевидного источника в пределах нашей
галактики?
The mightiest energy fountains in the universe probably get their power from matter plunging into whirling supermassive black holes. But the details of what drives their jets remain anybody's guess.
Откуда квазары берут свою энергию?
Самые мощные фонтаны энергии во вселенной вероятно берут свою
мощность из материи, падающей на вращающиеся сверхмассивные черные дыры. Но
детали этого механизма джетов остаются предположениями.
Relativistic mass crammed into a quantum-sized object? It's a recipe for disaster--and scientists are still trying to figure out the ingredients.
Какова природа черных дыр?
Релятивистская масса сжата в объект квантового размера? Это -
рецепт для бедствия - и ученые все еще пробуют вычислять
компоненты.
To a particle physicist, matter and antimatter are almost the same. Some subtle difference must explain why matter is common and antimatter rare.
Почему больше материи, чем антиматерии?
Для физика, изучающего элементарные частицы, материя и
антиматерия почти одинаковы. Некоторое тонкое различие должно объяснить, почему
материя обычна, а антиматерия встречается редко.
In a theory of everything, quarks (which make up protons) should somehow be convertible to leptons (such as electrons)--so catching a proton decaying into something else might reveal new laws of particle physics.
Распадается ли протон?
В теории всего, кварки (которые составляют протоны) должны так
или иначе быть преобразуемы в лептоны (типа электронов) - так поиск протона,
распадающегося на кое-что еще, мог бы открыть новые законы физики частиц.
It clashes with quantum theory. It doesn't fit in the Standard Model. Nobody has spotted the particle that is responsible for it. Newton's apple contained a whole can of worms.
Какова природа гравитации?
Это пересекается с квантовой теорией. Это не соответствует
Стандартной Модели. Никто не определил частицу, которая является ответственной
за это. Яблоко Ньютона содержало целую кучу проблем.
It took millennia for scientists to realize that time is a dimension, like the three spatial dimensions, and that time and space are inextricably linked. The equations make sense, but they don't satisfy those who ask why we perceive a "now" or why time seems to flow the way it does.
Почему время отлично от других измерений?
Потребовались тысячелетия для ученых, чтобы понять, что время -
измерение, подобное трем пространственным измерениям, и что время и пространство
неразрывно связаны. Уравнения имеют смысл, но они не удовлетворяют тех, кто
спрашивает, почему мы чувствуем "сейчас" или почему время, кажется, течет
направленно.
Atoms were "uncuttable." Then scientists discovered protons, neutrons, and other subatomic particles--which were, in turn, shown to be made up of quarks and gluons. Is there something more fundamental still?
Имеются ли меньшие кирпичики, чем кварки?
Атомы считались "неделимы". Затем ученые обнаружили протоны,
нейтроны, и другие субатомные частицы, которые были, в свою очередь, предложены
состоящими из кварков и глюонов. Есть ли что-то еще более
фундаментальное?
Nobody knows this basic fact about neutrinos, although a number of underground experiments are under way. Answering this question may be a crucial step to understanding the origin of matter in the universe.
Являются ли нейтрино их собственными античастицами?
Никто не знает ответ на этот основной вопрос о нейтрино, хотя
проводится множество подземных экспериментов. Ответ на этот вопрос может стать
критическим шагом в понимании происхождения материи во вселенной.
High-temperature superconductors and materials with giant and colossal magnetoresistance are all governed by the collective rather than individual behavior of electrons. There is currently no common framework for understanding them.
Существует ли единая теория, объясняющая все связанные электронные
системы?
Высокотемпературные сверхпроводники и материалы с гигантским и
колоссальным магнитосопротивлением все управляются скорее коллективным, чем
индивидуальным поведением электронов. В настоящее время нет общей позиции для
понимания этого.
Theorists say an intense enough laser field would rip photons into electron-positron pairs, dousing the beam. But no one knows whether it's possible to reach that point.
Какой наиболее мощный лазер могут сконструировать исследователи?
Теоретики говорят, что достаточно интенсивное лазерное поле
луча разорвало бы фотоны на электрон - позитронные пары. Но никто не знает,
можно ли достичь этой точки.
They've done it with microwaves but never with visible light.
Могут ли исследователи создать совершенную оптическую линзу?
Это сделано для микроволн, но пока не для видимого света.
Such devices have been demonstrated at low temperatures but not yet in a range warm enough for spintronics applications.
Возможно ли создать магнитные полупроводники, работающие при комнатной
температуре?
Подобные устройства демонстрировались при низких температурах,
но еще не в диапазоне, применимом для спин-троники.
Electrons in superconductors surf together in pairs. After 2 decades of intense study, no one knows what holds them together in the complex, high-temperature materials.
Каков механизм спаривания, стоящий за высокотемпературной
сверхпроводимостью?
Электроны в сверхпроводниках объединяются в пары. После 2
десятилетий интенсивного изучения, никто не знает, что связывает их в сложных,
высокотемпературных материалах.
So far, such "nonequilibrium systems" defy the tool kit of statistical mechanics, and the failure leaves a gaping hole in physics.
Можем ли мы развить общую теорию динамики турбулентных потоков и движения
гранулированных материалов?
Пока такая неравновесная система бросает вызов методам
статистической механики, и неудача составляет зияющий пробел в
физике.
A superheavy element with 184 neutrons and 114 protons should be relatively stable, if physicists can create it.
Имеются ли устойчивые элементы высокого-атомного номера(числа)?
Супертяжелый элемент с 184 нейтронами и 114 протонами должен быть
относительно устойчив, если физики могут создавать это.
Despite hints in solid helium, nobody is sure whether a crystalline material can flow without resistance. If new types of experiments show that such outlandish behavior is possible, theorists would have to explain how.
Возможна ли сверхтекучесть в твердом теле? Если да, то как?
Несмотря на намеки в твердом гелии, никто не уверен, может ли
кристаллический материал течь без сопротивления. Если новые типы экспериментов
покажут, что такое диковинное поведение возможно, теоретики должны будут
объяснить - как.
Researchers continue to tussle over how many bonds each H2O molecule makes with its nearest neighbors.
Какова структура воды?
Исследователи продолжают спорить, сколько связей имеет каждая
молекула
Molecules in a glass are arranged much like those in liquids but are more tightly packed. Where and why does liquid end and glass begin?
Какова природа стекловидного состояния?
Молекулы в стекле упорядочены подобно молекулам жидкости, но
более тесно упакованы. Где и почему заканчивается жидкость и начинается
стекло?
The larger synthetic molecules get, the harder it is to control their shapes and make enough copies of them to be useful. Chemists will need new tools to keep their creations growing.
Имеются ли пределы
рационального химического синтеза?
Conventional solar cells top out at converting 32% of the energy in sunlight to electricity. Can researchers break through the barrier?
Какова предельная эффективность photovoltaic ячеек?
Обычная солнечная ячейка преобразует 32 % энергии солнечного
света в электричество. Можно ли превысить этот барьер?
It's been 35 years away for about 50 years, and unless the international community gets its act together, it'll be 35 years away for many decades to come.
Будет ли термоядерный синтез источником энергии в будущем?
Прошло 35 лет из приблизительно 50 лет, когда международное
сообщество двигалось совместно, будут ли после этих 35 лет еще многие
десятилетия до цели.
Scientists believe differing rates of rotation from place to place on the sun underlie its 22-year sunspot cycle. They just can't make it work in their simulations. Either a detail is askew, or it's back to the drawing board.
Что двигает солнечный магнитный цикл?
Ученые полагают, что различные скорости вращения от места к
месту на солнце лежат в основе его 22-летнего солнечного цикла. Они пока не
могут заставить это работать в своих моделированиях. Либо неверны детали, либо
надо вернуться назад к исправлению картины.
How bits of dust and ice and gobs of gas came together to form the planets without the sun devouring them all is still unclear. Planetary systems around other stars should provide clues.
Как планеты формируются?
Как частицы пыли, льда и газа соединились вместе, чтобы
сформировать планеты без солнца, пожирающего их, все еще неясно. Планетные
системы вокруг других звезд должны предоставить ключи.
Something about the way the planet tilts, wobbles, and careens around the sun presumably brings on ice ages every 100,000 years or so, but reams of climate records haven't explained exactly how.
Каковы причины ледниковых периодов?
Computer models and laboratory experiments are generating new data on how Earth's magnetic poles might flip-flop. The trick will be matching simulations to enough aspects of the magnetic field beyond the inaccessible core to build a convincing case.
Каковы причины смены полярности магнитного поля Земли?
Компьютерные модели и лабораторные эксперименты генерируют
новые данные относительно того, как магнитные полюса Земли могли бы меняться
друг с другом. Прием будет соответствовать моделированиям для достаточного числа
аспектов магнитного поля вне недоступного ядра, чтобы построить убедительный
случай.
Prospects for finding signs of an imminent quake have been waning since the 1970s. Understanding faults will progress, but routine prediction would require an as-yet-unimagined breakthrough.
Имеются ли предшественники
землетрясений, которые могут давать полезным предсказания?
Перспективы обнаружения признаков неизбежного землетрясения
уменьшились начиная с 1970-ых. Понимание ошибок будет прогрессировать, но
обычное предсказание требовало бы пока еще непредставимых прорывов.
The search for life--past or present--on other planetary bodies now drives NASA's planetary exploration program, which focuses on Mars, where water abounded when life might have first arisen.
Имеется ли, или была ли жизнь где-либо в солнечной системе?
Most biomolecules can be synthesized in mirror-image shapes. Yet in organisms, amino
acids are always left-handed, and sugars are always right-handed. The origins of
this preference remain a mystery.
58. Can we predict how proteins will fold?
Out of a near
infinitude of possible ways to fold, a protein picks one in just tens of
microseconds. The same task takes 30 years of computer time.
59. How many proteins are there in humans?
60. How do proteins find their partners?
61. How many forms of cell death are there?
62. What keeps intracellular traffic running smoothly?
63. What enables cellular components to copy themselves independent of DNA?
64. What roles do different forms of RNA play in genome function?
65. What role do telomeres and centromeres play in genome function?
66. Why are some genomes really big and others quite compact?
67. What is all that "junk" doing in our genomes?
68. How much will new technologies lower the cost of sequencing?
69. How do organs and whole organisms know when to stop growing?
70. How can genome changes other than mutations be inherited?
71. How is asymmetry determined in the embryo?
72. How do limbs, fins, and faces develop and evolve?
73. What triggers puberty?
74. Are stem cells at the heart of all cancers?
75. Is cancer susceptible to immune control?
76. Can cancers be controlled rather than cured?
77. Is inflammation a major factor in all chronic diseases?
78. How do prion diseases work?
79. How much do vertebrates depend on the innate immune system to fight infection?
80. Does immunologic memory require chronic exposure to antigens?
81. Why doesn't a pregnant woman reject her fetus?
82. What synchronizes an organism's circadian clocks?
83. How do migrating organisms find their way?
84. Why do we sleep?
85. Why do we dream?
86. Why are there critical periods for language learning?
87. Do pheromones influence human behavior?
88. How do general anesthetics work?
89. What causes schizophrenia?
90. What causes autism?
91. To what extent can we stave off Alzheimer's?
92. What is the biological basis of addiction?
93. Is morality hardwired into the brain?
94. What are the limits of learning by machines?
95. How much of personality is genetic?
96. What is the biological root of sexual orientation?
97. Will there ever be a tree of life that systematists can agree on?
98. How many species are there on Earth?
99. What is a species?
100. Why does lateral transfer occur in so many species and how?
101. Who was LUCA (the last universal common ancestor)?
102. How did flowers evolve?
103. How do plants make cell walls?
104. How is plant growth controlled?
105. Why aren't all plants immune to all diseases?
106. What is the basis of variation in stress tolerance in plants?
107. What caused mass extinctions?
108. Can we prevent extinction?
109. Why were some dinosaurs so large?
110. How will ecosystems respond to global warming?
111. How many kinds of humans coexisted in the recent past, and how did they relate?
112. What gave rise to modern human behavior?
113. What are the roots of human culture?
114. What are the evolutionary roots of language and music?
115. What are human races, and how did they develop?
116. Why do some countries grow and others stagnate?
117. What impact do large government deficits have on a country's interest rates and economic growth rate?
118. Are political and economic freedom closely tied?
119. Why has poverty increased and life expectancy declined in sub-Saharan Africa?
The following six mathematics questions are drawn from a list of seven outstanding problems selected by the Clay Mathematics Institute. (The seventh problem is discussed on p.
96.) For more details, go to www.claymath.org/millennium.Следующие шесть вопросов математики взяты из списка семи выдающихся проблем, отобранных Институтом Математики
(Clay). (Седьмая проблема обсуждена на p. 96.) Более детально см. www.claymath.org/millennium .120. Is there a simple test for determining whether an elliptic curve has an infinite number of rational solutions?
121. Can a Hodge cycle be written as a sum of algebraic cycles?
122. Will mathematicians unleash the power of the Navier-Stokes equations?
123. Does Poincaré's test identify spheres in four-dimensional space?
124. Do mathematically interesting zero-value solutions of the Riemann zeta
function all have the form a bi?
125. Does the Standard Model of particle physics rest on solid mathematical foundations?