Джон Брокман - Во что мы верим, но не можем доказать: Интеллектуалы XXI века о современной науке

Нейтрино легче электрона больше чем в миллион раз. Существование этой частицы было предсказано в 20‑х годах и подтверждено в 50‑х годах XX века. Она играет важную роль в создании звезд, Солнца и тяжелых элементов. Это неуловимая, невидимая и слабовзаимодействующая частица. Она тоже считается элементарной и неделимой. Но так ли это?

Кварки не существуют как свободные объекты, кроме как на чрезвычайно крошечных расстояниях, внутри частиц – протонов и нейтронов, из которых состоят атомные ядра. С начала 1960‑х годов считается, что кварки – неделимые и самые важные «кирпичики» ядра. Но так ли это?

Природа создала два набора дополнительных, совершенно необъяснимых точных копий электрона, нейтрино и двух наиболее распространенных типов кварков («верхнего» и» нижнего»). Каждый набор идентичен двум другим по всем параметрам, за исключением того, что массы этих частиц радикально отличаются друг от друга. Каждый набор включает четыре элементарных частицы. Таким образом, мы получаем 12 различных частиц, и все они считаются неделимыми, точечными и элементарными. Но так ли это?

В свое время атом, атомное ядро и протон тоже считали элементарными и неделимыми, но позже оказалось, что они состоят из еще более элементарных «строительных блоков». И разве мы можем быть настолько высокомерными, чтобы исключить возможность того, что это произойдет снова? Зачем природе создавать 12 разных объектов, с упорядоченными паттернами электрических зарядов и «цветных сил» с простыми соотношениями зарядов между, на первый взгляд, не связанными между собой частицами (например, электроном и кварком) и с паттернами массы, которые, кажется, возникли в результате лотереи? Разве это не указывает на наличие подчастиц еще меньшего размера?

Нет абсолютно никаких экспериментальных данных, подтверждающих существование таких подчастиц. Нет никакой удовлетворительной теории, которая могла бы объяснить, как такие легкие и крошечные частицы способны содержать объекты, движущиеся с огромной энергией (требование квантовой механики). Именно поэтому, видимо, общепринятое представление специалистов по физике частиц заключается в том, что мы уже достигли самого элементарного уровня структуры материи.

Уже больше 20 лет мы надеемся на то, что весь этот богатый спектр так называемых элементарных частиц удастся объяснить по мере того, как будут созданы разные модели взаимодействия струн. Мы предположили, что в основании иерархии, описывающей структуру материи, лежат крошечные струны, или мембраны, а не точечные объекты. Однако, несмотря на блестящие и оригинальные догадки и математические расчеты, до сих пор никакие экспериментальные данные не удалось объяснить с помощью гипотезы струн.

На основании здравого смысла и наблюдения за паттернами известных частиц, безо всяких экспериментальных данных и без какой-либо целостной теории, я уже много лет продолжаю верить, что электрон, нейтрино и кварк являются делимыми частицами. Возможно, они состоят из разных комбинаций небольшого числа (двух?) еще более крохотных подчастиц. Возможно, эти подчастицы не имеют структуры струн и сами могут – или не могут – состоять из более простых частиц.

Доживем ли мы до того дня, когда увидим, из чего состоит электрон?

Дональд Вильямсон – биолог Порт-Эринской морской лаборатории Ливерпульского университета (Великобритания). Автор книги «Происхождение личинок».

Я верю, что могу объяснить Кембрийский взрыв.

Кембрийским взрывом называют появление огромного количества видов животных за относительно короткий период геологического времени, начавшийся больше 500 миллионов лет назад. Я верю, что это произошло благодаря скрещиванию.

Многие хорошо сохранившиеся ископаемые Кембрийского периода были найдены в сланцах Бёрджесс в канадских Скалистых горах. Среди этих ископаемых – множество маленьких мягкотелых животных. Некоторые из них относятся к видам планктона, но среди них вообще нет личинок. У некоторых из этих ископаемых передняя часть тела напоминает одно животное, а задняя часть – другое. В этом они похожи на современные личинки: личинки не похожи на взрослых особей своего вида. Они больше напоминают других животных. Я накопил достаточно свидетельств того, что основные формы личинок действительно появлялись как животные других групп, и что такие формы передавались путем скрещивания. Животные, имеющие личиночную стадию, называются «последовательными химерами». У этих существ начальная форма тела – личинка – в процессе развития сменяется другой формой, взрослой. Я верю, что в Кембрийский период не существовало настоящих личинок. Были только псевдоличинки, у которых начальная форма превращалась в переднюю часть взрослого животного. Скрещивания, происходившие в Кембрийский период, привели к появлению «параллельных химер» – состоящих из двух отдаленно связанных между собой форм.

Около 600 миллионов лет назад, незадолго до начала Кембрийского периода, впервые появились многоклеточные животные. Я согласен с предположением Дарвина, что существовало несколько разных форм многоклеточных, – он говорил о четырех или пяти. Я считаю, что эти формы возникли в результате скрещивания между разными одноклеточными, живущими колониями. (Одноклеточные организмы часто живут в колониях, состоящих из множества похожих клеток.) Все кембрийские животные были морскими, и, как большинство современных морских животных, они выпускали яйца и сперму в воду, где и происходило оплодотворение. Яйца одного вида часто встречались со спермой другого вида, а механизмы, препятствующие скрещиванию, были еще плохо развиты. У ранних животных были небольшие геномы, и поэтому у их клеток было достаточно генетической емкости. Эти факторы часто приводили к успешному скрещиванию животных разных видов. В результате возникли «параллельные химеры». Скрещивались между собой не только первоначальные многоклеточные, но и новые животные, уже возникшие в итоге межвидового скрещивания. Это и привело к бурному развитию разных форм животных.

Скрещивания, в результате которых появились первые личинки, начались намного позже, когда в клеточных ядрах почти не было места для новых генов, и этот процесс продолжается до сих пор. У иглокожих (к этой группе относятся морские ежи и морские звезды) не было личинок ни в Кембрийский, ни в последующий Ордовикский период. Возможно, это относится и к другим основным группам животных. Я думаю, что обретение частей тела (а не личинок) с помощью скрещивания продолжалось в течение этих двух периодов, а может быть, и позже. Но геномы становились все больше и заполняли доступное пространство в ядрах клеток. Поэтому более поздние скрещивания все реже и реже приводили к изменению взрослых форм. Возможно, они приводили к возникновению личинок. Механизмы, препятствующие оплодотворению яиц спермой животных другого вида, постепенно совершенствовались. В итоге успешных скрещиваний становилось все меньше, но случайные скрещивания имеют место до сих пор.