Co było przed Wielkim Wybuchem?
Pytanie to jest bardziej skomplikowane, niż się wydaje, ponieważ Wielki Wybuch nie musi oznaczać momentu powstania wszystkiego z niczego. Obecne teoria opisuje ewolucję bardzo gorącego i gęstego, rozszerzającego się wszechświata. Wiemy, że około 13,8 miliarda lat temu znajdował się on w stanie ekstremalnie wysokiej temperatury i gęstości, a później zaczął się rozszerzać i ochładzać. Obserwujemy dziś między innymi mikrofalowe promieniowanie tła, które jest pozostałością bardzo wczesnego etapu tej ewolucji. Problem zaczyna się, gdy próbujemy cofnąć równania ogólnej teorii względności aż do samego początku. Pojawia się wtedy osobliwość, czyli sygnał, iż nasze obecne prawa fizyki przestają wystarczać.
Nie wiemy więc, czy istniało jakieś “przedtem”. Możliwe, że czas sam jest częścią naszego wszechświata i pytanie, o to, co było wcześniej jest podobne do pytania pt. co znajduje się na północ od bieguna północnego?. Istnieją jednak modele, w których poprzedni Wszechświat zapadł się i odbił w nowy, a także modele inflacyjne, kosmologii cyklicznej czy scenariusze wieloświata. Na razie nie mamy jednak obserwacyjnego potwierdzenia żadnego z nich. Największym problemem jest stworzenie teorii, która połączyłaby grawitację z mechaniką kwantową i pozwoliła wiarygodnie opisać najwcześniejszy moment istnienia wszechświata.
Jak powstało pierwsze życie na Ziemi?
Wiemy, że życie pojawiło się na Ziemi stosunkowo wcześnie w jej historii. Najstarsze potencjalne ślady sięgają ponad 3,5 miliarda lat wstecz, choć interpretacja niektórych jeszcze starszych struktur jest przedmiotem dyskusji. Wiemy również, że wczesna Ziemia posiadała wodę, źródła energii, a także ogromną różnorodność prostych związków chemicznych. W laboratoriach udało się pokazać, że cząsteczki organiczne mogą powstawać spontanicznie w warunkach przypominających niektóre środowiska młodej Ziemi. Nadal jednak brakuje nam ciągłego eksperymentalnego łańcucha prowadzącego od prostej chemii do pierwszego systemu zdolnego do samoreplikacji i ewolucji.
Czytaj też: Jak wyglądała Polska 100 milionów lat temu?
Istnieje kilka głównych hipotez. W jednej z nich kluczową rolę odgrywa RNA, które może zarówno przechowywać informację, jak i katalizować reakcje chemiczne. Inne scenariusze wskazują na kominy hydrotermalne na dnie oceanów, powierzchnie minerałów, małe zbiorniki wodne lub cykle wysychania i nawadniania. Jest też hipoteza panspermii, według której podstawowe składniki lub nawet proste formy życia mogły przybyć z kosmosu. Nie rozwiązuje ona jednak fundamentalnego problemu – jedynie przesuwa pytanie o początek życia gdzie indziej. Wciąż nie wiemy, czy życie powstało w jednym konkretnym miejscu i sposób, czy też abiogeneza może zachodzić stosunkowo łatwo w odpowiednich warunkach.
Czym jest świadomość?
Wiadomo bardzo dużo o tym, które obszary i procesy mózgowe są związane ze świadomością. Zmiany aktywności mózgu podczas snu, narkozy, śpiączki czy uszkodzeń neurologicznych pokazują, że świadomość jest silnie związana z działaniem mózgu. Potrafimy nawet badać korelaty świadomego doświadczenia i przewidywać pewne stany świadomości na podstawie aktywności neuronalnej. Nadal jednak pozostaje fundamentalne pytanie: dlaczego procesy fizyczne w mózgu w ogóle powodują subiektywne doświadczenie?
Możliwe wyjaśnienia są bardzo różne. Teorie takie jak Global Workspace Theory sugerują, że świadomość pojawia się, gdy informacja zostaje szeroko udostępniona wielu systemom mózgu. Integrated Information Theory wiąże ją z określonym rodzajem zintegrowanej informacji. Inne podejścia traktują świadomość jako właściwość wynikającą z określonego rodzaju przetwarzania informacji. Nadal nie wiemy, która – jeśli którakolwiek – z tych teorii jest poprawna. Nie wiemy też, czy świadomość jest wyłącznie właściwością biologicznych mózgów, czy może pojawić się w dowolnym wystarczająco złożonym systemie przetwarzającym informacje.
Odkrywamy matematykę czy ją wymyślamy?
To pytanie znajduje się na granicy matematyki i filozofii. Z jednej strony matematyczne struktury wydają się istnieć niezależnie od człowieka. Nawet gdyby nikt nie istniał, liczba pierwsza 17 nadal miałaby określone własności. To prowadzi do platonizmu matematycznego, a więc poglądu, w myśl którego matematyczne obiekty istnieją niezależnie od naszych umysłów, a matematycy je odkrywają.
Z drugiej strony sposób zapisywania matematyki, aksjomaty, definicje i systemy formalne są niewątpliwie ludzkimi konstrukcjami. Możemy stworzyć różne geometrie, logiki czy systemy liczb. Dlatego można argumentować, że wymyślamy język matematyki, lecz jednocześnie odkrywamy konsekwencje, które z niego wynikają. Szczególnie fascynujące jest to, że matematyka wymyślona przez ludzi często niespodziewanie okazuje się niezwykle skuteczna w opisywaniu świata fizycznego. Nie wiemy, dlaczego rzeczywistość tak dobrze pasuje do struktur matematycznych ani czy jest to głęboka właściwość wszechświata, czy konsekwencja sposobu, w jaki ludzki umysł wybiera i rozwija użyteczne systemy matematyczne.
Dlaczego śnimy?
Wiemy, że sny występują szczególnie intensywnie podczas fazy REM, choć mogą pojawiać się również w innych fazach snu. Podczas REM mózg może być bardzo aktywny, mimo że ciało znajduje się w stanie głębokiego rozluźnienia mięśni. Sny często łączą wspomnienia, emocje i wydarzenia w niezwykłe, nielogiczne historie. Wiemy też, że sen jest niezwykle ważny dla pamięci, uczenia się i regulacji emocjonalnej. Nie oznacza to jednak automatycznie, że same sny mają jedną określoną funkcję.
Czytaj też: Polacy wrócili na miejsce słynnej bitwy. Pola pod Grunwaldem skrywały 10 artefaktów z czasów średniowiecza
Istnieje kilka konkurencyjnych hipotez. Według jednej sny są produktem ubocznym aktywności mózgu podczas konsolidacji wspomnień. Według innych mogą pomagać w przetwarzaniu emocji, symulowaniu potencjalnych zagrożeń albo testowaniu zachowań społecznych. Jeszcze inne teorie sugerują, jakoby mózg podczas snu próbował nadać sens spontanicznej aktywności neuronalnej. Możliwe również, że nie ma jednej funkcji snów: różne rodzaje snów mogą być rezultatem różnych procesów. Największą trudnością jest oczywiście to, iż nie możemy bezpośrednio obserwować czyjegoś subiektywnego snu; możemy jedynie porównywać jego relację z aktywnością mózgu.
Czy informacja może przetrwać w czarnej dziurze?
To jeden z największych problemów współczesnej fizyki. W mechanice kwantowej informacja o stanie układu powinna być zachowana – przynajmniej w zasadzie, stan przyszły powinien być jednoznacznie związany ze stanem wcześniejszym. Tymczasem czarna dziura może pochłonąć materię, a według przewidywań Stephena Hawkinga emitować następnie promieniowanie Hawkinga. Jeśli czarna dziura ostatecznie wyparuje, pojawia się pytanie: co stało się z informacją o wszystkim, co do niej wpadło? Gdyby została bezpowrotnie zniszczona, byłoby to sprzeczne z fundamentalnymi zasadami mechaniki kwantowej.
Większość współczesnych fizyków skłania się ku temu, iż informacja jednak nie ginie, lecz nie mamy jeszcze pełnego, eksperymentalnie potwierdzonego obrazu tego procesu. Jedną z najważniejszych idei jest zasada holograficzna, według której informacja o obiekcie znajdującym się wewnątrz czarnej dziury może być w pewnym sensie zakodowana na jej powierzchni, czyli horyzoncie zdarzeń. W ostatnich latach pojawiły się również modele, w których informacja jest odzyskiwana poprzez niezwykle subtelne korelacje w promieniowaniu Hawkinga. Problem pozostaje jednak nierozwiązany w pełnym, fundamentalnym sensie, ponieważ potrzebujemy teorii kwantowej grawitacji.
Jak zwierzęta widzą pole magnetyczne?
Niektóre zwierzęta potrafią wykorzystywać pole magnetyczne Ziemi do orientacji. Dotyczy to między innymi ptaków wędrownych, żółwi morskich, ryb, owadów i prawdopodobnie wielu innych organizmów. Wiemy z eksperymentów, że zmiana pola magnetycznego może zmienić kierunek ich ruchu. Znacznie trudniejsze jest jednak pytanie o to, jak to działa. Innymi słowy, jaki narząd lub mechanizm fizyczny zamienia niewidzialne pole magnetyczne na sygnał nerwowy?
Jednym z głównych kandydatów są kryptochromy, białka występujące chociażby w oczach ptaków. Jedna z hipotez zakłada, że reakcje chemiczne zachodzące w tych białkach zależą od orientacji względem pola magnetycznego, dzięki czemu zwierzę może uzyskać coś w rodzaju obrazu pola magnetycznego. Inna możliwość zakłada istnienie cząstek magnetycznych, na przykład magnetytu, działających jak mikroskopijny kompas. Możliwe też, że różne gatunki korzystają z różnych mechanizmów. Nadal nie mamy pełnego obrazu tego, jak sygnał magnetyczny jest odbierany, przetwarzany przez układ nerwowy i zamieniany w świadomą lub nieświadomą informację o kierunku.
Co znajduje się głęboko pod powierzchnią naszej planety?
Ziemia ma promień niecałych 6400 kilometrów, podczas gdy najgłębsze odwierty wykonane przez człowieka sięgają zaledwie kilkunastu kilometrów. Mówiąc krótko, bezpośrednio zbadaliśmy jedynie bardzo cienką warstwę naszej własnej planety. O wnętrzu Ziemi dowiadujemy się głównie z fal sejsmicznych, pola magnetycznego, pomiarów grawitacyjnych oraz eksperymentów laboratoryjnych odtwarzających ekstremalne ciśnienie i temperaturę. Dzięki temu wiemy, że pod skorupą znajduje się płaszcz, a jeszcze głębiej – płynne jądro zewnętrzne i stałe jądro wewnętrzne.
Czytaj też: Życie rozwija się tam, jak na obcej planecie. Badania ujawniły nieznane obszary różnorodności
Nie znamy jednak wszystkich szczegółów. Płaszcz nie jest jednorodną masą. Zachodzą w nim gigantyczne ruchy materiału, a jego skład i temperatura zmieniają się wraz z głębokością. Nadal badamy również strukturę głębokiego jądra i procesy odpowiedzialne za ziemskie pole magnetyczne. Co ciekawe, pod powierzchnią istnieje także głęboka biosfera: mikroorganizmy żyjące w skałach i osadach wiele kilometrów pod ziemią. Nie wiemy jeszcze, jak głęboko może sięgać życie ani jak różnorodne są te ekosystemy.
Czy zwierzęta rozumieją koncepcję śmierci?
To niezwykle trudne pytanie, ponieważ nie możemy po prostu zapytać zwierzęcia, co rozumie przez śmierć. Wiemy jednak, iż wiele gatunków reaguje specyficznie na martwe osobniki. Słonie mogą długo pozostawać przy ciałach swoich pobratymców, naczelne noszą martwe młode, a niektóre kruki i inne inteligentne ptaki wykazują szczególne zachowania wobec martwych osobników. Takie obserwacje sugerują, że zwierzęta rozpoznają zmianę stanu drugiego organizmu, choć niekoniecznie oznaczają rozumienie śmierci w abstrakcyjnym ludzkim sensie.
Najbardziej prawdopodobne jest, że istnieje kontinuum. Zwierzę może rozumieć, że osobnik nie reaguje, że nie wróci do aktywności albo że jego ciało zmieniło się w sposób trwały, bez posiadania pojęcia śmierci jako uniwersalnego procesu biologicznego. U najbardziej inteligentnych gatunków, na przykład słoni, kruków, wielorybów i naczelnych, możliwe są bardziej złożone reprezentacje. Nie wiemy jednak, czy którekolwiek zwierzę posiada coś odpowiadającego ludzkiej abstrakcyjnej koncepcji nieodwracalności śmierci i własnej śmiertelności. To jeden z przypadków, gdzie granica między zachowaniem możliwym do zmierzenia a subiektywnym rozumieniem jest wyjątkowo trudna do przekroczenia.
Czy sztuczna inteligencja może posiąść świadomość?
Zanim zaczniemy nad tym dywagować, musimy zdefiniować, czym dokładnie jest świadomość. Dzisiejsze systemy AI potrafią prowadzić rozmowy, rozwiązywać problemy, tworzyć obrazy i wykazywać zachowania, które z zewnątrz mogą wyglądać na inteligentne. Nie mamy jednak naukowego sposobu, który pozwoliłby jednoznacznie stwierdzić, że dany system posiada subiektywne doświadczenia. Innymi słowy, nawet gdyby AI powiedziała, iż czuje ból, to samo zdanie nie dowodziłoby jeszcze istnienia doświadczenia bólu.
Możliwe są trzy szerokie scenariusze. Pierwszy: świadomość wymaga biologicznego mózgu i AI nigdy jej nie osiągnie. Drugi: świadomość jest rezultatem odpowiednio zorganizowanego przetwarzania informacji, więc odpowiednio zaawansowana AI może ją posiadać. Trzeci: świadomość może wymagać jeszcze nieznanych właściwości fizycznych, których obecne komputery nie mają. Problem polega na tym, iż nie znamy jeszcze kryterium rozstrzygającego między tymi możliwościami. Co więcej, jeśli kiedyś stworzymy system potencjalnie świadomy, możemy stanąć przed niezwykle trudnym problemem: jak odróżnić prawdziwe doświadczenie od perfekcyjnej symulacji zachowania świadomej istoty?