Самые значительные открытия в XXI веке

     За последние 17 лет мы стали свидетелями огромного количества важнейших научных открытий, которые способны изменить будущее. Настоящие прорывы были сделаны в медицине, физике, биологии, генной инженерии, истории, математике, астрономии и других областях.

     Некоторые гипотезы и выводы ученых настолько уникальны, что ставят под сомнение основы многих фундаментальных наук. Другие стали подтверждением теорий, которые были выдвинуты многие годы тому назад.

     Для скептиков, которые к науке относятся пренебрежительно и заявляют, что ни на что ваши ученые не способны, даже рак лечить не научились, приведем простой пример. Каких-нибудь четыре поколения назад, в 1918 году, за несколько месяцев в Европе от эпидемии гриппа умерло по разным сведениям от 50 до 100 миллионов человек. Столько же, сколько сегодня проживает в Германии (83 миллиона). А это вторая по численности населения страна в Европе. Умирало по преимуществу молодое население: 20-40 лет.

     Много сегодня вы знаете смертельных случаев от гриппа? Надо еще что-то доказывать?  Итак, перечислим 20 наиболее значимых научных открытий XXI века.

      Наряду с фундаментальными открытиями XXI век ознаменовался интереснейшими находками археологов. Например, в 2016 году в гробнице Тутанхамона обнаружены 2 тайные комнаты, в которых найдены органические остатки, которые, возможно, принадлежат знаменитой царице Нефертити.

     Остановимся на некоторых важных открытиях.

1. КИБЕРНЕТИКА – Создан робот с биологическим мозгом.

     В 2008 году ученые Англии создали первого в мире киборга – полуживого робота с мозгом на основе 300 тысяч крысиных нейронов.

     Первый робот с биологическим мозгом получил собственное имя Гордон, он был оснащен платформой для передвижения у ультразвуковым сенсором, сканирующим местность при езде. Сигналы от него идут в мозг, и возникающая обратная связь управляет движением.

     Ученым удалось добиться обучаемости Гордона, поскольку нейроны обладают памятью.

     При этом киборг не управляется извне. А контролируется серым веществом, доставшимся от крысы. Это первый шаг  по созданию полноценных киборгов на основе не десятка тысяч, а миллиарда нейронов, что произойдет, скорее всего, до конца текущего столетия.

2. ФИЗИКА – Проведены успешные опыты по дальней квантовой телепортации.

     Под квантовой телепортацией понимается не перемещение физических объектов, а передача информации о состоянии элементарной частицы или атома. Самое важное для этого – расстояние. Вплоть до XXI века подобную связь удавалось обеспечить только на уровне микромира.

     В 2009 году ученым Мерилендского университета удалось передать квантовое состояние иона иттербия на расстояние 1 метр.

     Затем инициативу перехватили китайские ученые, сначала обеспечив квантовую связь на дистанции 120 км. , а в 2017 году – осуществить первую космическую квантовую телепортацию со спутника «Мо-Цзы» на 3 наземных лаборатории, расстояние до которых 1203 км.

     Это открытие позволит в будущем создать абсолютно защищенные системы связи, которые, даже теоретически, не смогут взломать хакеры.

3. АСТРОФИЗИКА – Доказано существование гравитационных волн.

     Открытие гравитационных волн – важнейшее достижение 2016 года. В 2017 год их первооткрывателям Райнеру Вайссу, Бэрри Бэришу и Кипу Торну была присуждена Hобелевская премия по физике. С помощью интероферметических обсерваторий LIGO и  VIRGO, расположенных в США и Италии, удалось зафиксировать гравитационные волны, образовавшиеся в результате слияния двух черных дыр на расстоянии в1,3 млрд световых лет от солнца.

     Тем самым исследователи подтвердили достоверность Общей теории относительности Эйнштейна, предсказавшей наличие гравитационных волн еще в начале XX века (на уровне теории).

4. БИОЛОГИЯ – Получены стволовые клетки не из эмбрионов, а из зрелых тканей.

     В 2012 году Hобелевская премия по физиологии и  медицине была вручена английскому биологу Джону Гордону и его японскому коллеге Сине Яманаке, создавших из обычных клеток стволовые, т.е. способные составлять любые органы. Для этого ученые ввели в клетки соединительной ткани всего 4 гена и в результате фибропласты превратились в незрелые стволовые клетки, обладающие свойствами эмбриональных, что дает возможность вырастить любой орган – от печени до сердца. Таким образом была практически доказана обратимость специализации клеток.

     Уже сейчас вырастить внутренний орган из стволовых клеток не является сложной задачей, а через 20-30 лет создание печени и почек из своих же клеток, скорее всего, станет тривиальным.

5. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ – Создан сверхпрочный материал  ГРАФЕН.

     Этот уникальный по прочности материал, который впервые был получен русскими физиками (работающими в Англии) Констатином Новоселовым и Андреем Гаймом в 2004 году. В 2010 году за это открытие они получили Нобелевскую премию. В настоящее время материал исследуется и уже применяется в некоторых изделиях. Важные особенности графена: второй по прочности (после карбина) из известных в настоящее время; великолепный проводник, с помощью которого достигаются великолепные электронные эффекты; обладает высочайшими показателям теплопроводности, что позволяет использовать его в полупроводниковой электронике без опасений ее перегрева. Особые надежды возлагаются на графен в плане его применения в сверхьемких аккумуляторах, которых так не хватает электромобилям.

6. ИМУНОТЕРАПИЯ — Иммунотерапия произвела революцию в лечении рака, используя иммунную систему для борьбы с опухолями.

     В частности, ингибиторы иммунной контрольной точки (immune checkpoint inhibitors) продемонстрировали большие надежды в лечении больших опухолей, таких как меланома и немелкоклеточный рак легких. Предполагается, что когда-нибудь варианты иммунотерапии будут существовать для всех типов опухолей.

7. ИННОВАЦИИ В РОБОТИЗИРОВАННОЙ ХИРУРГИИ

— роботизированные решения для хирургических вмешательств проходят менее инвазивно и быстрее, и часто связаны с улучшением клинических результатов, таких как сокращение времени выздоровления и уменьшение боли.

     Роботы в операционной дают возможность хирургам достигать предельной точности в хирургии. Сегодня хирургические роботоплатформы очень развиты и используются везде, от позвоночника до эндоваскулярных процедур. Например, хирургическая система da Vinci, которая, вероятно, является самой известной платформой для роботизированной хирургии, переводит виртуальные движения рук хирурга в мельчайшие движения, совершаемые роботом внутри тела. Все это визуализируется с помощью лапароскопии. Система da Vinci была использована в лечении более чем 3 миллионов больных во всем мире.

8. ФИЗИКА – Обнаружен бозон Хиггса или «частица Бога».

     В июле 2012 года был открыт Большой адронный коллайдер близ Женевы. На создание которого было затрачено 6 млрд долларов. Ученые обнаружили т.н. «частицу Бога», существование которой было предсказано еще в 60-х годах британским физиком Питером Хиггсом, в честь которого она и была названа.

     Благодаря экспериментальному доказательству бозона Хиггса фундаментальная физика получила последнее недостающее звено для построения пренормируемой квантовой теории поля Данная, которая является продолжением классической квантовой механики, однако качественно меняет взгляд на картину микромира и Вселенной в целом.

     Практическое значения открытия бозона Хиггса заключается в том, что ученым открываются перспективы разработки антигравитации и разработки двигателей, которым для работы не требуется энергия.

9. СВЕРХБЫСТРЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ — Появились ПК работающие по новым принципам.

     Компьютер был изобретен в прошлом веке, однако великие открытия XXI века в науке «Информатика» происходят сегодня. Это сверхбыстрые квантовые компьютеры, способные обрабатывать тетрабайты информции в считанные секунды.

     Основное их предназначение – сложные научные и финансовые расчеты, построение компьютерных моделей для прогнозирования будущих событий. Они уже используются во многих областях человеческой деятельности, правда доступ к ним ограничен (это, в основном, ученые, экономисты, военные).

10. ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ

— Способен охватывать широкие области информации.

     Британская энциклопедия определяет искусственный интеллект (ИИ) как “способность цифрового компьютера или робота с компьютерным управлением выполнять задачи, обычно связанные с разумными существами. Этот термин часто применяется к проекту разработки систем, наделенных интеллектуальными процессами, характерными для человека. Например, способность рассуждать, открывать смысл, обобщать или учиться на прошлом опыте”.

     Хотя технологии искусственного интеллекта соответствовали выполнению человеком задач, таких как математические вычисления или игра в шахматы, им еще предстоит сопоставить человеческую способность охватывать широкие области информации.

11. НЕЙРОЛОГИЯ – В 2014 году ученым Массачусетского университета удалось внедрить в память подопытных мышей ложные воспоминания.

     Им в голову были вживлены оптоволоконные провода, присоединенные к участкам мозга, ответственным за формирование памяти. По ним передавались лазерные синапсы, которые воздействовали на определенные участки нейронов. В результате удалось добиться как стирания некоторых воспоминаний мышей, так и формирования ложных.

     Возможно создатели фильма «Вспомнить все», были не так уж далеки от истины, изображая будущее, где человеку можно записывать новые воспоминания и стирать старые.

12. АСТРОФИЗИКА – Обнаружены планета Эрида и вода на Марсе.

     В 2005 году группой американских астрономов из обсерватории «Джемини» Йельского и Калифорнийского университетов было открыто небесное тело, движущееся за орбитой Плутона. Дальнейшие исследования показали, что открытая планета Эрида по размерам немного уступает Плутону. Вокруг нее вращается довольно крупный спутник, получивший название Дисномия. Вся планета покрыта ярко-белым льдом, поскольку ее отражающая поверхность уступает только спутнику  Сатурна Энцепаду.

     Второе важнейшее открытие – обнаружение воды на Марсе. Еще в 2002 году орбитальный аппарат «Одиссей» обнаружил признаки наличия над поверхностью планеты водяного льда. В 2005 году были засняты кратеры с явственными признаками водяных потоков, окончательное подтверждение дал американский зонд «Феникс».

Гарантированное наличие воды на красной планете снимает главное ограничение для ее колонизации. Америка планирует запустить пилотируемую миссию на Марс  уже в 2030 годы. Идет разработка ядерного двигателя для этой цели в России.

13. БИОТЕХНОЛОГИИ – Создана первая в мире синтетическая бактериальная клетка.

      В 2010 году  группа ученых под руководством Крейга Вентера добились прорыва в амбициозном проекте по созданию новой жизни.

     Биологи взяли геном бактерии Mycolasma genetalium и систематически удаляли из него гены, чтобы определить минимальный набор клеток, необходимый для жизни. Оказалось,что он должен включать в себя 382 гена, составляющих основу жизни.

    После этого они «с нуля» составили искусственный геном, который пересадили в клетку использованной бактерии, из которой были удалены собственные комплексы ДНК.

     Искусственная клетка, которая получила собственное имя Синтия оказалась жизнеспособной и начала активно делиться.

    Это дает возможность создания более сложных организмов с заданными параметрами (производство вакцин, даже топливо для автомобилей), в перспективе создание клетки, поглощающей углекислый газ.

14. БИОНИКА – Сконструированы биопротезы, управляемые силой мысли.

     Еще недавно утраченные конечности людям заменяли пластиковые муляжи или даже крюки. В последние два года наука сделала огромные шаги в создании биопротезов, управляемых силой мысли и даже передающих ощущения от искусственных пальцев в мозг. В 2010 году английская фирма «RSL Steeper» представила биопротез руки, с помощью которого человек способен открывать дверь ключом, разбивать яйца на сковородку, снимать деньги в банкомате и даже держать пластиковый стакан. Его можно раздавить при чрезмерном усилии, но ученые добились того, что силу сжатия пальцев можно варьировать.

     В 2016 году был создан протез, которым можно управлять не только силой мысли, но изделие оснащено датчиками чувствительности, подключенными к нервным окончаниям культи. Таким образом создана обратная связь, пациент может ощущать тепло.

     Пока такие протезы достаточно дорогие. Но уже в ближайшее время можно рассчитывать на их более широкую доступность.

15. ТАЙНЫЕ КОМНАТЫ В ГРОБНИЦЕ ТУТАНХАМОНА —

Археологи при помощи специальной радиолокационной установки обнаружили в гробнице две тайные комнаты.

     По мнению специалистов, гробница, в которой ранее покоился правитель древнего Египта, была приготовлена для Нефертити. Но из-за внезапной ранней смерти Тутанхамона его положили именно здесь.

Самые крупные открытия 21 века, Топ 10

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вопреки упадническим настроениям, наука в XXI веке не только не снизила темпов, но и заметно продвинулась в фундаментальных дисциплинах. Наиболее динамично развиваются физика и биотехнологии, где учеными были достигнуты успехи, которые могут претендовать на звание революционных.

В первые два десятилетия 21-го века наука обогатилась целым рядом открытий, которые в перспективе могут значительно повлиять на качество жизни каждого человека. Чего стоит только получение стволовых клеток из кожи взрослого человека, дающее возможность выращивать нужные органы без использования эмбриональных клеток!

Фундаментальное открытие гравитационных волн дает человечеству надежду на путешествия между звездами, а из нового материала графен совсем скоро будут производить сверхъемкие аккумуляторы. Впрочем, обо всем по порядку: в нижеприведенном рейтинге мы постарались систематизировать важнейшие научные открытия 21 века по степени их значимости для человечества.

Наряду с фундаментальными открытиями, 21-й век ознаменовался интереснейшими находками археологов. Например, в 2016-м г. в гробнице Тутанхамона были обнаружены сразу две тайные комнаты. Найденные там органические останки, возможно, принадлежат знаменитой царице Нефертити

ТОП-10 самых значительных научных открытий XXI века

10. БИОНИКА. Сконструированы биопротезы, управляемые силой мысли

Еще недавно утраченные конечности людям заменяли пластиковые муляжи или даже крюки. В последние два десятилетия наука сделала огромный шаг в создании биопротезов, управляемых силой мысли и даже передающих ощущения от искусственных пальцев в мозг. В 2010 г. английская фирма «RSLSteeper» представила биопротез руки, с помощью которого человек способен открывать двери ключом, разбивать яйца на сковородку, снимать деньги в банкомате и даже держать пластиковый стаканчик.

Одноразовый стакан  легко раздавить при чрезмерном усилии, но ученые добились того, что силу сжатия пальцев можно варьировать. Управляющие сигналы для этого снимаются с грудных мышц тела.

Другая компания «Bebionic» в 2016 г. изготовила для инвалида Найджела Экленда бионический протез руки, которым не только можно управлять силой мысли. Вдобавок к этому  изделие оснащено датчиками чувствительности, подключенными к нервным окончания культи. Таким образом, достигается обратная связь, чтобы пациент мог чувствовать прикосновения и тепло. Пока биопротезы являются достаточно дорогими, однако благодаря развитию 3D-печати уже в ближайшее время прогнозируется их более широкая доступность.

Разработка биопротезов ведется и в России – в рамках проекта «Моторика» недавно была создана бионическая рука «Страдивари», которая силой мысли может производить 6 видов хватов. В запястье разработчики встроили электронные часы

9. БИОТЕХНОЛОГИИ. Создана первая в мире синтетическая бактериальная клетка

В 2010 г. группа ученых под руководством Крейга Вентера добилась прорыва в амбициозном проекте по созданию ни много, ни мало – новой жизни. Биологи взяли геном бактерии Mycoplasma genitalium и систематически, один за другим, удаляли из него гены, чтобы определить минимальный набор, необходимый для жизни. Оказалось, что он должен включать 382 гена, составляющих, как бы основу жизни. После этого ученые уже «с нуля» составили искусственный геном, который пересадили в клетку бактерии Mycoplasma capricolum, из которой предварительно были удалены собственные комплексы ДНК.

Искусственная клетка, которая даже получила собственное имя – Синтия, оказалась жизнеспособной и начала активно делиться.

Данный успех открывает перед биотехнологами широчайшие возможности по созданию гораздо более сложных организмов с заданными параметрами. Уже сейчас конструируются искусственные клетки, которые смогут производить вакцины и даже топливо для автомобилей, а в перспективе биологи надеются создать бактерию, которая бы поглощала углекислый газ. Такой микроорганизм мог бы помочь в ликвидации парникового эффекта на Земле, а также в терраформировании Марса и Венеры.

Так выглядит первая в мире размножившаяся искусственная клетка Синтия под электронным микроскопом

8. АСТРОФИЗИКА. Обнаружены планета Эрида и вода на Марсе

К крупнейшим открытиям 21 века можно отнести сразу две «космические» находки. В 2005 г. группой американских астрономов из обсерватории «Джемини», Йельского и Калифорнийского университетов было открыто небесное тело, движущееся за орбитой Плутона. Дальнейшие исследования показали, что малая планета, получившая название Эрида, по размерам лишь немного уступает Плутону. В 2006 г. это небесное тело сфотографировал орбитальный телескоп «Хаббл», обнаружив вращающийся вокруг него довольно крупный спутник, получивший название Дисномия. Предполагается, что по физическим характеристикам Эрида похожа на Плутон, а ее поверхность, скорее всего, покрыта ярко-белым льдом, поскольку альбедо (отражающая способность) планетоида уступает только спутнику Сатурна Энцеладу.

Эрида является второй по величине из известных на сегодня транснептуновых планет, лишь немного уступая Плутону

Вторым крупнейшим открытием 21 века в исследовании Солнечной системы является обнаружение воды на Марсе. Еще в 2002 г. орбитальный аппарат «Одиссей» обнаружил признаки наличия под поверхностью планеты водяного льда. В 2005 г. европейский аппарат «Марс-Экспресс» заснял кратеры с явственными следами водяных потоков, а окончательно развеял сомнения американский зонд «Феникс». В 2008 г. он сел в окрестностях Северного полюса и в одном из экспериментов – успешно выделил воду из марсианского грунта. Гарантированное наличие влаги на Красной планете снимает главное ограничение для ее колонизации. Америка планирует запустить пилотируемую миссию на Марс уже в 2030-х годах, идет разработка ядерного двигателя для этой цели и в России.

По одной из гипотез, некогда Марс был планетой, на которой кипела жизнь, и было много жидкой воды. Если это правда, то миллиард лет назад Марс мог выглядеть примерно так

7. НЕЙРОЛОГИЯ. Впервые записаны и перезаписаны воспоминания в мозг

В 2014 г. исследователям из Массачусетского университета удалось внедрить в память подопытных мышей ложные воспоминания. Им в голову были вживлены оптоволоконные провода, присоединенные к участкам мозга, ответственным за формирование памяти. По ним ученые подавали лазерные сигналы, которые воздействовали на определенные участки нейронов. В результате удалось добиться как стирания некоторых воспоминаний мышей, так и формирования ложных. Например, грызуны забывали, что в определенном участке клетки у них когда-то были приятные встречи с самками и больше не стремились туда. В то же время, ученым удалось создать новые воспоминания о том, что «опасный» отсек клетки, на самом деле привлекателен и мыши старались оказаться именно там.

Первым существом, которому удалось перезаписать память, стала лабораторная мышь, в мозг которой был вживлен оптоволоконный пачкорд

На первый взгляд, эти результаты выглядят детской игрой, да еще и с сомнительным этическим подтекстом. Между тем, нейрофизиологам удалось главное – найти участки мозга, отвечающие за память (гиппокамп и префронтальная кора) и создать, пусть пока примитивные, методы воздействия на них. Это дает широкие перспективы для совершенствования путей воздействия на мозг, а в будущем позволит лечить фобии и душевные расстройства. Не исключено, что уже в обозримом будущем удастся создать приборы для пакетной закачки данных в человеческий мозг для быстрого обучения наукам, требующим запоминания большого количества данных, например, можно будет в кратчайшие сроки овладеть иностранным языком.

Возможно, создатели фильма «Вспомнить все» были не так уж далеки от истины, изобразив будущее, где человеку можно запросто записывать новые воспоминания и стирать старые

6. ФИЗИКА. Обнаружен бозон Хиггса или «частица Бога»

В июле 2012 г. произошло открытие, ради которого были потрачены 6 млрд. долларов, вложенные в постройку Большого адронного коллайдера (CERN) близ Женевы. Ученые обнаружили т.н. «частицу Бога», существование которой было предсказано еще в 60-х годах британским физиком Питером Хиггсом. В честь него она и была названа. Благодаря экспериментальному доказательству существования бозона Хиггса фундаментальная физика получила последнее недостающее звено для построения пренормируемой квантовой теории поля. Данная теория является продолжением классической квантовой механики, однако качественно меняет взгляд на картину микромира и Вселенной в целом.

Практическое значение открытия бозона Хиггса заключается в том, что ученым открываются перспективы разработки антигравитации и разработки двигателей, которым не требуется энергия для работы.

Для этого нужно «всего ничего» — научиться убирать т.н. хиггсовское поле, которое связывает элементарные частицы, не давая им разлетаться. В этом случае масса объекта с нейтрализованным полем будет равна нулю, а значит — он перестанет принимать участие в гравитационном взаимодействии. Разумеется, такие открытия – вопрос весьма отдаленного будущего.

На возведение Большого адронного коллайдера ушло 25 лет и многие миллиарды долларов, однако он выполнил свою главную миссию по обнаружению «частицы Бога» — бозона Хиггса

5. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ. Создан сверхпрочный материал графен

Графен – это уникальный по прочности и многим другим свойствам материал, который был впервые получен русскими физиками (работающими в Британии) Константином Новоселовым и Андреем Геймом в 2004 г. Через 6 лет ученых наградили за это Нобелевской премией, а в наши дни графен активно исследуется и уже применяется в некоторых изделиях. Необычность материала заключается сразу в нескольких его особенностях. Во-первых – это второй по прочности (после карбина) из известных ныне материалов. Во-вторых, графен – великолепный проводник, с помощью которого можно достигать уникальные электронные эффекты. В-третьих, материал обладает высочайшими показателями теплопроводности, что опять же – позволяет использовать его в полупроводниковой электронике без опасений ее перегрева.

Особые надежды на графен возлагаются в плане его применения в сверхъемких аккумуляторах, которых так не хватает электромобилям.

В 2017 г. компания «Samsung» представила один из первых АКБ на основе графена с емкостью на 45% выше, чем у его литий-ионного аналога сопоставимой величины. Но самое главное – новый аккумулятор заряжается и отдает заряд в 5 раз быстрее обычного. Примечательно, что речь идет не о полностью графеновом, а о гибридном АКБ, где инновационный материал используется как вспомогательный. Если же, точнее – когда разработчики создадут полностью графеновую батарею, это станет настоящей революцией в энергетике. Главной проблемой в широком использовании графена является дороговизна его получения и недостатки в технологиях, которые пока не позволяют получить абсолютно однородный материал. Однако уже сейчас число заявок на патенты с использованием графена зашкалило за 50 тыс., поэтому нет сомнения, что уже в обозримом будущем необычный материал заметно повлияет на качество жизни людей.

Первые графеновые аккумуляторы уже выпускаются серийно. Например, эта небольшая батарея от компании «Samsung» способна полностью зарядить достаточно емкую АКБ «Айфона» всего за 5-10 минут

4. БИОЛОГИЯ. Получены стволовые клетки не из эмбрионов, а из зрелых тканей

В 2012 г. нобелевская премия по физиологии и медицине была вручена английскому биологу Джону Гердону и его японскому коллеге Сине Яманаке. Они произвели настоящий фурор в среде биотехнологов, создав из обычных клеток – стволовые, т. е. способные составлять любые органы. Для этого ученые ввели в клетки соединительной ткани мыши всего 4 гена и в результате фибропласты превратились в незрелые стволовые клетки, обладающие всеми свойствами эмбриональных. Из подобного материала можно вырастить любой орган – от печени до сердца.

Таким образом, исследователи не только теоретически, но и практически доказали обратимость специализации клеток, что невозможно переоценить.

До недавних пор считалось, что стволовые клетки можно получить только из эмбрионов или пуповинной крови. Первое – сомнительно с этической точки зрения, а второе – вынуждало людей (в основном богатых) делать банк стволовых клеток сразу после рождения ребенка, чтобы в будущем он мог использовать его для лечения. Открытие физиологов сняло данные ограничения и теперь каждому человеку (как минимум, теоретически) доступно лечение стволовыми клетками и клонирование органов, содержащих «родную» ДНК организма.

Уже сейчас вырастить внутренний орган из стволовых клеток не является сложной задачей, а через 20-30 лет создание печени и почек из своих же клеток, скорее всего, станет тривиальным делом

3. АСТРОФИЗИКА. Доказано существование гравитационных волн

Открытие гравитационных волн считается величайшим научным достижением 2016 года, а возможно и всего второго десятилетия XXI века. В 2017 году их первооткрывателям — Райнеру Вайссу, Бэрри Бэришу и Кипу Торну была присуждена нобелевская премия по физике. С помощью двух интероферометрических обсерваторий LIGO и VIRGO, расположенных в США и Италии, ученым удалось зафиксировать гравитационные волны, образовавшиеся в результате слияния двух черных дыр на расстоянии в 1,3 млрд. световых лет от Солнца.

Тем самым исследователи экспериментально подтвердили достоверность Общей теории относительности Эйнштейна, предсказавшей наличие гравитационных волн еще в начале ХХ века (на уровне теории).

Впоследствии LIGO и VIRGO зафиксировали еще два гравитационных всплеска от столкновения нейтронных звезд. Выдающаяся ценность открытия заключается в подтверждении искривления пространства-времени под воздействием массивных объектов. Это означает, что тысячи раз описанные фантастами путешествия звездолетов сквозь «нуль-пространство» и «гиперпереходы» вполне возможны, хоть и являются перспективой далекого будущего. Вероятно, неслучайно, один из первооткрывателей гравитационных волн – Кип Торн, по итогам своих исследований выпустил книгу, «Интерстеллар. Наука за кадром», название которой перекликается со знаменитым фильмом.

Примерно так по Эйнштейну выглядит пространство-время в окрестностях Солнца, искривляющееся под воздействием массивной звезды. Теперь данная картина доказана экспериментально

2. ФИЗИКА. Проведены успешные опыты по дальней квантовой телепортации

Под квантовой телепортацией понимается не перемещение физических объектов, а передача информации о состоянии элементарной частицы или атома. Важнейшим моментом здесь является расстояние – вплоть до начала XXI века подобную связь удавалось обеспечить только на уровне микромира. Прорывным стал 2009 г., когда ученым из Мерилендского университета удалось передать квантовое состояние иона иттербия на 1 метр. Затем инициативу в данном направлении исследований прочно перехватили китайские ученые.

Сначала им удалось обеспечить квантовую связь на дистанции 120 км, а в 2017 г. – осуществить первую космическую квантовую телепортацию со спутника «Мо-Цзы» на три наземных лаборатории до которых было 1203 км.

Такой научно-технологический скачок позволит уже в ближайшем будущем создавать абсолютно защищенные линии связи, которые даже теоретически не смогут взломать хакеры. В условиях, когда финансовая, деловая и частная жизнь все больше перемещается в Интернет, линии на основе квантовой телепортации обещают стать настоящей панацеей в сфере информационной безопасности. Кроме того, на основе данного способа связи разрабатываются сверхбыстрые компьютеры, которые в перспективе заменят существующие.

Первым аппаратом, осуществившим квантовую телепортацию на большое расстояние стал китайский спутник «Мо-Цзы», названный в честь древнего философа империи Хань

1. КИБЕРНЕТИКА. Создан робот с биологическим мозгом

В 2008 г. ученые из Англии создали, пожалуй, первого в мире киборга – полуживого робота с мозгом на основе 300 тыс. крысиных нейронов. Их выделили из эмбриона грызуна, разделили с помощью специального фермента и разместили в питательном растворе на пластине размером 8 см. К полученному квазимозгу ученые присоединили 60 электродов, которые считывают сигналы с нейронов и передают их к электронной схеме. Они же служат для доставки в мозг сигналов. Первый робот с биологическим мозгом получил собственное имя – Гордон, был оснащен платформой для передвижения и ультразвуковым сенсором, сканирующим местность при езде. Сигналы от него идут в мозг, а возникающие там импульсы и обратная связь управляют движением.

Робот Гордон и его крысиный мозг, вынесенный на специальную пластину с отходящими от него электродами

Исследователям удалось добиться обучаемости Гордона, поскольку нейроны обладают памятью. Упершись в препятствие всего один раз, робот в 80% случаев уже не ездит по неудачному маршруту. При этом, как заявляют ученые, Гордон не управляется извне, а контролируется исключительно серым веществом, доставшимся от крысы. Таким образом, британцы сделали первый шаг по созданию полноценных киборгов на основе уже не десятков тысяч, а миллиардов нейронов, что, скорее всего, произойдет еще до конца текущего столетия.

Читайте еще по теме научных открытий: Десять величайших изобретений, которые изменили мир

Смотрите видео о важнейших научных открытиях XXI века на нашем YouTube канале

Самые важные открытия XXI века

Каждая эпоха приносит с собой массу новых открытий и изобретений. И XXI век не исключение.

Достижения медицины

Пересадка лица и головы

В 2005 году французским хирургам удалось удачно завершить первую в мире трансплантацию лица. Операция потребовалась Изабель Динуар, пострадавшей от множественных укусов собаки. Ее рот, нос и подбородок были изувечены, пластическая операция не представлялась возможной. Медики, решившись на риск, пересадили ей лицо умершей женщины.

Изабель Динуар до и после операции по пересадке лица

Операция завершилась благополучно, и позже кожа даже обрела чувствительность.

В 2013 году нейрохирург Серджио Канавера сделал невероятное заявление: он решился провести пересадку головы. Операция должна состояться в 2017 году.

Таблетка-сканер

Миниатюрное чудо-устройство, попадая в организм, позволяет оценить состояние некоторых внутренних органов, в том числе тонкого кишечника и пищевода. 

Таблетка-сканер

Оно не заменяет полноценного обследования, но позволяет поставить первоначальный диагноз. Сканер способен делать высококачественные цветные снимки и даже фиксировать рак пищевода.

Обезболивание светом

Большинство обезболивающих препаратов содержат опий, вызывающий привыкание. Избежать проблемы злоупотребления данным средством поможет открытие неврологов из Вашингтона.

Обезболивание светом

Соединив в пробирке свето-чувствительный белок и опиоидные рецепторы, они отметили активность последних. То есть боль можно блокировать при помощи света. По мнению ученых, в будущем свет поможет заменить болеутоляющие лекарства.

Глазописец (Eyewriter)

Группа энтузиастов разработала устройство, представляющее собой очки со встроенным программным обеспечением. Отслеживая движения глаз, они преобразовывают их в линии и выводят изображение на экран.

Глазописец (Eyewriter)

Глазописец поможет парализованным людям вернуться к полноценному общению. А пока ведется работа по усовершенствованию модели.

Научные изобретения

Магнитная оперативная память

В 2007 году ученые Грюнберг и Фером открыли эффект феноменального магнетосопротивления. 

Магнитная оперативная память

Их открытие поможет создать память с громадной емкостью, высоким быстродействием и низким электропотреблением. Ей не страшны перебои с питанием и ионизирующее излучение.

Графен

В 2010 году ученые-физики Новоселов и Гейм получили Нобелевскую премию за изобретение полупрозрачного сверхпрочного и сверхтонкого двумерного материала. 

Графен

Он идеален для создания гибких сенсорных экранов и компьютеров, мягких часов-браслетов, световых панелей и других ноу-хау. Сейчас ученые работают над вопросами применения изобретения в электродах суперконденсаторов, солнечных батареях и «космических» материалах.

Адронный коллайдер

В 2008 году был запущен Большой адронный коллайдер. Этот мегамощный ускоритель электронных частиц позволит детально изучить устройство Вселенной и окружающей материи.

Адронный коллайдер

По мнению общественности, коллайдер способен спровоцировать появление новой черной дыры. Ученые же утверждают, что эти страхи необоснованны.

Биологический 3D-принтер

В 2000 году Томас Боланд попытался настроить обычные настольные принтеры на печать фрагментов ДНК. Использовав вместо чернил человеческие клетки, он выявил, что 90% из них сохраняют жизнеспособность.

Биологический 3D-принтер

С помощью принтера можно печатать органы с индивидуальными параметрами: клапана сердца, ушные раковины, кожу и другие, способные без проблем приживаться в организме.

Открытия в науке

Найдены мягкие ткани динозавров

Мэри Швайцер удалось обнаружить в окаменелостях тирранозавра мягкие ткани. Это удивительно, ведь возраст находки – 68 млн. лет. Мэри разглядела гибкие нити, похожие на кровеносные сосуды и другие клетки.

Мягкие ткани динозавров

Ученые полагают, что это новый вид окаменелости – молекулярной. Теперь они пытаются частично восстановить генетический код и сравнить доисторическое животное с современными особями.

Нефть и газ не кончатся

Ученые опровергли массовые страхи по поводу истощения горючих ресурсов. Они обнаружили, что нефть и газ по мере расходования возобновляются. Соответственно, месторождения газа и нефти никогда не иссякнут.

Посредством экспериментов было установлено, что верхняя мантия планеты обладает условиями, необходимыми для синтеза углеводородных систем. На их производство требуются минуты.

Секрет бессмертия

Великобританские и американские ученые, расшифровав геном гренландского кита, выявили гены, отвечающие за продолжительность жизни. А живет кит до 200 лет.

Гренландский кит

Это открытие позволит идентифицировать гены, ответственные за устойчивость к ряду заболеваний, репарацию ДНК и продолжительность жизни и «скорректировать» их работу.

Подопытные мышцы

Американским исследователям удалось взрастить человеческие скелетные мышцы, способные сокращаться. Как и природные, они реагируют на лекарства, биохимические сигналы и электроимпульсы.

Материалом для выращивания послужили стволовые клетки. Некоторые из них умирали, а другие формировали пучки мышечных волокон.

Ученые надеются, что это открытие поможет изучать заболевания и влияние лекарств на организм человека вне тела. Кроме того, «мышечный конструктор» поможет больным с мышечной дистрофией.

Открытия в астрономии

«Новый» Плутон

Зонд New Horizons, в результате 9-летнего полета достигший Плутона, принес много новой информации. Плутон оказался больше предполагаемых размеров. 

Зонд New Horizons возле Плутона

Тысячи лет назад он имел более плотную атмосферу и более сильные ветра. Он имеет разнообразную рельефную поверхность и синее небо, подобно Земле.

Галактические «гейзеры»

Ученые зафиксировали мощные электромагнитные потоки вкупе с заряженными частицами, исходящие из нашей Галактики. 

Галактические «гейзеры»

Длина «гейзеров» достигает 50 000 световых лет (а это половина диаметра Галактики), а скорость движущихся в них частиц – 1000 км/с. Открытие поможет в изучении вопроса образования и сохранения магнитного поля Галактики.

«Звезды смерти»

Ученые NASA уверены, что в массовых вымираниях всего живого на планетах (в том числе и на Земле) виновны «звезды смерти». 

Коричневый карлик, или Звезда смерти

Одна из них является спутником Солнца и появляется рядом с Землей каждый 26 млн. лет. Далекий коричневый карлик создает колебание облака Оорта на своей орбите, что пагубно сказывается на жизни живых организмов на «соседних» планетах.

Возраст Вселенной

Европейское космическое агентство установило, что Вселенная старше, чем предполагалось. Ее возраст – 13,8 млрд. лет.

Также оказалось, что расширяется она чуть медленнее, зато содержит больше темной и обычной материи, чем ожидалось.

Новые факты о Марсе

Биохимик Стивен Беннер утверждает, что первая жизнь зародилась на Марсе и только потом, благодаря метеориту, попала на Землю. По его мнению, 3,5 млрд. лет назад (в момент зарождения жизни) Земля была покрыта кипятком, формирование жизни в котором было невозможно. Зато Марс в то время был идеален. Он был суше и имел молибден и бор, необходимые для развития.

Марсоход Curiosity

В 2005 году информация о Марсе пополнилась новыми сведениями. Марсоход Curiosity, пробурив грунт планеты, взял глубинную пробу каменной породы. Обнаруженные на глубине полуметра следы грунтовых вод показали, что около 3 млрд. лет назад на Марсе имелась вода.

Удивительные открытия всегда идут в ногу со временем. Что принесет нам следующий, XXII век?

Важные химические открытия нынешнего века

Развитие науки неотрывно связано с развитием общества. Именно открытия в областях биологии, физики и прочих, включая химию, обеспечивают совершенствование промышленных технологий, методов исследования и способов лечения. Профессионалы, трудящиеся в оснащенных специальным оборудованием (например, сушильными шкафами) лабораториях, сумели внести существенный вклад в химию XXI века.

Выдающиеся открытия

• 2001 год. Практические исследования реакций на хиральных катализаторах принесли Уильяму Ноулзу, Редзи Ноёри и Барри Шарплессу Нобелевскую премию, а также позволили усовершенствовать промышленный синтез многих лекарственных средств и создать ряд принципиально новых препаратов.
• 2002 год. Разработка ЯМР-спектроскопии — уникального метода для детального изучения структуры крупных биологических молекул. Открытие дало старт инновационному научному направлению — протеомике (исследованию состава и функционального назначения белков).
• 2005 год. Создание новых катализаторов на основе реакции метатезиса. Продукт, полученный Ивом Шовеном, Робертом Граббсом и Ричардом Шоком, позволил синтезировать в искусственно созданных условиях феромоны насекомых и иные природные лекарственные средства, причем в промышленных масштабах — за счет значительного сокращения продолжительности реакций.
• 2008 год. Разработка инновационных методов применения зеленого флуоресцентного белка. Вещество, полученное из морских медуз, сегодня используется в тысячах фундаментальных исследований, необходимых для детального ознакомления с протекающими в организме как здоровыми, так и патологическими физическими процессами, отслеживания генетических преобразований на клеточном уровне.

И сегодня специалисты в области химии, используя сушильные шкафы и иное вспомогательное оборудование, продолжают совершать научные открытия, результаты которых находят свое применение в промышленности, биологии, медицине, генетических исследованиях, а также позволяют решать широкий спектр проблем: от коррозии металлов до профилактики онкологических заболеваний.

мир уже не будет прежним!

Наука работает на опережение: сегодняшние открытия становятся нашей реальностью, определяя ее облик. Поразительно, но с каждым годом этот процесс ускоряется. И начало XXI века уже подарило миру целую россыпь революционных находок, которые прямо сейчас меняют наш мир. Давай остановимся на самых значимых открытиях начала столетия.

1. Графен – практически полностью прозрачный, сверхтонкий и сверхпрочный (второй после карбина) двумерный материал с целой гаммой полезных свойств и перспективой применения в технике недалекого будущего.

Открыт Андре Геймом и Константином Новосёловым, за что ученым-физикам была присуждена Нобелевская премия 2010 года. Идеально подходит для создания мягких световых панелей, гибких, как прочная бумага, компьютеров, сенсорных экранов нового поколения, часов-браслетов и многих других ноу-хау. Кроме бытового применения, открытие фантастическим образом изменило представление о научных исследованиях. Теперь явления, для изучения которых ранее потребовались бы колоссальные и затратные установки типа адронного коллайдера, можно исследовать в лаборатории. Велики перспективы использования графена в солнечных батареях, электродах суперконденсаторов, для создания сверхлегких и высокопрочных «космических» композитных материалов.

2. Квантовые часы – наиболее точный в мире хронометр, превзошедший все ранее существовавшие. Нобелевские лауреаты 2012 года Серж Арош и Дэвид Уайнленд совершили открытие, позволившее преодолеть квантовый барьер.

Применение – создание квантовых компьютеров. Работа с квантовыми битами, или как их назвали «кубитами», позволяет в разы увеличить мощность компьютерной техники. Пока полноценная система подобного рода не создана, но это дело времени.

3. Магнитная оперативная память (MRAM) – результат открытия Альбером Фером и Петером Грюнбергом эффекта гигантского магнетосопротивления. В 2007 году ученые получили за него Нобелевскую премию, а мир – революционную технологию в сфере компактного хранения информации. Быстродействующая память характеризуется низким электропотреблением и высокой плотностью записи.

Что немаловажно – содержимое MRAM сохраняется даже при отключении электропитания. Также, в отличие от динамической и ферромагнитной памяти, на ее работу не оказывает влияния ионизирующее излучение. А это уже говорит том, что ее с успехом можно применять в космической технике! Мы стали свидетелями того, как плотность записи информации на жесткие диски многократно возросла. И миниатюрные устройства с громадной информационной емкостью – наша реальность.

4. Расшифровка генома человека группами Фрэнсиса Коллинза и Грэга Вентера в 2006 году. В 2015 году работа по картированию генома была полностью завершена. Многолетнее изучение генома в перспективе сулит возможности индивидуального генетического обследования, более точного и «точечного» лечения на уровне «перепрограммирования» генов – генной терапии.

В комплексе с созданием автономного искусственного сердца (2001 г.), сетчатки глаза (2002 г.), электронного носа (2006 г.) протезов артерий (2009 г.), протезов конечностей, управляемых мысленным интерфейсом (2010 г.), «этичных» не эмбриональных стволовых клеток (2012 г.) и других открытий в сфере медицины можно без труда представить себе будущее этой жизненно важной области знания.

Первая синтетическая хромосома с геномом, созданная в 2010 году, встроена в бактериальную клетку без генетического материала. После чего клетка «ожила» и начала делиться. Создание вакцин за считанные часы, производство эффективного биотоплива, новых пищевых продуктов – вот лишь малая часть прогнозов применения этого открытия.

5. Обнаружение воды на Марсе и открытие Эриды (Eris) – второй после Плутона массивной карликовой планеты Солнечной системы.

Именно открытие Эриды привело к тому, что Плутон перестал быть девятой планетой, а перешел в разряд «карликовых».

Картина мира уже преобразилась, а знания, актуальные еще 15 лет назад, стали едва ли не невежеством Средневековья. Учитывая, что XXI век только начинается, человечество наверняка ожидает еще множество фантастических открытий!

Графен, nginx и решение задачи тысячелетия: главные российские изобретения и открытия 21 века

Nginx разрабатывался Игорем Сысоевым с 2002 года. Это проект с открытым исходным кодом, при создании которого автор постарался учесть недостатки более старого Apache. Как показывает статистика использования Nginx, ему это удалось.

Получили графен — самый тонкий, прочный и перспективный материал в мире

В 2010 году Нобелевскую премию в области физики вручили русским учёным из университета Манчестера Андрею Гейму и Константину Новосёлову. Им удалось получить графен — материал с уникальными электронными свойствами, который должен изменить будущее технологий.

​

Графен — слой углерода толщиной в один атом. Возьмите лист бумаги — графен тоньше его в 300 000 раз. При этом он прочнее, чем алмаз. Электроны в графене перемещаются в сотню раз быстрее, чем в кремнии. Благодаря этому можно делать миниатюрные и быстрые микросхемы.

Сейчас мир находится в стадии принятия графена. За прошедшее десятилетие было зарегистрировано несколько десятков тысяч патентов с упоминанием этого материала. Проблема в том, что графен всё ещё очень сложно получать. Но это препятствие тоже будет со временем преодолено.

Создали сверхмощный лазер

Петаваттный лазер PEARL — один из самых мощных лазерных комплексов в мире, может выдавать импульс мощностью 0,56 петаватта (0,56 × 1 000 000 000 000 000 ватт). Это в сотни раз больше, чем мощность всех электростанций Земли. Он помогает исследовать экстремальные физические процессы и в теории позволит создать управляемый термоядерный реактор.

PEARL был первым в мире лазером петаваттного уровня мощности. Затем появились более мощные установки. Но это не делает российский аппарат менее важным. Его и сейчас успешно применяют для исследований в Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде.

На Алтае открыли третий вид человека — денисовцев

Долгое время считалось, что существовало только два вида людей — кроманьонцы и неандертальцы. Однако в 2008 году учёные из Института археологии и этнографии СО РАН нашли в Денисовской пещере на Алтае мелкие костные останки. Исследование ДНК показало, что они принадлежат особой ветви человечества, которую назвали денисовскими людьми.

В 2010 году следы генома денисовского человека обнаружили в геномах жителей Полинезии и островов Малайского архипелага.

Помогли обнаружить гравитационные волны

Ещё 100 лет назад Альберт Эйнштейн говорил о существовании гравитационных волн — искажений пространства-времени. Однако учёным не удавалось их засечь вплоть до сентября 2015 года. Искажение пространства времени обнаружили в обсерватории ЛИГО — и российские учёные внесли в это достижение большой вклад.

Отечественные специалисты занимались повышением чувствительности гравитационно-волновых детекторов, разработкой новых методов измерений. Их теоретические и экспериментальные исследования в конечном счёте помогли создать детекторы нового поколения, с помощью которых и были обнаружены волны.

Обнаружение гравитационных волн снимает много вопросов. Например, больше нельзя сомневаться в существовании чёрных дыр. Обнаруженные гравитационные волны возникли как раз в результате столкновения двух черных дыр, которое произошло в миллиарде световых лет от Земли. Если учёные найдут первоначальные гравитационные волны, то поймут, как зародилась Вселенная.

В Антарктиде добрались до поверхности озера «Восток»

Существование этого и других подлёдных озёр предсказал советский географ Андрей Капица ещё в середине 20 века. Считается, что открыли его российские полярники в 1996 году. Озеро «Восток» находится под ледяным щитом толщиной около 4 км. Приблизительные размеры 250 на 50 км, глубина — более 1200 метров.

Добраться до поверхности озера удалось только в 2012 году. Его уникальность в том, что в течение миллионов лет оно находилось в изоляции. Учёные полагают, что в водах озера обитают живые организмы. Если это так, то они могут обладать уникальными свойствами. Это также позволит предположить, что на других планетах с экстремальными условиями тоже есть жизнь.

Создали уникальный танк Т-14 «Армата»

Он относится одновременно к третьему и четвёртому поколениям боевых машин. Это первый в мире танк, предназначенный для участия в сетецентрических войнах. «Армата» работает в составе тактической группы, которая управляется через единую систему. Вместе с ним в группу могут входить тяжелые БМП, САУ, танки Т-90, ударные вертолеты. Т-14 в этом звене отводится роль разведчика, целеуказателя и корректировщика огня.

Запустили космические телескопы из серии «Спектр»

Первый научный аппарат серии «Спектр» вывели на орбиту 18 июля 2011 года. Его предназначением было составление полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне. Жизненный цикл аппарата завершился в январе 2019 года. Чтобы не прекращать исследования, 13 июля 2019 года запустили вторую орбитальную обсерваторию — «Спектр-РГ».

​Сейчас Россия в партнёрстве с другими странами ведёт работу над созданием космических телескопов «Спектр-УФ» (Ультрафиолет) и «Спектр-М» (Миллиметрон). Ожидается, что они помогут ответить на многие вопросы астрофизики и космологии.​

Молекулярная биология XXI века: в поисках «кодов» жизни

Разумеется, не обходится без вопросов — а можно ли менять «коды жизни», чтобы направленно управлять свойствами живых организмов?
С классическим кодом это уже произошло: недавно американские ученые впервые «отредактировали» его у бактерий, «научив» микробы производить несуществующие в природе белки. Ученые из нескольких научных центров США с помощью ухищрений изменили работу «дешифровальной машины» бактерии кишечной палочки, не трогая сам «текст» ДНК. Благодаря этому стало возможным встраивать в синтезируемые бактерией молекулы белков несуществующую в природе аминокислоту.

Можно ли будет когда-либо делать подобное в клетках человека – очень большой вопрос. Но зато люди могут влиять на другой код, «работающий» в нас – так называемый эпигенетический код, управляющий особой клеточной «памятью». Речь идет о молекулярных механизмах, управляющих работой генов, но не затрагивающих «текст» в молекуле ДНК. Их изучение стало одной из «горячих тем» науки о живом в последние годы.

Благодаря полученным результатам удалось понять, каким именно образом давно известные вещи — образ жизни человека, диета, привычки и даже эмоции влияют на «включение» или «выключение» самых разных генов. Более того, информация о том, какие гены и как будут «работать», может даже передаваться потомству.

Оказалось, что «дирижирование» нашими генами очень чутко связано с самыми разными факторами окружающей среды. И теперь, благодаря лавинообразно накапливающимся данным, вместо общего понимания пользы здорового образа жизни становится ясно, как конкретные вещи – физические нагрузки, ограничение калорий в рационе, отказ от курения – регулируют работу конкретных генов, связанных, например, с продолжительностью жизни. И, возможно, в обозримом будущем врачи смогут «прописывать» пациентам эпигенетическую профилактику болезней.  Конечно, все это не значит, что речь идет о грядущей нашей власти над своими генами – рассчитывать на это было бы наивно. Но уж по крайней мере постараться благодаря эпигенетике встретить старость физически активными и с не очень пухлой историей болезни в наших силах.

10 величайших научных открытий и изобретений 21 века

За прошедшие столетия в мире произошло бесчисленное множество разработок и достижений. Ученые и исследователи продолжают открывать новые вещи и расширять наше понимание и знание природных явлений, происходящих вокруг нас.

В 21 веке произошли тысячи научных открытий. Они помогли улучшить наш образ жизни, а некоторые являются ключом к большим инновациям в будущем.

В этой статье мы составили рейтинг величайших научных открытий и изобретений 21 века.

Обнаружение гравитационных волн

Ученые считают это величайшим открытием 21 века. Вернемся в то время, когда Альберт Эйнштейн впервые предсказал в своей теории относительности, что путешествия во времени будут возможны. Теперь это доказано недавними открытиями. Проект LIGO, базирующийся в Соединенных Штатах, обнаружил гравитационные волны, которые могут позволить ученым разработать машину времени и путешествовать в самые ранние и самые темные части Вселенной.Это был первый раз, когда они стали свидетелями «ряби в ткани пространства-времени».

Свидетельства наличия воды на Марсе

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства подтвердило в сентябре 2015 года, что есть доказательства, подтверждающие существование жидкой воды на Марсе. Используя спектрометр изображения Марсианского разведывательного орбитального аппарата (MRO) НАСА, ученые обнаружили гидратированные соли в разных местах на Марсе. В теплое время года гидратированные соли темнеют и круто стекают вниз.Однако они блекнут в более прохладные сезоны. Обнаружение гидратированных солей означает, что вода играет жизненно важную роль в их образовании.

Детали тела робота

С помощью биомеханики и инженерии ученые изобрели части тела роботов. Университет Твенте разработал роботизированные манипуляторы, которые могут помочь людям, страдающим мышечной дистрофией Дюшенна. Это позволит пациентам усилить остаточную функцию руки. Они также применили проект Darpa Revolutionizing Prosthetics по созданию протезов для раненых американских военнослужащих при разработке роботизированных конечностей.Сегодня ученые изучают возможность создания этих роботизированных частей тела или экзоскелетов, управляемых разумом, для помощи инвалидам, пережившим инсульт и пожилым людям.

Ткань T. Rex

Палеонтологи обнаружили частично окаменевшую и разлагающуюся бедренную кость тираннозавра рекса, которой, как полагают, уже 70 миллионов лет, или дата, более близкая к библейской дате создания. Мэри Хигби Швейцер из Университета штата Северная Каролина и Университета штата Монтана обнаружила гибкие и прозрачные сосуды.Эта обнаруженная мягкая ткань сохранилась благодаря железу между костями ног. Ткань T.Rex очень важна для определения физиологии динозавров и изучения их клеточных и молекулярных структур. Они выяснили, что динозавры тесно связаны с большими птицами, такими как страус.

Успехи в лечении ВИЧ

По данным сайта HIV.gov, во всем мире более 36,7 миллиона человек живут с ВИЧ / СПИДом, из которых 1,8 миллиона — дети. ВИЧ / СПИД остается одной из самых смертоносных болезней в мире.С другой стороны, лечение от ВИЧ доступно в Германии уже более двух десятилетий. Антиретровирусная терапия позволяет пациентам с ВИЧ / СПИДом жить дольше. Однако до сих пор не найдено однозначного лекарства. В 2007 году доктор Геро Хюттер был первым, кто успешно вылечил пациента с ВИЧ / СПИДом по имени Тимоти Рэй Браун, трансплантировав костный мозг от ВИЧ-иммунного пациента.

Существование темной материи

В 2006 году группа исследователей нашла доказательства, подтверждающие существование темной материи.Они сделали вывод о наличии темной материи, измерив скопления пуль или расположение массы при столкновении галактик. По словам Максима Маркевича из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, наличие темной материи может быть доказано по большей части видимой материи в скоплениях, которые были отключены от остальной массы. По данным НАСА, это все еще полная загадка. На данный момент они могут доказать, что 68% Вселенной состоит из темной энергии.

Секвенирование генома больного раком

В 2003 году ученые завершили секвенирование генома человека или генетического плана, который указывает на мутации, ведущие к раку.Им потребовалось три года, чтобы закончить наброски трех миллиардов букв, составляющих человеческую ДНК. Проект «Геном человека» помог ученым в лечении смертельного рака кожи и в понимании генов, участвующих в лейкемии, экземе и диабете. Теперь секвенирование генома рака интегрировано в медицинские учреждения. Он характеризует и идентифицирует последовательности ДНК или РНК раковых клеток.

Создание человеческих органов

Исследование стволовых клеток проложило путь к большему доступу к органам вместо ожидания доноров или приема суровых лекарств.Ученые из Массачусетской больницы общего профиля и Гарвардской медицинской школы обнаружили, как восстановить функцию сердечной ткани человека с помощью клеток кожи взрослого человека. С помощью стволовых клеток человек может вырастить другой орган. Это связано с регенеративной природой живых организмов. В последнее время различные исследования по всему миру позволяют выращивать маточные трубы, сердце, мозг, легкие и почки, в том числе с помощью стволовых клеток.

Вода как топливо

Немецкая компания Cleantech разработала футуристическую машину, превращающую воду в топливо.Благодаря технологии Power-to-Liquid они могут преобразовывать воду и диоксид углерода в жидкие углеводороды, которые принимают форму синтетического дизельного топлива, бензина и керосина. Эта технология была основана на процессе Фишера-Тропша и твердооксидных электролизерах (SOEC), которые преобразуют электричество в пар. В 2017 году Объединенный центр искусственного фотосинтеза (JCAP) и проект материалов лаборатории Беркли также разработали технологию, которая превращает солнечный свет, воду и углекислый газ в топливо, которое может быть жизнеспособным источником энергии, заменяя уголь, нефть и другие ископаемые виды топлива.

Трансплантация лица

Трансплантация лица — это медицинская процедура, при которой заменяется лицо человека с использованием тканей мертвого человека. В 2005 году Изабель Динуар из Франции была первым человеком, которому была сделана частичная трансплантация лица, а первая полная трансплантация лица произошла в Испании в 2010 году. Трансплантация лица широко проводится в США, Испании, Франции и Турции. Это применимо для людей с врожденными дефектами или физическими недостатками, вызванными ожогами, болезнями или травмами.

10 крутых научных открытий 21 века

Мы составили список из 10 интересных научных открытий 21-го века, которые увлекательны и в то же время, по прогнозам, будут иметь последствия на долгие годы. Можем ли мы жить на Марсе? Можно ли манипулировать воспоминаниями? Как насчет телепортации из одного места в другое? Этот список демонстрирует эти открытия и их способность формировать будущее нашего времени. Мы надеемся, что вам понравятся эти 10 крутых научных открытий 21 века в различных областях, от медицины до инженерии и разработки новых продуктов.

Свидетельства наличия воды на Марсе

Идея жизни на другой планете, возможно, казалась чужеземной в начале 20-го века, но масштабный прорыв в космических технологиях позволил ученым раскрыть подробные спутниковые снимки близлежащих планет. Самым примечательным было то, что в 2015 году НАСА подтвердило наличие доказательств существования жидкой воды на Марсе. Исследование кратеров и оврагов показало, что на поверхности Марса обнаружены обезвоженные соли.Кроме того, лед был обнаружен с помощью механического когтя через космический спускаемый аппарат.
Подробнее.

Существование темной материи

Группа исследователей еще в 2006 году обнаружила, что темная материя может быть доказана с помощью скопления видимой материи, но, поскольку ее наблюдения были очень незначительными, большая часть ее до сих пор остается загадкой. Более половины Вселенной состоит из этого вещества. Если будет проведено больше исследований, будущие теории Вселенной помогут нам понять, откуда мы пришли.
Подробнее.

Создание человеческих органов в лаборатории

Исследование стволовых клеток позволило улучшить доступ к органам для замены. Стволовых клеток нет, существуют разные типы стволовых клеток. Стволовые клетки у взрослых обычно представляют собой такие вещи, как эпителий, который на неопределенный срок дает начало новым эпителиальным клеткам. Однако стволовые клетки, из которых растут органы, не являются неопределенными: как только они дифференцируются, они больше не являются стволовыми клетками. Будущее органов зародится в лаборатории и создаст «кузовной цех» будущего.
Подробнее.

Появление автономных транспортных средств

Рынок автономных автомобилей в настоящее время растет быстрыми темпами, и ожидается, что многие беспилотные автомобили скоро появятся на наших дорогах в большом количестве. Хотя существует множество мер безопасности, которые производители автомобилей должны предпринять, чтобы гарантировать, что автономные транспортные средства могут сосуществовать с людьми и другими видами транспорта, мы очень рады, что мы управляем автономным автомобилем.Читать далее.

Трансплантация лица

Первый успешный получатель этой процедуры был во Франции в 2005 году. Она использует ткани умершего человека и представляет собой сложный и индивидуальный процесс. Тем не менее, его развитие оказало огромное влияние на качество жизни людей.
Подробнее.

Препараты для профилактики ВИЧ

Первый лечебный препарат был одобрен в 2012 году Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) и представляет собой профилактическое средство, известное как предэкспозиционная профилактика (ДКП).Это снизило количество случаев заболевания во всем мире и является отличной формой защиты от передачи болезни.
Подробнее.

Искусственные воспоминания

Ученые из престижного Массачусетского технологического института открыли, как насаждать мышам ложные воспоминания. Этот прорыв значительно расширил наши представления о памяти и даже о психическом здоровье. Это также поднимет этические вопросы, можно ли манипулировать воспоминаниями и нашим ощущением прошлого, настоящего и будущего.
Подробнее.

Квантовая телепортация

Исследователи смогли телепортировать фотон в космос с помощью лазерного луча. Этот подвиг называется квантовой телепортацией, которая больше связана с передачей информации, а не самого физического элемента. Это потребовало точности и чувствительности мониторинга спутника и технических деталей самого проекта, а также является надежным шагом вперед в инженерной области.
Подробнее.

Бионические контактные линзы

Ученые создали действующий прототип бионических линз.Это позволило бы слепым людям видеть, как появляется слово на изображении через точку соприкосновения с физическим объектом. Это дало бы намек на зрение благодаря высокому разрешению, а также помогло бы людям читать неинвазивным образом.
Подробнее.

Интернет всего

Этот список был бы неполным без упоминания о быстром расширении онлайн-мира. Сейчас мы наблюдаем рост сенсорных экранов, социальных сетей, электронных книг и потокового онлайн-мультимедиа.Люди становятся все более и более связанными через свои экраны, чем когда-либо прежде. Крупные игроки рынка включали Skype, FaceBook, YouTube и Google. Этот цифровой век должен наводить на мысль, что наше общество станет настолько могущественным, что мы почти «будем носить Интернет».
Подробнее.

Пропустили ли мы какое-нибудь научное открытие? Дайте нам знать в комментариях о любимых крутых научных открытиях 21 века.

Не забудьте ознакомиться с нашими 12 развенчанными научно-популярными мифами и в нашем блоге о 15 научно-фантастических фильмах, которые стоит посмотреть в эти выходные.

Это 20 лучших научных открытий десятилетия

По мере того, как 2010-е подходят к концу, мы можем оглянуться назад на эпоху, изобилующую открытиями. За последние 10 лет ученые всего мира добились значительного прогресса в понимании человеческого тела, нашей планеты и космоса, который нас окружает. Более того, наука в 2010-х годах стала более глобальной и совместной, чем когда-либо прежде. В наши дни крупные открытия более вероятны в группах из 3000 ученых, чем в группах из трех человек.

Так много произошло благодаря такому количеству людей, что писатели и редакторы National Geographic решили не превращать последнее десятилетие в горстку открытий. Вместо этого мы собрались вместе, чтобы определить 20 тенденций и вех, которые, по нашему мнению, заслуживают особого внимания и которые, как мы думаем, подготовят почву для более удивительных открытий в грядущее десятилетие.

Обнаружение первых гравитационных волн

В 1916 году Альберт Эйнштейн предположил, что, когда объекты с достаточной массой ускоряются, они могут иногда создавать волны, которые движутся через ткань пространства и времени, как рябь на поверхности пруда.Хотя позже Эйнштейн сомневался в их существовании, эти пространственно-временные морщины, называемые гравитационными волнами, являются ключевым предсказанием теории относительности, и их поиск увлекал исследователей на десятилетия. Хотя убедительные намеки на волны впервые появились в 1970-х годах, никто напрямую их не обнаружил до 2015 года, когда базирующаяся в США обсерватория LIGO почувствовала толчок от далекого столкновения двух черных дыр. Открытие, объявленное в 2016 году, открыло новый способ «слышать» космос.

В 2017 году LIGO и европейская обсерватория Дева почувствовали еще одну серию сотрясений, на этот раз вызванных столкновением двух сверхплотных объектов, называемых нейтронными звездами.Телескопы по всему миру видели связанный с этим взрыв, что сделало это событие первым в истории, наблюдаемым как в световых, так и в гравитационных волнах. Эти знаменательные данные дали ученым беспрецедентный взгляд на то, как работает гравитация и как образуются такие элементы, как золото и серебро.

Встряхивая генеалогическое древо человека

Хотя в некоторых отношениях лицо, череп и зубы являются примитивными, они обладают достаточно современными чертами, чтобы оправдать отнесение H. naledi к роду Homo. Художник Джон Гурч потратил около 700 часов на восстановление головы по сканированным изображениям костей, используя мех медведя вместо шерсти.

ФОТО МАРКА ТИЗЕНА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

За это десятилетие мы увидели множество достижений в понимании нашей сложной истории происхождения, включая новые даты на известных окаменелостях, впечатляюще полные ископаемые черепа и добавление множества новых ветвей. В 2010 году исследователь National Geographic Ли Бергер обнаружил далекого предка по имени Australopithecus sediba . Пять лет спустя он объявил, что пещерная система Южной Африки «Колыбель человечества» содержит окаменелости нового вида: Homo naledi , гоминина, чья «мозаичная» анатомия напоминает анатомию как современных людей, так и гораздо более древних кузенов.Последующее исследование также показало, что H. naledi удивительно молоды, живя, по крайней мере, между 236 000 и 335 000 лет назад.

В Азии накопилось множество других замечательных открытий. В 2010 году группа ученых объявила, что ДНК, полученная из древнего сибирского мизинца, не похожа на ДНК любого современного человека, что стало первым свидетельством темного происхождения, которое теперь называется денисовцами. В 2018 году на одном из памятников в Китае были обнаружены каменные орудия возрастом 2,1 миллиона лет, что подтверждает, что производители орудий труда распространились в Азии на сотни тысяч лет раньше, чем считалось ранее.В 2019 году исследователи на Филиппинах объявили об окаменелостях Homo luzonensis , нового типа гоминина, похожего на Homo floresiensis , «хоббита» Флореса. А недавно найденные каменные орудия на Сулавеси появились еще до прибытия современного человека, что предполагает присутствие третьего, неопознанного островного гоминина в Юго-Восточной Азии.

Революция в изучении древней ДНК

По мере экспоненциального совершенствования технологий секвенирования ДНК за последнее десятилетие произошел огромный скачок в понимании того, как наше генетическое прошлое формирует современных людей.В 2010 году исследователи опубликовали первый почти полный геном древнего человека Homo sapiens , положив начало революционному десятилетию в изучении ДНК наших предков. С тех пор было секвенировано более 3000 древних геномов, в том числе ДНК Найи, девочки, которая умерла на территории нынешней Мексики 13000 лет назад. Ее останки являются одними из самых старых неповрежденных человеческих скелетов, когда-либо найденных в Америке. Также в 2010 году исследователи объявили о первом проекте генома неандертальца, предоставив первое твердое генетическое свидетельство того, что от одного до четырех процентов ДНК всех современных неафриканцев происходит от этих близких родственников.

Еще одно поразительное открытие: ученые, изучающие древнюю ДНК, показали в 2018 году, что 90-тысячная кость принадлежала девочке-подростку, чьей матерью была неандерталец, а отцом был денисовец, что сделало ее первым гибридом древнего человека, когда-либо обнаруженным. В ходе другой находки ученые сравнили денисовскую ДНК с ископаемыми белками, чтобы подтвердить, что денисовцы когда-то жили в Тибете, что расширило известный диапазон загадочной группы. По мере развития области древней ДНК развивались и решения этических проблем, таких как необходимость участия сообщества и репатриация человеческих останков коренных народов.

Открытие тысяч новых экзопланет

В 2010-х годах человеческие знания о планетах, вращающихся вокруг далеких звезд, совершили гигантский скачок вперед, в немалой степени благодаря космическому телескопу НАСА Кеплер. С 2009 по 2018 год только Кеплер обнаружил более 2700 подтвержденных экзопланет, что составляет более половины текущего количества. Среди величайших хитов Кеплера: первая подтвержденная скалистая экзопланета. Его преемник TESS, запущенный в 2018 году, начинает исследование ночного неба и уже собрал 34 подтвержденных экзопланеты.

Наземные исследования также были в ходу. В 2017 году исследователи объявили об открытии TRAPPIST-1, звездной системы, находящейся всего в 39 световых годах от нас, в которой находится целых семь планет размером с Землю, больше всего вокруг любой звезды, кроме Солнца. Годом ранее в рамках проекта Pale Red Dot было объявлено об открытии Проксимы b, планеты размером с Землю, которая вращается вокруг Проксимы Центавра, звезды, ближайшей к Солнцу на расстоянии всего 4,25 световых года от нас.

Вступая в эру Crispr

Инструмент для взлома ДНК позволяет быстро перейти к эволюции

Смотрите: узнайте и визуализируйте, как работает технология CRISPR, в этом анимированном графическом видео.

2010-е годы ознаменовались огромным прогрессом в нашей способности точно редактировать ДНК, во многом благодаря идентификации системы Crispr-Cas9. Некоторые бактерии естественным образом используют Crispr-Cas9 в качестве иммунной системы, поскольку он позволяет им хранить фрагменты вирусной ДНК, распознавать любой подходящий вирус в будущем, а затем разрезать ДНК вируса на ленты. В 2012 году исследователи предложили использовать Crispr-Cas9 в качестве мощного инструмента для редактирования генов, поскольку он точно разрезает ДНК способами, которые ученые могут легко настроить.Через несколько месяцев другие команды подтвердили, что этот метод работает с ДНК человека. С тех пор лаборатории по всему миру стремятся найти похожие системы, модифицировать Crispr-Cas9, чтобы сделать его еще более точным, и экспериментировать с его применением в сельском хозяйстве и медицине.

Хотя возможные преимущества Crispr-Cas9 огромны, этические трудности, которые он создает, также ошеломляют. К ужасу мирового медицинского сообщества, китайский исследователь Хэ Цзянькуй объявил в 2018 году о рождении двух девочек, чьи геномы он редактировал с помощью Crispr, первых людей, родившихся с наследственными изменениями в их ДНК.Объявление вызвало призывы к глобальному мораторию на наследственные изменения «зародышевой линии» у людей.

Увидеть космос как никогда раньше

Телескоп «Горизонт событий» — массив наземных радиотелескопов планетарного масштаба — представил первое изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени в 2019 году. На снимке видна центральная черная дыра. Мессье 87, массивная галактика в скоплении Девы.

ФОТО СОБЫТИЯ HORIZON TELESCOPE COLLABORATION

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

2010-е годы принесли с собой несколько важных наблюдений, которые произвели революцию в нашем исследовании Вселенной. В 2013 году Европейское космическое агентство запустило космический аппарат Gaia, который собирает измерения расстояний до более чем миллиарда звезд в Млечном Пути, а также данные о скорости более чем 150 миллионов звезд. Набор данных помог ученым снять трехмерный фильм о нашей родной галактике, дав беспрецедентный взгляд на то, как галактики формируются и меняются с течением времени.

В 2018 году ученые выпустили окончательную версию измерений слабого послесвечения ранней Вселенной, выполненных спутником Planck, которые содержат важные ключи к разгадке космических ингредиентов, структуры и скорости расширения. Удивительно, но скорость расширения, которую видел Планк, отличается от сегодняшней, потенциальный «кризис космологии», для объяснения которого может потребоваться новая физика. Также в 2018 году массивный опрос Dark Energy Survey опубликовал первый пакет данных, который поможет в поиске скрытых закономерностей в структуре нашей Вселенной.А в апреле 2019 года ученые с телескопом Event Horizon показали первое в истории изображение силуэта черной дыры благодаря огромным глобальным усилиям, направленным на то, чтобы заглянуть в сердце галактики M87.

Открытие древнего искусства

Рабочий снимает мерки каменных колец в пещере Брюникель во Франции, которые, возможно, были построены неандертальцами.

ФОТО ЭТЬЕННА ФАБРА, SSAC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Открытия со всего мира подтвердили, что искусство — или, по крайней мере, рисование — было более древним и более глобальным явлением, о котором когда-то думали.В 2014 году исследователи показали, что ручным трафаретам и рисунку «свинья» в пещерах Марош на Сулавеси было не менее 39 000 лет, что делает их такими же древними, как самые древние наскальные рисунки в Европе. Затем, в 2018 году, исследователи объявили об открытии пещерного искусства на Борнео, возраст которого составляет от 40 до 52 тысяч лет, что еще больше отодвинуло истоки фигуративной живописи. И еще одна находка в Южной Африке в 2018 году, каменная пластинка, заштрихованная крестом 73000 лет назад, вполне может быть самым старым каракулем в мире.

Другие противоречивые находки вызвали споры о художественных способностях неандертальцев. В 2018 году исследователи представили найденные в Испании пигменты и перфорированные морские раковины, которым 115000 лет, когда в Европе жили только неандертальцы. В том же году другое исследование показало, что возраст некоторых наскальных рисунков в Испании составляет 65 000 лет. Многие специалисты по наскальному искусству оспаривают находку, но если она верна, это может быть первое свидетельство наскальных рисунков неандертальцев. А в 2016 году исследователи объявили, что во французской пещере есть причудливые круги сталагмитов, образовавшиеся около 176000 лет назад.Если пещерные медведи каким-то образом не сделали их, возраст кругов предполагает, что это еще одна неандертальская работа.

Делаем межзвездные первые

Будущие историки могут оглянуться на 2010-е годы как на межзвездное десятилетие: впервые наш космический корабль пробил завесу между Солнцем и межзвездным пространством, и мы получили наши первые визиты от объектов, которые образовались вокруг далеких звезд .

В августе 2012 года зонд НАСА «Вояджер-1» пересек внешнюю границу гелиосферы, пузырь заряженных частиц, который испускает наше Солнце.« Вояджер-2 » присоединился к своему близнецу в межзвездной среде в ноябре 2018 года и попутно получил революционные данные. Но межзвездная дорога — это улица с двусторонним движением. В октябре 2017 года астрономы обнаружили Оумуамуа, первый обнаруженный объект, который сформировался в другой звездной системе и прошел через нашу. В августе 2019 года астроном-любитель Геннадий Борисов обнаружил второго такого межзвездного нарушителя, высокоактивную комету, которая теперь носит его имя.

Открывая двери древним цивилизациям

Когда была обнаружена гробница Христа?

Где гроб Иисуса Христа? Является ли это место, которому поклоняются сегодня, тем же самым, что было обнаружено во времена Константина? Узнайте, как ученые использовали археологию и другие методы датирования, чтобы разгадать одну из величайших загадок истории.

Археологи сделали много необычных открытий в 2010-х годах. В 2013 году британские исследователи наконец обнаружили тело короля Ричарда III под тем, что сейчас является парковкой. В 2014 году исследователи объявили, что в храмовом комплексе Кастильо-де-Уармей в Перу все еще есть нетронутая королевская гробница. В 2016 году археологи обнаружили первое кладбище филистимлян, открыв беспрецедентное окно в жизнь самых известных и загадочных людей еврейской Библии. В следующем году исследователи объявили, что иерусалимская церковь Гроба Господня возникла более 1700 лет назад, во времена первого христианского императора Рима, что, по всей видимости, подтверждает, что она построена на месте, определенном Римом как место захоронения Христа.А в 2018 году команды, работающие в Перу, объявили о крупнейшем из когда-либо обнаруженных мест массовых жертвоприношений детей, в то время как другие ученые, исследовавшие Гватемалу, обнаружили более 60000 недавно идентифицированных древних зданий майя с помощью лазеров с воздуха.

Крупные археологические открытия также были сделаны глубоко под водой. В 2014 году канадская команда наконец нашла H.M.S. Erebus , злополучное арктическое исследовательское судно, затонувшее в 1846 году. Два года спустя другая экспедиция обнаружила его родственный корабль, H.РС. Террор . В 2017 году усилиями соучредителя Microsoft Пола Аллена был обнаружен давно потерянный U.S.S. Indianapolis , затонувший в 1945 году и ставший одной из самых смертоносных катастроф в истории военно-морского флота США. В рамках Проекта морской археологии Черного моря на дне Черного моря было обнаружено более 60 исторических затонувших кораблей, в том числе нетронутое судно возрастом 2400 лет, обнаруженное в 2018 году. А в 2019 году официальные лица Алабамы объявили об обнаружении давно потерянной Клотильды , последний корабль, переправивший порабощенных африканцев в Соединенные Штаты.

Осваивая новые горизонты в Солнечной системе

В июле 2015 года зонд НАСА New Horizons успешно завершил многолетний поиск ледяного мира Плутона, отправив первые в истории изображения поразительно разнообразной поверхности карликовой планеты. А в новогодний день 2019 года New Horizons совершила самый дальний пролет из когда-либо предпринимавшихся, сделав первые снимки ледяного тела Аррокота, первобытного остатка младенчества Солнечной системы.

Чуть ближе к дому космический корабль НАСА Dawn прибыл в Весту, второе по величине тело в поясе астероидов, в 2011 году.Составив карту этого мира, Рассвет вылетела на орбиту карликовой планеты Церера, крупнейшего объекта пояса астероидов, став первой миссией, когда-либо совершавшей вращение вокруг карликовой планеты, и первой орбитой двух разных внеземных тел. Ближе к концу десятилетия OSIRIS-REx NASA и Hayabusa2 JAXA посетили астероиды Бенну и Рюгу, соответственно, с целью вернуть образцы на Землю.

Изменение течения болезни

В ответ на вспышку лихорадки Эбола в 2014–2016 годах в Западной Африке официальные органы здравоохранения и фармацевтическая компания Merck в ускоренном порядке внедрили экспериментальную вакцину против вируса Эбола rVSV-ZEBOV.После весьма успешных полевых испытаний в 2015 году европейские официальные лица одобрили вакцину в 2019 году, что стало важной вехой в борьбе со смертельным заболеванием. Несколько знаковых исследований также открыли новые возможности для предотвращения распространения ВИЧ. Испытание 2011 года показало, что профилактический прием антиретровирусных препаратов значительно снижает распространение ВИЧ среди гетеросексуальных пар, что подтвердилось в последующих исследованиях, в которых участвовали однополые пары.

Расширяя репродуктивные пределы

Используя редактирование генов, две матери-мыши родили этого щенка, как описано в исследовании 2018 года.Повзрослев, мышь, рожденная от однополых родителей, теперь имеет собственных детей.

ФОТО ЛЕЙЮН ВАНГА

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

В 2016 году врачи объявили о рождении «тройного ребенка», выращенного из спермы отца, ядра материнской клетки и третьей донорской яйцеклетки, ядро ​​которой было удалено. Терапия-которая остается этически неоднозначной-целью для коррекции нарушений в митохондриях матери. В одном исследовании 2018 года были получены предшественники человеческой спермы или яйцеклеток из перепрограммированных клеток кожи и крови, в то время как другое показало, что редактирование генов может позволить двум мышам одного пола зачать детенышей.А в 2018 году китайские ученые объявили о рождении двух клонированных макак, и это был первый случай, когда примат был клонирован, как овечка Долли. Хотя исследователи заявляют, что этот метод не будет использоваться на людях, вполне возможно, что он может работать и с другими приматами, включая нас.

Отслеживание бозона Хиггса

Бозон Хиггса извергается в результате столкновения протонов на иллюстрации.

Иллюстрация: Moonrunner Design Ltd., National Geographic

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

Как материя получает массу? В 1960-х и 1970-х годах физики, включая Питера Хиггса и Франсуа Энглерта, предложили решение в виде нового энергетического поля, пронизывающего Вселенную, которое теперь называется полем Хиггса. Это теоретизированное поле также появилось вместе с связанной с ним фундаментальной частицей, которая сейчас называется бозоном Хиггса. В июле 2012 года поиски, длившиеся несколько десятилетий, закончились, когда две группы на Большом адронном коллайдере ЦЕРН объявили об обнаружении бозона Хиггса.Это открытие восполнило последнюю недостающую часть Стандартной модели, впечатляюще успешной — хотя и неполной — теории, которая описывает три из четырех фундаментальных сил в физике и все известные элементарные частицы.

Переписывая учебники палеонтологии

В этом десятилетии произошел взрыв в нашем понимании доисторической жизни, поскольку ученые обнаружили новые потрясающие окаменелости, расширяя свой аналитический инструментарий. В 2010 году исследователи при поддержке Национального географического общества опубликовали первую реконструкцию цвета всего тела динозавра, основанную на обнаружении окаменелых пигментов.С тех пор палитра расширилась, поскольку палеонтологи обнаружили динозавр, перья от черного до синего и переливающегося радуги, а также красноватую кожу на одной из лучших окаменелостей бронированного динозавра. И в ходе выдающегося подвига химического расследования исследователи проанализировали консервированные жировые молекулы и в 2018 году доказали, что Дикинсония, примитивное существо, жившее более 540 миллионов лет назад, было животным.

В 2014 году палеонтологи также обнаружили новые окаменелости хищного динозавра Spinosaurus , которые предполагали, что это был полуводный хищник — первый известный среди динозавров.Год спустя группа ученых из Китая обнаружила потрясающую окаменелость Yi qi , поистине странного пернатого динозавра с перепончатыми крыльями, как у летучей мыши. Также в последнее десятилетие резко возрос интерес ученых к янтарю Мьянмы, возраст которого составляет 99 миллионов лет, в результате чего был обнаружен хвост пернатого динозавра, примитивный птенец и всевозможные беспозвоночные, запертые в окаменелой смоле дерева.

Поиск строительных блоков жизни в других мирах

За последние 10 лет космические миссии позволили нам более изощренно взглянуть на органические молекулы на основе углерода других миров, которые являются необходимыми ингредиентами для жизни, какой мы ее знаем.Миссия Европейского космического агентства Rosetta совершила посадку на орбите кометы 67P Чурюмова-Герасименко. Данные, собранные в период с 2014 по 2016 год, позволили нам поразительно внимательно изучить сырье, которое древние удары могли принести на Землю. Перед тем, как зонд НАСА «Кассини» умер в 2017 году, он подтвердил, что водянистые шлейфы Энцелада, спутника Сатурна, содержат большие органические молекулы, что свидетельствует о том, что в нем есть все необходимое для жизни. А в 2018 году НАСА объявило, что его марсоход Curiosity обнаружил органические соединения на Марсе, а также причудливый сезонный цикл уровней метана в атмосфере красной планеты.

Сигналы климатической тревоги звучат громче, чем когда-либо

Александрия Вильясенор, 13 лет, пропускает школу по пятницам, чтобы нанести удар во имя изменения климата. Каждую неделю, в дождь или в ясную погоду, она сидит на скамейке перед зданием Организации Объединенных Наций в Нью-Йорке со своими знаками, привлекая внимание к проблеме изменения климата. Вилласенор и другие молодые активисты со всей страны организовали всемирную школьную забастовку за климат 15 марта.

ФОТОГРАФИЯ САРЫ БЛИЗЕНЕР, ВАШИНГТОНСКАЯ ПОЧТА / ГЕТТИ

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

В течение этого десятилетия содержание углекислого газа в атмосфере достигало беспрецедентных для современности уровней, с соответствующими рекордными температурами. 9 мая 2013 года глобальные уровни CO2 впервые в истории человечества достигли 400 частей на миллион, а к 2016 году уровни CO2 оставались стабильно выше этого порогового значения. В результате во всем мире произошло резкое потепление; 2015, 2016, 2017, 2018 и 2019 годы были пятью самыми жаркими годами за всю историю наблюдений с 1880 года. Начиная с 2014 года потепление океанов привело к глобальному обесцвечиванию кораллов.Кораллы по всему миру вымерли, в том числе части Большого Барьерного рифа. В 2019 году Австралия объявила обитающую на острове меломию Брамбл-Кей, вымершую из-за повышения уровня моря, первое известное млекопитающее, погибшее в результате современного изменения климата.

В серии крупных отчетов ученые всего мира настоятельно привлекли внимание к изменению климата Земли, рискам, которые оно представляет, и необходимости реагирования. В 2014 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата опубликовала свою пятую оценку реальности и последствий изменения климата, а год спустя страны мира подписали Парижское соглашение, глобальное климатическое соглашение, направленное на поддержание потепления ниже 2 градусов по Цельсию — что мировые лидеры а ученые считают опасным порогом.В октябре 2018 года МГЭИК опубликовала еще один мрачный отчет, в котором описывались огромные затраты на потепление даже на 1,5 градуса по Цельсию к 2100 году — что, вероятно, является минимумом, с которым столкнется планета. Перед лицом таких огромных проблем мир охватили рекордные климатические протесты, многие из которых возглавляются молодежными активистами.

Открытие и повторное открытие видов

Современные биологи выявляют новые виды стремительными темпами, называя в среднем 18 000 новых видов в год. За последнее десятилетие ученые впервые описали несколько харизматических видов млекопитающих, таких как курносая обезьяна из Мьянмы, гигантская крыса Вангуну и олингито, первое новоявленное плотоядное животное в Западном полушарии с конца 1970-х годов.Ряды других групп животных также пополнились, когда ученые описали новооткрытую рыбу с «руками», крошечных лягушек размером меньше десяти центов, гигантскую флоридскую саламандру и многих других. Кроме того, некоторые животные, такие как вьетнамская саола и китайская или пика, были замечены снова после того, как пропали без вести в течение многих лет.

Но наряду с этими многочисленными находками ученые подсчитали экспоненциальную скорость современных исчезновений. В 2019 году ученые предупредили, что четверти групп растений и животных находится под угрозой исчезновения, предполагая, что около миллиона видов — как известных, так и неизвестных науке — сейчас находятся под угрозой исчезновения, причем некоторые из них в течение десятилетий.

Начало новой эры космических полетов

2010-е годы стали поворотным переходным периодом для космических полетов, поскольку доступ к низкой околоземной орбите и за ее пределами стал более глобальным — и коммерческим — предприятием. В 2011 году Китай запустил на орбиту свою первую космическую лабораторию Tiangong-1. В 2014 году миссия индийского орбитального аппарата «Марс» прибыла на красную планету, что сделало Индию первой страной, которая успешно достигла Марса с первой попытки. В 2019 году израильская некоммерческая организация SpaceIL попыталась совершить первую частную посадку на Луну, а китайская миссия Chang’e-4 выполнила первую мягкую посадку на обратной стороне Луны.Мировой отряд космонавтов также стал более разнообразным: Тим Пик стал первым профессиональным британским космонавтом, Айдын Аймбетов стал первым постсоветским казахстанским космонавтом, а Объединенные Арабские Эмираты и Дания отправили своих первых космонавтов в космос. Более того, астронавты НАСА Джессика Меир и Кристина Кох совершили первый полностью женский выход в открытый космос.

В США после последней миссии космического корабля, запущенной в 2011 году, частные компании решили заполнить пустоту. В 2012 году SpaceX запустила первую коммерческую миссию по пополнению запасов на МКС, а в 2015 году Blue Origin и SpaceX стали первыми компаниями, которые успешно запустили многоразовые ракеты в космос, а затем вернули их на Землю вертикально, что стало важной вехой для более дешевых запусков на низкоэнергетические цели Земная орбита.

Увидеть неожиданные стороны животных

ЭКСКЛЮЗИВ: Обнаружена «светящаяся» морская черепаха

Наручные часы: новый исследователь National Geographic Дэвид Грубер обнаруживает биофлуоресцентную морскую черепаху недалеко от Соломоновых островов.

Прошедшее десятилетие выявило необычные черты характера и поведения в животном мире. В 2015 году исследователь National Geographic Дэвид Грубер обнаружил, что морские черепахи-ястребы флуоресцируют зеленым и красным — это первая биофлуоресценция, когда-либо зарегистрированная у рептилий. В 2016 году исследователи показали, что гренландская акула может жить не менее 272 лет, что сделало ее самым долгоживущим позвоночным из всех известных.Наше понимание использования инструментов для животных также улучшилось: одно исследование 2019 года впервые показало, что висайские бородавчатые свиньи используют инструменты, а несколько исследований показали, что бразильские капуцины использовали инструменты в течение как минимум 3000 лет, что является старейшей подобной нечеловеческой историей, обнаруженной за пределами Африка. В ходе чрезвычайно редкого наблюдения в 2018 году биологи из Кении впервые с 1909 года научно задокументировали черного леопарда в Африке.

Новое определение научных единиц

Чтобы понять мир природы, ученые должны его измерить — но как мы определяем наши единицы измерения? На протяжении десятилетий ученые постепенно переопределяли классические единицы с точки зрения универсальных констант, таких как использование скорости света для определения длины метра.Но научная единица массы, килограмм, оставалась привязанной к «Le Grand K», металлическому цилиндру, хранящемуся на предприятии во Франции. Если масса слитка изменится по какой-либо причине, ученым придется заново откалибровать свои инструменты. Не более того: в 2019 году ученые согласились принять новое определение килограмма, основанное на фундаментальном физическом факторе, называемом постоянной Планка, и улучшенных определениях единиц электрического тока, температуры и количества частиц в данном веществе.Впервые в истории все наши научные единицы основаны на универсальных константах, что обеспечивает более точные измерения.

21 из самых важных изобретений 21 века

Автозапуск

Показать миниатюры

Показать подписи

Последний слайдСледующий слайд

Человечество всегда вводило новшества и за относительно короткое время перестало разводить костры и делать каменные плиты стрелки на создание приложений для смартфонов и автономных роботов. Сегодня технический прогресс, несомненно, продолжит изменять наш образ работы, жизни и выживания в ближайшие десятилетия.

С начала нового тысячелетия в мире появились социальные сети, смартфоны, беспилотные автомобили и автономные летательные аппараты. Также произошел огромный скачок в хранении энергии, искусственном интеллекте и медицине. Мужчины и женщины нанесли на карту геном человека и борются с ответвлениями биотехнологии и редактирования генов.

Мы сталкиваемся с огромными проблемами в области глобального потепления и продовольственной безопасности, среди многих других проблем. Хотя человеческие инновации способствовали возникновению многих проблем, с которыми мы сталкиваемся, именно человеческие инновации и изобретательность могут помочь человечеству справиться с этими проблемами.Это 21 стратегия, которая может предотвратить климатическую катастрофу.

Приготовьтесь: Это лучшие автомобили 2020 года

Головные боли для малого бизнеса: Регулирование налога с продаж создает расходы для некоторых владельцев малого бизнеса

24/7 Wall Street изучила сообщения СМИ и другие источники о последних далеко идущих инновациях, чтобы найти некоторые из наиболее важных изобретений 21 века. В некоторых случаях, несмотря на то, что до 2001 года проводились исследования предшественников и вспомогательные технологии, инновации не становились доступными для общественности до нынешнего столетия.В этом списке основное внимание уделяется инновациям (например, сенсорному экрану), которые поддерживают продукты, а не конкретным продуктам (например, iPhone).

Еще неизвестно, будут ли все технологии из этого списка оказывать влияние на протяжении столетия. Например, законодательство США может ограничивать срок службы электронных сигарет. Но некоторые изобретения последних 20 лет, вероятно, сохранят свою актуальность в обозримом будущем. Вот несколько изобретений, которым сотни лет, но которые до сих пор широко используются.

3D-печать. (Фото: Джастин Салливан / Getty Images)

1. 3D-печать

Большинство изобретений является результатом предыдущих идей и концепций, и 3D-печать ничем не отличается. Самое раннее применение метода наслоения, используемого в современных 3D-принтерах, произошло при изготовлении топографических карт в конце 19 века, а 3D-печать, как мы знаем, началась в 1980 году.

Конвергенция более дешевых методов производства и программного обеспечения с открытым исходным кодом Однако в последние годы это привело к революции в 3D-печати.Сегодня эта технология используется в производстве всего, от недорогих автомобильных запчастей до мостов и менее болезненных балетных туфель, и даже считается, что это искусственные органы.

2. Электронные сигареты

Хотя компоненты технологии существуют уже несколько десятилетий, первая современная электронная сигарета была представлена ​​в 2006 году. С тех пор эти устройства стали бешено популярными как альтернатива традиционным сигаретам, и новые Такие тенденции, как использование ароматизированных соков, способствовали успеху таких компаний, как Juul.

Недавние исследования показали, что устройства по-прежнему остаются неуверенными и опасными, а число смертей и травм, связанных с вейпингом, растет. В начале 2020 года FDA выпустило широко распространенный запрет на многие вкусы электронных сигарет с картриджами, отчасти потому, что эти ароматы особенно популярны среди детей и молодых людей.

3. Дополненная реальность

Дополненная реальность, в которой цифровая графика накладывается на видео в реальном времени для передачи информации в реальном времени, существует уже давно.Однако только недавно, после появления более мощного вычислительного оборудования и создания библиотеки программного обеспечения для отслеживания видео с открытым исходным кодом, известной как ARToolKit, эта технология стала действительно популярной.

Приложения для смартфонов, такие как игра Pokémon Go и фильтры Snapchat, — это всего лишь два небольших популярных примера современных приложений дополненной реальности. Технология используется в качестве инструмента в производстве, здравоохранении, путешествиях, моде и образовании.

4. Нашивка для контроля рождаемости

Первые тысячелетия принесли инновации в области планирования семьи, хотя они по-прежнему ориентированы только на женщин и ничего не делают для защиты от инфекций, передаваемых половым путем.Тем не менее, пластырь для контроля рождаемости был впервые выпущен в США в 2002 году и значительно упростил женщинам предотвращение нежелательной беременности. Пластиковый пластырь содержит те же гормоны эстроген и прогестерон, которые содержатся в противозачаточных таблетках, и доставляет их так же, как никотиновые пластыри, чтобы помочь людям бросить курить.

Блокчейн. (Фото: Дэн Китвуд / Getty Images)

5. Блокчейн

Вы, вероятно, слышали об этом, даже если вы не совсем понимаете это.Самое простое объяснение блокчейна заключается в том, что это неподкупный способ записи транзакций между сторонами — общий цифровой реестр, который стороны могут только добавлять, и который прозрачен для всех участников одноранговой сети, в которой блокчейн регистрируется и хранится. .

Технология была впервые применена в 2008 году для создания биткойнов, первой децентрализованной криптовалюты, но с тех пор она была принята финансовым сектором и другими отраслями для множества применений, включая денежные переводы, мониторинг цепочки поставок и безопасность пищевых продуктов.

6. Капсульная эндоскопия

Достижения в области светоизлучающих электродов, датчиков изображения и оптической конструкции в 90-е годы привели к появлению капсульной эндоскопии, впервые использованной у пациентов в 2001 году. В этой технологии используется крошечная беспроводная камера такого размера. таблетки витамина, которую пациент глотает.

По мере того, как капсула проходит через пищеварительную систему, врачи могут исследовать желудочно-кишечный тракт гораздо менее интрузивным образом. Капсульная эндоскопия может использоваться для определения источника внутреннего кровотечения, воспаления язв кишечника и раковых опухолей.

7. Современная искусственная поджелудочная железа

Более формально известная как замкнутая система доставки инсулина, искусственная поджелудочная железа существует с конца 70-х годов, но первые версии были размером с картотечный шкаф. В последние годы искусственная поджелудочная железа, используемая в основном для лечения диабета 1 типа, стала портативной. Первая искусственная поджелудочная железа (современная портативная) была одобрена для использования в США в 2016 году.

Система непрерывно контролирует уровень глюкозы в крови, рассчитывает необходимое количество инсулина и автоматически доставляет его через небольшую помпу.Британские исследования показали, что пациенты, использующие эти устройства, проводят больше времени в идеальном диапазоне уровня глюкозы. В декабре 2019 года FDA одобрило еще более совершенную версию искусственной поджелудочной железы под названием Control-IQ, разработанную UVA.

Уважаемый GM: Не оживляйте Хаммер. Вместо этого сосредоточьтесь на Cadillac.

8. Электронные книги

Sony была первой компанией, выпустившей электронные книги с так называемым микроинкапсулированным электрофоретическим дисплеем, обычно называемым электронными чернилами.Технология электронных чернил, имитирующая чернила на бумаге, приятная для глаз и потребляющая меньше энергии, была внедрена с 70-х годов (и улучшилась в 90-х годах), но инновациям в электронных книгах пришлось подождать до тех пор, пока появился более широкий спрос на электронные книги. После дебюта в 2007 году Sony быстро обогнала Amazon Kindle. Популярность электронных книг снизилась с появлением планшетов и смартфонов, но они по-прежнему вызывают лояльность книжных червей по всему миру.

9. Редактирование генов

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли и отдельная группа из Гарварда и Института Броуда независимо друг от друга обнаружили в 2012 году бактериальную иммунную систему, известную как CRISPR (аббревиатура от сгруппированных регулярно расположенных через промежутки коротких палиндромных повторов. ) можно использовать как мощный инструмент редактирования генов для внесения подробных изменений в ДНК любого организма.Это открытие ознаменовало новую эру в биотехнологии.

Это открытие может искоренить болезни путем изменения генов мышей и комаров для борьбы с распространением болезни Лайма и малярии, но также поднимает этические вопросы, особенно в отношении редактирования генов человека, например, в репродуктивных целях.

Аккумуляторы высокой плотности. (Фото: фото: Qurren Taken с Canon IXY 10S / Wikimedia Commons)

10. Аккумуляторы высокой плотности

Электромобили Tesla привлекли столько внимания в основном из-за их аккумуляторов.Батареи, расположенные под пассажирским салоном, состоят из тысяч литий-ионных элементов с высокой плотностью, каждый из которых едва превышает стандартную батарею АА, размещенных в большом, тяжелом аккумуляторном блоке, который также предлагает электромобилям Tesla привлекательный низкий центр тяжести. гравитационная и структурная опора.

Детище соучредителя Tesla Дж. Б. Штраубеля, эти аккумуляторные модули обладают большей мощностью, чем стандартные (и более дешевые) аккумуляторы для электромобилей. Эти блоки также используются в бытовых, коммерческих и сетевых накопителях энергии.

11. Цифровые помощники

Одной из самых больших технологических тенденций последних лет стала технология умного дома, которую теперь можно найти в повседневных потребительских устройствах, таких как дверные замки, лампочки и кухонная техника. Ключевой технологией, которая сделала все это возможным, является цифровой помощник. Apple была первой крупной технологической компанией, которая в 2011 году представила виртуального помощника Siri для iOS.

С тех пор на рынок вышли и другие цифровые помощники, такие как Microsoft Cortana и Amazon Alexa.Еще один уровень популярности помощники приобрели, когда технологические компании представили умные колонки. Примечательно, что Google Home и Amazon Echo теперь можно найти в миллионах домов с постоянно растущим спектром приложений.

12. Сердце робота

Искусственные сердца существуют уже некоторое время. Это механические устройства, подключенные к настоящему сердцу или имплантированные в грудную клетку, чтобы помочь или заменить сердце, которое выходит из строя. Abiomed, компания из Дэнверс, штат Массачусетс, разработала сердце робота под названием AbioCor, автономный аппарат из пластика и титана.

AbioCor — это автономное устройство, за исключением беспроводного аккумуляторного блока, который крепится к запястью. Роберт Тулс, технический библиотекарь с застойной сердечной недостаточностью, получил первый 2 июля 2001 года.

13. Имплант сетчатки

Когда он был студентом-медиком, доктор Марк Хумаюн наблюдал, как его бабушка постепенно теряла зрение. Офтальмолог и биоинженер сосредоточились на поиске решения проблемы, вызывающей слепоту. Он сотрудничал с доктором.Джеймс Вейланд, коллега из USC Gayle и Edward Roski Eye Institute, и другие эксперты по созданию Argus II.

Argus II — это протез сетчатки, который считается прорывом для тех, кто страдает пигментным ретинитом, наследственным дегенеративным заболеванием сетчатки, которое может привести к слепоте. Заболевание поражает 1,5 миллиона человек во всем мире. Устройство было одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в 2013 году.

14. Мобильные операционные системы

Мобильные операционные системы для смартфонов и других портативных гаджетов позволили быстро распространять смартфоны и другие мобильные гаджеты благодаря их интуитивно понятным пользовательским интерфейсам. и, казалось бы, бесконечные возможности приложений.Мобильные операционные системы стали наиболее ориентированными на потребителя компьютерными операционными системами. Когда Google впервые приобрела Android Inc. в 2005 году, операционной системе было всего два года, а до коммерческого дебюта первого iPhone (с его iOS) оставалось еще два года.

Ракеты многоцелевого назначения. (Фото: Джо Рэдл / Getty Images)

15. Многофункциональные ракеты

Предпринимателя-миллиардера Илона Маска не обязательно помнить за его вклад в инновации в области электромобилей, а скорее за его вклад в освоение космоса.SpaceX, частная компания Маска, занимающаяся исследованием космоса, разработала ракеты, которые могут быть восстановлены и повторно использованы при других запусках — более эффективная и дешевая альтернатива методу использования ракет только один раз, позволяя им упасть в океан.

30 марта 2017 года SpaceX стала первой, кто развернул одну из этих бывших в употреблении ракет — Falcon 9. Компания космических перевозок Blue Origin, основанная Джеффом Безосом из Amazon.com, запустила собственную многоразовую ракету.

16. Потоковая передача в режиме онлайн

Потоковая передача в режиме онлайн была бы невозможна без конвергенции широко распространенного широкополосного доступа в Интернет и центров обработки данных облачных вычислений, используемых для хранения контента и прямого веб-трафика.В то время как онлайн-трансляция в прямом эфире существует почти с тех пор, как Интернет получил широкое распространение в 90-х годах, только в середине 2000-х годов Интернет смог обеспечить доставку потокового мультимедиа для широкой аудитории. Онлайн-трансляция представляет собой серьезную угрозу существующим моделям предоставления мультимедийных развлечений, таким как кабельное телевидение и кинотеатры.

17. Роботизированные экзоскелеты

С тех пор, как исследователи из Калифорнийского университета в Беркли создали в 2003 году роботизированное устройство, которое прикрепляется к нижней части спины для увеличения силы у людей, спрос на роботизированные экзоскелеты для физической реабилитации увеличился. и производство взлетело.

Носимые экзоскелеты все чаще помогают людям с ограниченными возможностями передвижения (особенно параличом нижней части тела) и используются на фабриках. Ford Motor Company, например, использовала жилет-экзоскелет, который помогает сборщикам автомобилей выполнять повторяющиеся задачи, чтобы уменьшить износ плеч и рук.

18. Малые спутники

По мере того, как современные электронные устройства становятся меньше, появляются и орбитальные спутники, которые компании, правительства и организации используют для сбора научных данных, изображений Земли, а также для телекоммуникационных и разведывательных целей. .Эти крошечные недорогие орбитальные устройства делятся на разные категории по весу, но одним из наиболее распространенных является CubeSat размером с коробку из-под обуви. По данным базы данных Nanosats, по состоянию на октябрь 2019 года было запущено более 2400 спутников весом от 1 кг (2,2 фунта) до 40 кг (88 фунтов).

19. Твердотельный лидар

Лидар — это аббревиатура, обозначающая обнаружение света и определение дальности, а также сочетание слов «свет» и «радар». Сегодня эта технология чаще всего используется в беспилотных автомобилях.Подобно радарам, которые используют радиоволны для отражения объектов и определения их расстояния, лидар использует лазерный импульс, чтобы делать то же самое.

Посылая во вращение достаточное количество лазеров, он может создавать постоянно обновляемую карту изображений с высоким разрешением окружающей среды. Следующие шаги в этой технологии будут включать меньшие и более дешевые лидарные датчики, особенно твердотельные — без волчка на автомобилях.

Токенизация. (Фото: Kenishirotie / Getty Images)

20.Токенизация

Если вы когда-либо использовали чип, встроенный в кредитную или дебетовую карту, для совершения платежа нажатием, а не считыванием, то вы извлекали выгоду из повышенной безопасности токенизации. Эта технология защиты данных заменяет конфиденциальные данные эквивалентным случайным числом, известным как токен, который используется только один раз за транзакцию и не имеет ценности для потенциальных хакеров и похитителей личных данных, пытающихся перехватить данные транзакции, когда они перемещаются от отправителя к получатель.Сообщается, что сайт социальной сети classmates.com в 2001 году первым применил токенизацию для защиты конфиденциальных данных своих подписчиков. Токенизация также рекламируется как способ предотвратить вмешательство хакеров в беспилотные автомобили.

21. Стекло сенсорного экрана

Сверхтонкое химически упрочненное стекло — ключевой компонент мира сенсорных экранов. Этот прочный и прозрачный материал защищает ваш iPad или смартфон Samsung от разрушения при малейшем падении.Даже если эти экраны треснут, в большинстве случаев повреждения носят косметический характер, и гаджет по-прежнему работает.

Corning Inc., уже являющаяся лидером в производстве обработанного стекла, используемого в автомобилях, Apple попросила разработать 1,3-миллиметровое обработанное стекло для своего iPhone, который дебютировал в 2007 году. Стекло Gorilla Glass от Corning по-прежнему является самым известным, хотя на рынке существуют другие бренды.

24/7 Wall Street — контент-партнер USA TODAY, предлагающий финансовые новости и комментарии. Его контент создается независимо от США СЕГОДНЯ.

Прочтите или поделитесь этой историей: https://www.usatoday.com/story/money/2020/01/09/21-most-important-inventions-of-the-21st-century/40934825/

Десять лучших научных открытий десятилетия |
Наука

Ежегодно публикуются миллионы новых научно-исследовательских работ, проливающих свет на все: от эволюции звезд до продолжающихся воздействий изменения климата, пользы (или сдерживающих факторов) кофе для здоровья и склонности вашей кошки игнорировать вас.Ежегодно публикуется так много исследований, что может быть трудно понять, что важно, что интересно, но в значительной степени незначительно, а что является просто плохой наукой. Но в течение десятилетия мы можем оглянуться на некоторые из наиболее важных и впечатляющих областей исследований, которые часто выражаются в многочисленных выводах и исследовательских статьях, которые приводят к истинному распространению знаний. Вот десять крупнейших достижений ученых за последние десять лет.

Новые родственники людей

Череп Australopithecus sediba из Южной Африки, ископаемый голотип этого вида.(Фото Бретта Элоффа. Предоставлено Профбергером и Университетом Витса через Wikicommons в рамках CC BY-SA 4.0)

Семейное древо человека значительно расширилось за последнее десятилетие за счет окаменелостей новых видов гомининов, обнаруженных в Африке и на Филиппинах. Десятилетие началось с открытия и идентификации Australopithecus sediba , вида гомининов, обитавших почти два миллиона лет назад на территории современной Южной Африки. Мэтью Бергер, сын палеоантрополога Ли Бергера, наткнулся на первую окаменелость этого вида, правую ключицу, в 2008 году, когда ему было всего 9 лет.Затем группа обнаружила еще несколько окаменелостей этого человека, маленького мальчика, включая хорошо сохранившийся череп, и A. sediba был описан Ли Бергером и его коллегами в 2010 году. Этот вид представляет собой переходную фазу между родом Australopithecus и род Homo , с некоторыми чертами старшей группы приматов, но стилем ходьбы, напоминающим современного человека.

Также обнаруженный в Южной Африке группой под руководством Бергера, Homo naledi жил намного позже, примерно от 335 000 до 236 000 лет назад, что означает, что он мог пересекаться с нашим собственным видом, Homo sapiens. Вид, впервые обнаруженный в системе пещеры восходящей звезды в 2013 году и описанный в 2015 году, также имел сочетание примитивных и современных особенностей, таких как небольшой корпус мозга (около одной трети размера Homo sapiens ) и большое для того времени тело, весившее примерно 100 фунтов и достигающее пяти футов в высоту. Меньший по размеру Homo luzonensis (от трех до четырех футов высотой) жил на Филиппинах примерно 50–67 тысяч лет назад, пересекаясь с несколькими видами гомининов.Первые окаменелостей H. luzonensis первоначально были идентифицированы как Homo sapiens, , но анализ 2019 года показал, что кости принадлежали совершенно неизвестному виду.

Эти три основные находки за последние десять лет предполагают, что кости других видов древних родственников человека, вероятно, спрятаны в пещерах и отложениях отложений по всему миру, ожидая своего открытия.

Измерение космоса

Изображение окружающей среды вокруг черной дыры в центре Мессье 87, массивной галактики в соседнем скоплении галактик Дева.Эта черная дыра находится в 55 миллионах световых лет от Земли и имеет массу в 6,5 миллиарда раз больше массы Солнца.

(Сотрудничество с телескопом Event Horizon и др.)

Когда Альберт Эйнштейн впервые опубликовал общую теорию относительности в 1915 году, он, вероятно, не мог себе представить, что 100 лет спустя астрономы проверит предсказания теории с помощью некоторых из самых сложных инструментов, когда-либо созданных. — и теория прошла бы все испытания. Общая теория относительности описывает Вселенную как «ткань» пространства-времени, искаженную большими массами.Именно это искривление вызывает гравитацию, а не внутреннее свойство массы, как думал Исаак Ньютон.

Одно из предсказаний этой модели состоит в том, что ускорение масс может вызывать «рябь» в пространстве-времени или распространение гравитационных волн. При достаточно большой массе, такой как черная дыра или нейтронная звезда, эту рябь могут даже обнаружить астрономы на Земле. В сентябре 2015 года коллаборация LIGO и Virgo впервые обнаружила гравитационные волны, распространяющиеся от пары сливающихся черных дыр около 1.3 миллиарда световых лет от нас. С тех пор оба инструмента обнаружили несколько дополнительных гравитационных волн, в том числе одну от двух сливающихся нейтронных звезд.

Другое предсказание общей теории относительности — в котором, как известно, сомневался сам Эйнштейн, — это существование вообще черных дыр или точек гравитационного коллапса в пространстве с бесконечной плотностью и бесконечно малым объемом. Эти объекты поглощают всю материю и свет, которые отклоняются слишком близко, создавая диск из перегретого материала, падающий в черную дыру.В 2017 году в рамках сотрудничества Event Horizon Telescope — сети связанных радиотелескопов по всему миру — были проведены наблюдения, которые позже позволили получить первое изображение окружающей среды вокруг черной дыры, выпущенное в апреле 2019 года.

Самые жаркие годы записи

Ученые предсказывали влияние сжигания угля и ископаемого топлива на температуру планеты более 100 лет.В выпуске журнала Popular Mechanics за 1912 год содержится статья под названием «Замечательная погода 1911 года: влияние сжигания угля на климат — что ученые предсказывают на будущее» с подписью: «Печи мира. сейчас сжигают около 2 000 000 000 тонн угля в год. Когда он сжигается, соединяясь с кислородом, он ежегодно добавляет в атмосферу около 7 000 000 000 тонн углекислого газа. Это делает воздух более эффективным одеялом для земли и повышает ее температуру.Эффект может быть значительным через несколько столетий ».

Всего один век спустя, и эффект действительно значительный. Увеличение выбросов парниковых газов в атмосферу привело к повышению глобальной температуры, причем последние пять лет (с 2014 по 2018 год) были самыми жаркими за всю историю наблюдений. 2016 год стал самым жарким с тех пор, как Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA) начало регистрировать глобальную температуру 139 лет назад. Последствия этого глобального изменения включают более частые и разрушительные лесные пожары, более частые засухи, ускорение таяния полярных льдов и усиление штормовых нагонов.Калифорния горит, Венеция наводнена, количество смертей от жары в городах растет, а бесчисленные прибрежные и островные сообщества сталкиваются с экзистенциальным кризисом — не говоря уже об экологическом хаосе, вызванном изменением климата, что ограничивает способность планеты выводить углерод из атмосферы. .

В 2015 году Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) достигла консенсуса в отношении действий по борьбе с изменением климата, известного как Парижское соглашение. Основная цель Парижского соглашения — ограничить повышение глобальной температуры до 1.На 5 градусов Цельсия выше доиндустриального уровня. Для достижения этой цели потребуются серьезные преобразования в обществе, включая замену ископаемого топлива чистой энергией, такой как ветровая, солнечная и ядерная; реформирование методов ведения сельского хозяйства с целью ограничения выбросов и защиты лесных массивов; и, возможно, даже создание искусственных средств удаления углекислого газа из атмосферы.

Редактирование генов

Возможность модифицировать геномы для предотвращения болезней или изменения физических качеств значительно расширилась за последнее десятилетие.(iStock / Natali_Mis)

С тех пор, как в начале 1950-х годов была обнаружена двойная спиральная структура ДНК, ученые высказали гипотезу о возможности искусственной модификации ДНК для изменения функций организма. Первое одобренное испытание генной терапии произошло в 1990 году, когда у четырехлетней девочки были удалены собственные лейкоциты, дополнены генами, вырабатывающими фермент аденозиндезаминаза (АДА), а затем повторно введены в ее организм для лечения АДА. дефицит — генетическое заболевание, ограничивающее способность иммунной системы бороться с болезнями.В организме пациентки начал вырабатываться фермент ADA, но новые лейкоциты с исправленным геном не образовывались, и ей пришлось продолжать получать инъекции.

Теперь генная инженерия стала более точной и доступной, чем когда-либо прежде, во многом благодаря новому инструменту, впервые использованному для модификации эукариотических клеток (сложных клеток с ядром) в 2013 году: CRISPR-Cas9. Инструмент редактирования генов работает, обнаруживая целевой участок ДНК и «вырезая» этот участок с помощью фермента Cas9.Необязательный третий шаг включает замену удаленного участка ДНК новым генетическим материалом. Эту технику можно использовать для широкого спектра применений, от увеличения мышечной массы домашнего скота до получения устойчивых и плодородных культур, до лечения таких заболеваний, как рак, путем удаления клеток иммунной системы пациента, их модификации для лучшей борьбы с болезнью и повторного введения их в тело пациента.

В конце 2018 года китайские исследователи под руководством Хэ Цзянькуя объявили, что они использовали CRISPR-Cas9 для генетической модификации человеческих эмбрионов, которые затем были перенесены в матку женщины и привели к рождению девочек-близнецов — первых младенцев, подвергшихся генетической редакции.Геномы близнецов были изменены, чтобы девочки стали более устойчивыми к ВИЧ, хотя генетические изменения могли также привести к непреднамеренным изменениям. Работа была широко осуждена научным сообществом как неэтичная и опасная, что свидетельствует о необходимости более строгих правил использования этих мощных новых инструментов, особенно когда речь идет об изменении ДНК эмбрионов и использовании этих эмбрионов для рождения живых детей.

Тайны иных миров раскрыты

Изображение Титана и Сатурна в естественных цветах, сделанное космическим кораблем НАСА Кассини 6 мая 2012 года на расстоянии примерно 483 000 миль (778 000 км) от Титана.(НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт / Институт космических наук)

За последнее десятилетие космические аппараты и телескопы предоставили огромное количество информации о мирах за пределами нашего собственного. В 2015 году зонд New Horizons приблизился к Плутону, сделав первые близлежащие наблюдения карликовой планеты и ее спутников. Космический корабль показал удивительно динамичный и активный мир с ледяными горами, достигающими почти 20 000 футов, и подвижными равнинами, возраст которых не превышает 10 миллионов лет, что означает, что геология постоянно меняется.Тот факт, что Плутон, который находится в среднем на 3,7 миллиарда миль от Солнца, что примерно в 40 раз больше Земли, настолько геологически активен, предполагает, что даже холодные и далекие миры могут получать достаточно энергии, чтобы нагреть свои внутренности, возможно, содержащие жидкую воду под землей. или даже жизнь.

Немного ближе к дому, космический корабль Кассини вращался вокруг Сатурна в течение 13 лет, завершив свою миссию в сентябре 2017 года, когда НАСА намеренно погрузило космический корабль в атмосферу Сатурна, чтобы он сгорел, а не продолжал вращаться вокруг планеты после того, как исчерпал свое топливо. .Во время своей миссии Кассини обнаружил процессы, которые питают кольца Сатурна, наблюдал глобальный шторм, окружающий газовый гигант, нанес на карту большую луну Титан и обнаружил некоторые ингредиенты для жизни в шлейфах ледяного материала, извергающегося из водянистой луны Энцелада. В 2016 году, за год до завершения миссии Кассини, космический корабль Juno прибыл на Юпитер, где он измерял магнитное поле и динамику атмосферы самой большой планеты Солнечной системы, чтобы помочь ученым понять, как Юпитер — и все остальное вокруг солнце — изначально сформированное.

В 2012 году марсоход Curiosity приземлился на Марсе, где он сделал несколько важных открытий, включая новые доказательства наличия воды на красной планете в прошлом, наличие органических молекул, которые могут быть связаны с жизнью, и таинственные сезонные циклы метана и кислорода. намек на динамичный мир под поверхностью. В 2018 году Европейское космическое агентство объявило, что данные наземного радара с космического корабля Mars Express убедительно свидетельствуют о существовании жидкого резервуара с водой под землей возле южного полюса Марса.

Между тем два космических телескопа, Kepler и TESS, обнаружили тысячи планет, вращающихся вокруг других звезд. Кеплер был запущен в 2009 году и завершил свою миссию в 2018 году, обнаруживая таинственные и далекие планеты, измеряя уменьшение освещенности, когда они проходят перед своими звездами. Эти планеты включают горячие Юпитеры, которые вращаются вокруг своих звезд всего за дни или часы; мини-Нептуны, которые имеют размер между Землей и Нептуном и могут быть газом, жидкостью, твердым телом или некоторым сочетанием; и суперземли, которые представляют собой большие скалистые планеты, которые астрономы надеются изучить на предмет признаков жизни.TESS, запущенный в 2018 году, продолжает поиски преемника Кеплера. Космический телескоп уже открыл сотни миров, и он может найти 10 000 или даже 20 000 до конца миссии.

Ископаемые пигменты раскрывают цвет динозавров

Восстановленные цветовые узоры Sinosauropteryx на основе пигментации ископаемого оперения.

(Фианн М. Смитвик и др. / Current Biology 27.21 3337-3343)

Десятилетие началось с революции в палеонтологии, когда ученые впервые увидели истинную окраску динозавров.Во-первых, в январе 2010 года анализ меланосом — органелл, содержащих пигменты — в окаменелых перьях Sinosauropteryx , динозавра Sinosauropteryx , жившего в Китае около 120–125 миллионов лет назад, показал, что доисторическое существо имело «красновато-коричневые тона». »И полосы вдоль его хвоста. Вскоре после этого полная реконструкция тела показала цвета небольшого пернатого динозавра, жившего около 160 миллионов лет назад, Anchiornis , у которого были черные и белые перья на теле и поразительное перо из красных перьев на голове.

Изучение окаменелых пигментов продолжало раскрывать новую информацию о доисторической жизни, намекая на потенциальные стратегии выживания животных, демонстрируя доказательства затенения и маскировки. В 2017 году было обнаружено, что замечательно хорошо сохранившийся бронированный динозавр Borealopelta , который жил около 110 миллионов лет назад, имел красновато-коричневые тона, которые помогали слиться с окружающей средой. Эта новая способность идентифицировать и изучать цвета динозавров будет по-прежнему играть важную роль в палеонтологических исследованиях, поскольку ученые изучают эволюцию прошлой жизни.

Новое определение фундаментальной единицы массы

Весы NIST-4 Kibble, электромагнитные весы, используемые для измерения постоянной Планка и, в свою очередь, для переопределения килограмма.

(Дженнифер Лорен Ли / NIST)

В ноябре 2018 года ученые-измерители всего мира проголосовали за официальное изменение определения килограмма, фундаментальной единицы массы. Вместо того, чтобы основывать килограмм объекта — цилиндра из сплава платины и иридия размером с мяч для гольфа — новое определение использует константу природы для установки единицы массы.Это изменение заменило последний физический артефакт, используемый для определения единицы измерения. (В 1960 году шкала метра была заменена на определенное количество длин волн излучения криптона, например, а позже обновлена, чтобы определить метр в соответствии с расстоянием, которое проходит свет за крошечные доли секунды.)

Используя сложную машину для взвешивания, известную как весы Kibble, ученые смогли точно измерить килограмм в соответствии с электромагнитной силой, необходимой для его удержания.Это электрическое измерение затем можно выразить в терминах постоянной Планка, числа, первоначально использовавшегося Максом Планком для расчета пучков энергии, исходящей от звезд.

Килограмм был не единственной единицей измерения, которая была недавно изменена. Изменения в Международной системе единиц, официально вступившие в силу в мае 2019 года, также изменили определение ампера, стандартной единицы электрического тока; единица измерения температуры кельвин; и моль, единица количества вещества, используемого в химии.Изменения в килограммах и других единицах позволят более точные измерения небольших количеств материалов, таких как фармацевтические препараты, а также предоставят ученым во всем мире доступ к фундаментальным единицам вместо того, чтобы определять их в соответствии с объектами, которые должны быть воспроизведены и откалиброваны. небольшим количеством лабораторий.

Первый секвенированный геном древнего человека

Художественный оттиск 1500-летнего водного захоронения в Леванлухте, Финляндия, где была извлечена древняя ДНК.(Kerttu Majander)

В 2010 году ученые получили новый инструмент для изучения древнего прошлого и людей, которые его населяли. Исследователи использовали волосы, сохранившиеся в вечной мерзлоте, для секвенирования генома человека, жившего около 4000 лет назад на территории современной Гренландии, выявив физические особенности и даже группу крови представителя одной из первых культур, поселившихся в этой части. мир. Первая почти полная реконструкция генома из древней ДНК открыла антропологам и генетикам возможность узнать больше о культурах далекого прошлого, чем когда-либо прежде.

Извлечение древней ДНК — сложная задача. Даже если генетический материал, такой как волосы или кожа, сохраняется, он часто загрязнен ДНК микробов из окружающей среды, поэтому для выделения ДНК древнего человека необходимо использовать сложные методы секвенирования. Совсем недавно ученые использовали каменную кость черепа, очень плотную кость около уха, для извлечения древней ДНК.

Тысячи геномов древних людей были секвенированы с момента первого успеха в 2010 году, что позволило выявить новые подробности взлета и падения потерянных цивилизаций и миграции людей по всему миру.Изучение древних геномов выявило множественные волны миграции туда и обратно через замерзший Берингов мост между Сибирью и Аляской между 5000 и 15000 лет назад. Недавно геном молодой девушки в современной Дании был секвенирован из 5700-летнего куска березового дегтя, используемого в качестве жевательной резинки, который также содержал ее микробы во рту и кусочки пищи от одного из ее последних приемов пищи.

Вакцина и новые методы лечения Эболы

Девочка получает прививку от Эболы 22 ноября 2019 года в Гоме, Демократическая Республика Конго.(Памела Тулизо / AFP через Getty Images)

В этом десятилетии произошла самая серьезная в истории вспышка заболеваний, вызванных вирусом Эбола. Предполагается, что эпидемия началась с единственного случая заражения 18-месячного мальчика в Гвинее от летучих мышей в декабре 2013 года. Заболевание быстро распространилось на соседние страны, достигнув столиц Либерии и Сьерра-Леоне к июлю 2014 года, обеспечив Беспрецедентная возможность передачи болезни большому количеству людей. Вирус Эбола подрывает иммунную систему и может вызвать массивное кровотечение и полиорганную недостаточность.По данным CDC, через два с половиной года после первого случая заражения заразились более 28 600 человек, в результате чего погибло не менее 11 325 человек.

Эпидемия побудила чиновников здравоохранения удвоить свои усилия по поиску эффективной вакцины для борьбы с лихорадкой Эбола. Вакцина, известная как Ervebo, произведенная фармацевтической компанией Merck, была протестирована в клинических испытаниях в Гвинее, проведенных ближе к концу вспышки в 2016 году, которые подтвердили эффективность вакцины. Еще одна вспышка Эболы была объявлена ​​в Демократической Республике Конго в августе 2018 года, и продолжающаяся эпидемия стала самой смертоносной после вспышки в Западной Африке: по состоянию на декабрь 2019 года было зарегистрировано 3366 случаев и 2227 смертей.Эрвебо использовался в ДРК для борьбы со вспышкой болезни на основе расширенного доступа или «милосердного использования». В ноябре 2019 года Эрвебо был одобрен Европейским агентством по лекарственным средствам (EMA), а месяц спустя он был одобрен в США FDA.

Помимо профилактической вакцины, исследователи ищут лекарство от лихорадки Эбола у пациентов, которые уже были инфицированы этой болезнью. Два метода лечения, которые включают однократную доставку антител для предотвращения заражения Эболой клеток пациента, недавно показали многообещающие результаты в ходе клинических испытаний в Демократической Республике Конго.С помощью комбинации вакцин и терапевтического лечения официальные лица здравоохранения надеются однажды навсегда искоренить вирусную инфекцию.

ЦЕРН обнаруживает бозон Хиггса

Событие, зарегистрированное детектором компактного мюонного соленоида (CMS) Большого адронного коллайдера ЦЕРН в 2012 году, демонстрирует характеристики, ожидаемые от распада бозона Хиггса на пару фотонов (желтые пунктирные линии и зеленые башни).

(Сотрудничество CERN / CMS в рамках CC BY-SA 4.0)

В течение последних нескольких десятилетий физики неустанно работали над моделированием работы Вселенной, разрабатывая так называемую Стандартную модель. Эта модель описывает четыре основных взаимодействия материи, известных как фундаментальные силы. Два из них знакомы в повседневной жизни: сила тяжести и сила электромагнитного поля. Однако два других оказывают свое влияние только внутри ядер атомов: сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие.

Часть Стандартной модели говорит, что существует универсальное квантовое поле, которое взаимодействует с частицами, придавая им их массы.В 1960-х годах физики-теоретики, включая Франсуа Энглерта и Питера Хиггса, описали эту область и ее роль в Стандартной модели. Оно стало известно как поле Хиггса, и согласно законам квантовой механики, все такие фундаментальные поля должны иметь связанную частицу, которая стала известна как бозон Хиггса.

Десятилетия спустя, в 2012 году, две группы, использующие Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе для проведения столкновений частиц, сообщили об обнаружении частицы с предсказанной массой бозона Хиггса, предоставив существенные доказательства существования поля Хиггса и бозона Хиггса.В 2013 году Нобелевская премия по физике была присуждена Энглерту и Хиггсу «за теоретическое открытие механизма, который способствует нашему пониманию происхождения массы субатомных частиц и который недавно был подтвержден открытием предсказанной фундаментальной частицы. ” По мере того как физики продолжают совершенствовать Стандартную модель, функция и открытие бозона Хиггса останутся фундаментальной частью того, как вся материя получает свою массу, и, следовательно, как любая материя вообще существует.

Когда прошлое становится будущим: физика в 21 веке

В последние годы, хотя в физике не произошло революций, подобных тем, которые произошли в первой четверти двадцатого века, семена, посаженные в то время, все еще приносят плоды и продолжают порождать новые разработки. В этой статье рассматриваются некоторые из них, начиная с открытия бозона Хиггса и гравитационного излучения.Более глубокий взгляд обнаруживает дополнительную потребность в рассмотрении других открытий, в которых физика обнаруживает свое единство с астрофизикой и космологией. К ним относятся темная материя, черные дыры и множественные вселенные. Также рассматриваются теория струн и суперсимметрия, а также квантовая запутанность и ее использование в области защищенных коммуникаций (квантовая криптография). Статья завершается взглядом на присутствие и важность физики в научно междисциплинарном мире.

Физика считается королевой науки двадцатого века, и это правильно, поскольку этот век был отмечен двумя революциями, которые радикально изменили ее основы и привели к глубоким социально-экономическим изменениям: специальной и общей теории относительности (Альберт Эйнштейн, 1905, 1915). ) и квантовой физики, которую, в отличие от теории относительности, нельзя отнести к одной фигуре, поскольку она возникла в результате совместных усилий большой группы ученых.Теперь мы знаем, что революции, будь то в науке, политике или обычаях, имеют долгосрочные последствия, которые могут быть не такими радикальными, как те, которые привели к первоначальному разрыву, но, тем не менее, могут привести к более поздним разработкам, открытиям или способам понимания. реальность, которая раньше была немыслима. Именно это произошло с физикой после того, как были построены новые базовые теории. В случае квантовой физики мы имеем в виду квантовую механику (Вернер Гейзенберг, 1925; Поль Дирак, 1925; Эрвин Шредингер, 1926).В мире Эйнштейна релятивистская космология быстро возникла и приветствовала как одну из возможных моделей Вселенной экспериментальное открытие расширения Вселенной (Эдвин Хаббл, 1929). Тем не менее, наиболее плодотворные «приложения-следствия» появились в контексте квантовой физики. На самом деле их было так много, что без преувеличения можно сказать, что они изменили мир. Их слишком много, чтобы перечислять здесь, но достаточно упомянуть лишь некоторые: построение квантовой электродинамики (ок.1949), изобретение транзистора (1947), который вполне можно было бы назвать «атомом глобализации и цифрового общества», и развитие физики элементарных частиц (позже названной «физикой высоких энергий»), астрофизики, ядерной физики и физика твердого тела или конденсированного состояния.

Уравнение механизма Хиггса на доске. Механизм Хиггса объясняет, как поле Хиггса придает массу другим частицам в результате их взаимодействия с ним. Это взаимодействие опосредуется бозоном Хиггса, фундаментальной частицей

. Во второй половине двадцатого века произошла консолидация этих разделов физики, но мы можем задаться вопросом, перестали ли в конечном итоге появляться важные новшества и все свелось к простому развитию — что Томас Кун названный «нормальной наукой» в своей книге 1962 года «Структура научных революций».Спешу добавить, что концепция «нормальной науки» сложна и может привести к ошибке: разработка основ — «твердого ядра», если использовать термин, введенный Куном, — научной парадигмы, то есть « нормальная наука », может открыть новые двери для познания природы и поэтому имеет огромное значение. В этой статье я буду обсуждать десятилетие между 2008 и 2018 годами, и мы увидим, что именно это происходило в некоторых случаях во втором десятилетии двадцать первого века, значительно после «революционных лет» начала двадцатого века. .

Открытие бозона Хиггса

Одним из самых ярких событий в физике последнего десятилетия стало подтверждение теоретического предсказания, сделанного почти полвека назад: существование бозона Хиггса. Давайте рассмотрим контекст, который привел к этому предсказанию.

В физике высоких энергий произошел невероятный прогресс с появлением частиц, названия которых были предложены одним из ученых, ответственных за их введение: Мюрреем Гелл-Манном.Существование этих кварков было теоретизировано в 1964 году Гелл-Манном и Джорджем Цвейгом. До своего появления протоны и нейтроны считались действительно основными и неразрушимыми атомными структурами, электрический заряд которых был неделимой единицей. Кварки не подчинялись этому правилу, так как им приписывались дробные заряды. Согласно Гелл-Манну и Цвейгу, адроны — частицы, подверженные сильному взаимодействию — состоят из двух или трех типов кварков и антикварков, называемых u (вверх), d (вниз) и s (странные), электрические заряды которых равны соответственно, 2/3, 1/3 и 1/3 электрона (на самом деле, может быть два типа адронов: барионы — протоны, нейтроны и гиперионы — и мезоны, которые представляют собой частицы, массы которых имеют значения между этими электрона и протона).Таким образом, протон состоит из двух u-кварков и одного d, а нейтрон состоит из двух d-кварков и одного u. Следовательно, они представляют собой составные конструкции. С тех пор другие физики предположили существование еще трех кварков: очаровательного (c; 1974), нижнего (b; 1977) и верхнего (t; 1995). Говорят, что для характеристики этого разнообразия кварки имеют шесть ароматов. Более того, каждый из этих шести может быть трех типов или цветов: красный, желтый (или зеленый) и синий. Более того, на каждый кварк приходится свой антикварк. (Конечно, такие имена — цвет, вкус, верх, низ и т. Д. — не отражают реальность, которую мы обычно связываем с такими понятиями, хотя в некоторых случаях они имеют определенную логику, как в случае с цветом).

В конечном счете, кварки имеют цвет, а адроны — нет: они белые. Идея состоит в том, что непосредственно в природе наблюдаются только «белые» частицы. Кварки, поскольку они «ограничены», то есть не связаны с образованием адронов. Мы никогда не сможем наблюдать свободный кварк. Теперь, чтобы кварки оставались ограниченными, между ними должны быть силы, которые значительно отличаются от электромагнитных или других сил. Как выразился Гелл-Манн (1995: 200): «Так же, как электромагнитная сила между электронами измеряется виртуальным обменом фотонами, кварки связаны друг с другом силой, которая возникает в результате обмена других типов: глюонов (от слово, клей) носят это название, потому что они склеивают кварки, образуя наблюдаемые белые объекты, такие как протоны и нейтроны.”

Физика считается королевой науки двадцатого века, и это правильно, поскольку этот век был отмечен двумя революциями, которые радикально изменили ее основы и привели к глубоким социально-экономическим изменениям: специальной и общей теории относительности и квантовой физике

Примерно через десять лет после появления кварков появилась новая теория — квантовая хромодинамика — чтобы объяснить, почему кварки так сильно ограничены, что они никогда не могут выйти из адронных структур, которые они образуют.Термин хромодинамика, образованный от греческого слова хромос, обозначающего цвет, относится к цвету кварков, в то время как прилагательное квант указывает на то, что он соответствует квантовым требованиям. Квантовая хромодинамика — это теория элементарных частиц с цветом, которая связана с кварками. И поскольку они связаны с адронами, которые являются частицами, подверженными сильному взаимодействию, мы можем утверждать, что квантовая хромодинамика описывает это взаимодействие.

Итак, квантовая электродинамика и квантовая хромодинамика функционируют, соответственно, как квантовые теории электромагнитного и сильного взаимодействий.Была также теория слабых взаимодействий (ответственных за радиоактивные процессы, такие как бета-излучение, испускание электронов в ядерных процессах), но у нее были некоторые проблемы. Более удовлетворительная квантовая теория слабого взаимодействия появилась в 1967 и 1968 годах, когда американский ученый Стивен Вайнберг и базирующийся в Великобритании пакистанский ученый Абдус Салам независимо друг от друга предложили теорию, объединяющую электромагнитное и слабое взаимодействия. В их модель вошли идеи, предложенные Шелдоном Глэшоу в 1960 году.Нобелевская премия по физике, которую Вайнберг, Салам и Глэшоу разделили в 1979 году, отражает эту работу, особенно после того, как одно из предсказаний их теории — существование «слабых нейтральных токов» — было экспериментально подтверждено в 1973 году в ЦЕРНе, крупнейшем европейском университете. -энергетическая лаборатория.

Теория электрослабого взаимодействия объединила описание электромагнитных и слабых взаимодействий, но можно ли было бы продвинуться дальше по этому пути объединения и открыть формулировку, которая также включала бы сильное взаимодействие, описываемое квантовой хромодинамикой? Ответ пришел в 1974 году, и это было утвердительно.В том же году Ховард Джорджи и Шелдон Глэшоу представили первоначальные идеи, которые стали известны как теории Великого объединения (GUT).

Выставочный центр CERN’s Globe в Швейцарии в снежный день. Это деревянное здание было передано ЦЕРНу в 2004 году в дар Швейцарской Конфедерации в ознаменование пятидесятилетия со дня основания организации.

Комбинация этих более ранних теорий составила теоретическую основу для понимания того, из чего состоит природа, и оказалось, что это необыкновенно предсказательные возможности.Соответственно, были приняты две идеи: во-первых, элементарные частицы принадлежат к одной из двух групп — бозонов или фермионов, в зависимости от того, является ли их спин целым или дробным (фотоны — бозоны, а электроны — фермионы), — которые подчиняются двум различным статистическим данным (способы «подсчета» группировок однотипных частиц). Это статистика Бозе-Эйнштейна и статистика Ферми-Дирака. Во-вторых, вся материя Вселенной состоит из агрегатов трех типов элементарных частиц: электронов и их родственников (частиц, называемых мюонами и таус), нейтрино (электронных, мюонных и тауонных нейтрино) и кварков, а также кванты, связанные с полями четырех сил, которые мы распознаем в природе (помните, что в квантовой физике дуальность волна-частица означает, что частица может вести себя как поле, и наоборот): фотон для электромагнитного взаимодействия, частицы Z и W ( калибровочные бозоны) для слабого взаимодействия, глюоны для сильного взаимодействия, и, хотя гравитация еще не была включена в эти рамки, предполагалось, что гравитоны являются гравитационным взаимодействием.Подгруппа, образованная квантовой хромодинамикой и электрослабой теорией (то есть теоретической системой, включающей релятивистские теории и квантовые теории сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий), особенно сильна, учитывая баланс между предсказаниями и экспериментальными доказательствами. Это стало известно как Стандартная модель, но у нее была проблема: объяснение происхождения массы элементарных частиц, появляющихся в ней, требовало существования новой частицы, бозона, связанное с ним поле пронизывало бы все пространство, «тормозя, «Так сказать, частицы с массой, так что через свое взаимодействие с полем Хиггса они показали свою массу (это, в частности, объясняет огромную массу, которой обладают калибровочные бозоны W и Z, а также идею о том, что фотоны не имеют массы, потому что они не взаимодействуют с бозоном Хиггса).Существование такого бозона было теоретически предсказано в трех статьях, опубликованных в 1964 году — все три в одном томе Physical Review Letters. Первый был подписан Питером Хиггсом (1964a, b), второй — Франсуа Энглером и Робертом Браутом (1964), а третий — Джеральдом Гуральником, Карлом Хагеном и Томасом Кибблом (1964a). Предсказанная ими частица была названа «бозоном Хиггса».

Одним из самых ярких событий в физике последнего десятилетия стало подтверждение теоретического предсказания, сделанного почти полвека назад: существование бозона Хиггса

Для обнаружения этой предполагаемой частицы потребовался ускоритель частиц, способный достигать достаточно высоких температур для ее производства, и только много лет спустя такая машина появилась на свет.Наконец, в 1994 году ЦЕРН одобрил строительство Большого адронного коллайдера (БАК), который должен был стать крупнейшим в мире ускорителем элементарных частиц, с 27-километровым кольцом, окруженным 9600 магнитами различных типов. Из них 1200 были двухполюсными сверхпроводниками, работающими при температуре минус 217,3 ° C, что даже холоднее, чем в космосе, и достигается с помощью жидкого гелия. Внутри этого кольца, ведомые магнитным полем, создаваемым «эскортом» электромагнитов, два пучка протонов будут ускоряться до тех пор, пока они не начнут двигаться в противоположных направлениях, очень близких к скорости света.Каждый из этих лучей будет циркулировать в своей собственной трубе, внутри которой будет поддерживаться экстремальный вакуум, пока он не достигнет необходимого уровня энергии, после чего два луча столкнутся. Теория заключалась в том, что одно из этих столкновений приведет к возникновению бозонов Хиггса. Однако самой серьезной проблемой было то, что этот бозон почти сразу распадается на другие частицы, поэтому для его обнаружения потребовались особо чувствительные инструменты. Детекторы, разработанные и сконструированные для LHC, называются ATLAS, CMS, ALICE и LHCb и представляют собой высокие памятники самым передовым технологиям.

После постройки БАК был впервые испытан путем циркуляции протонного пучка 10 сентября 2008 г. Первые столкновения протонов произошли 30 марта 2010 г., в результате чего общая энергия составила 7 · 1012 эВ (то есть 7 тераэлектронвольт. ; ТэВ), энергия, никогда ранее не достигнутая никаким ускорителем частиц. Наконец, 4 июля 2012 г. ЦЕРН публично объявил, что он обнаружил частицу с приблизительной массой 125 · 109 эВ (или 125 гигаэлектронвольт; ГэВ), свойства которой убедительно свидетельствовали о том, что это был бозон Хиггса (Стандарт Модель не предсказывает свою массу).Это были новости на первых полосах почти всех газет и новостных передач по всему миру. Спустя почти полвека после теоретического предсказания существование бозона Хиггса было подтверждено. Поэтому неудивительно, что Нобелевская премия по физике 2013 года была присуждена Питеру Хиггсу и Франсуа Энглерту «за теоретическое открытие механизма, который способствует нашему пониманию происхождения массы субатомных частиц и который недавно был подтвержден открытием. предсказанной фундаментальной частицы экспериментами ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа », — говорится в официальном заявлении Нобелевского фонда.

Клири, это подтверждение вызвало удовлетворение, но были некоторые, кто предпочел бы отрицательный результат — что бозон Хиггса не был обнаружен там, где его ожидала теория (то есть с предсказанной массой). Их аргумент, и это был хороший аргумент, был высказан американским физиком-теоретиком и сторонником Джереми Бернстайном (2012 a, b: 33) незадолго до объявления об открытии: «Если LHC подтвердит существование бозона Хиггса, он отметит конец длинной главы теоретической физики.Эта история напоминает мне историю одного французского коллеги. В его честь был назван некий параметр, поэтому он довольно часто появлялся в дискуссиях о слабых взаимодействиях. Наконец, этот параметр был измерен, и модель была подтверждена экспериментами. Но когда я пошел поздравить его, я обнаружил, что он опечален тем, что о его параметре больше не говорят. Если бы бозон Хиггса не появился, ситуация стала бы очень интересной, потому что мы оказались бы в серьезной нужде в изобретении новой физики.”

Тем не менее, факт и победа в том, что бозон Хиггса действительно существует и был идентифицирован. Но наука всегда в движении, и в феврале 2013 года LHC остановил работу, чтобы внести коррективы, которые позволили бы ему достичь 13 ТэВ. 12 апреля 2018 года начался новый этап с соответствующих испытаний на столкновение протонов. Это включало поиск неожиданных данных, свидетельствующих о существовании новых законов физики. На данный момент, однако, мы можем сказать, что Стандартная модель работает очень хорошо и что это одно из величайших достижений в истории физики, достижение, рожденное коллективными усилиями в гораздо большей степени, чем квантовая механика и электродинамика. не говоря уже о специальной и общей теории относительности.

Однако, несмотря на успех, Стандартная модель не является и не может быть «окончательной теорией». Во-первых, он не учитывает гравитационное взаимодействие, а во-вторых, включает слишком много параметров, которые необходимо определять экспериментально. Это фундаментальные, но всегда неудобные причины. «Почему фундаментальные частицы, которые мы обнаруживаем, вообще существуют? Почему существует четыре фундаментальных взаимодействия, а не три, пять или только одно? И почему эти взаимодействия проявляют те свойства (такие как интенсивность и диапазон действия)? » В августовском выпуске обзора Американского физического общества, Physics Today, Стивен Вайнберг (2011: 33) размышлял над некоторыми из этих моментов, а другие:

Конечно, задолго до открытия масс нейтрино мы знали кое-что еще, выходящее за рамки стандартной модели, которая предлагает новую физику при массах немного выше 1016 ГэВ: существование гравитации.И есть также тот факт, что один сильный и два электрослабых параметра связи стандартной модели, которые только логарифмически зависят от энергии, похоже, сходятся, чтобы получить общее значение при энергии порядка 1015–1016 ГэВ.

Есть много хороших идей о том, как выйти за рамки стандартной модели, включая суперсимметрию и то, что раньше называлось теорией струн, но пока нет экспериментальных данных, подтверждающих какую-либо из них. Даже если правительства проявят щедрость к физике элементарных частиц до уровня, превышающего наши самые смелые мечты, мы, возможно, никогда не сможем построить ускорители, которые могут достигать таких энергий, как 1015–1016 ГэВ.Когда-нибудь мы сможем обнаружить высокочастотные гравитационные волны, испускаемые в эпоху инфляции в очень ранней Вселенной, которые могут рассказать нам о физических процессах при очень высоких энергиях. Между тем, мы можем надеяться, что LHC и его преемники предоставят нам ключи к разгадке, в которых мы так отчаянно нуждаемся, чтобы выйти за рамки успехов последних 100 лет.

Вайнберг спрашивает: «Сколько все это стоит? Действительно ли нам нужно знать, почему существует три поколения кварков и лептонов, или природа уважает суперсимметрию, или что такое темная материя? Да, я так думаю, потому что ответ на такой вопрос — это следующий шаг в программе изучения того, как все закономерности в природе (все, что не является исторической случайностью) вытекают из нескольких простых законов.”

В этой цитате Вайнберга мы видим, что уровень энергии, на котором должна четко проявляться эта «новая физика», 1015-1016 ГэВ, очень далек от 13 ТэВ, то есть 13 · 103 ГэВ, которых должен достичь модернизированный LHC. . Фактически, до сих пор мы можем прекрасно понять наблюдение Вайнберга о том, что «мы, возможно, никогда не сможем построить ускорители, которые смогут достичь этих энергий». Но Вайнберг также указал, что, исследуя Вселенную, можно будет найти способы достижения этих уровней энергии.Он знал это очень хорошо, поскольку в 1970-х годах был одним из самых решительных сторонников соединения физики элементарных частиц с космологией. В этом смысле мы должны помнить его книгу «Первые три минуты: современный взгляд на происхождение Вселенной» (1977), в которой он стремился содействовать взаимопомощи, которую космология и физика высоких энергий могли и действительно получили. изучая первые мгновения после Большого взрыва. Для физики высоких энергий этот «брак по расчету» был глотком свежего воздуха.

Вместо стиля и методов, которые характеризовали физику элементарных частиц в 1970-х, 1980-х и 1990-х годах, Вайнберг имел в виду совсем другое: физику гравитационных волн или излучения.Помимо других отличий, теоретическая ниша гравитационного излучения находится не в квантовой физике, а в теории, описывающей единственное взаимодействие, которое еще не соответствует квантовым требованиям: общая теория относительности, в которой мир фундаментальной физики смешивается с миром фундаментальной физики. космология и астрофизика. И в этом множественном мире за последнее десятилетие также произошел фундаментальный прогресс.

Гравитационное излучение существует

Годы интенсивных умственных усилий начались в 1907 году с определения так называемого «принципа эквивалентности» как ключевого элемента для построения релятивистской теории гравитации.После этих лет, которые включали множество тупиков, в ноябре 1915 года Альберт Эйнштейн завершил структуру того, что многие считают самой элегантной теоретической конструкцией физики: общей теории относительности. Это «классическая» теория в том смысле, что, как я указал выше, она не включает принципы квантовой теории. И все согласны с тем, что все теории физики должны разделять эти принципы. Тем не менее, релятивистская формулировка гравитации Эйнштейна успешно прошла все до сих пор задуманные экспериментальные испытания.Обычно считается, что существование этих волн было предсказано в 1916 году, когда Эйнштейн опубликовал статью, в которой заключил, что они действительно существуют. Тем не менее, эта работа была настолько ограниченной, что Эйнштейн вернулся к ней несколько лет спустя. В 1936 году он и его соавтор Натан Розен подготовили рукопись под названием «Существуют ли гравитационные волны?» в котором они пришли к выводу, что на самом деле это не так. Однако в этой работе были ошибки, и окончательная опубликованная версия (Эйнштейн и Розен, 1937) больше не отвергала возможность гравитационных волн.

Проблема того, существуют ли они на самом деле — по сути, проблема их обнаружения — длилась десятилетия. Никто не потратил больше времени и усилий на их обнаружение, чем Джозеф Вебер из Университета Мэриленда, который начал свою деятельность в 1960 году. В конце концов он пришел к выводу, что ему удалось их обнаружить, но это было не так. В его эксперименте использовался алюминиевый цилиндр диаметром один метр и весом 3,5 тонны, снабженный пьезоэлектрическими кварцевыми устройствами для обнаружения возможных искажений цилиндра при прохождении через него гравитационных волн.Когда мы сравниваем этот инструмент с тем, который, наконец, использовался для их обнаружения, мы не можем не восхищаться энтузиазмом и простодушием, которые характеризовали этого ученого, который умер в 2000 году, не зная, была ли его работа на протяжении всей жизни правильной или нет. Таков мир науки, в котором, за исключением исключений, проблемы редко решаются одним ученым, часто возникают с ошибками и действительно занимают очень много времени.

11 февраля 2016 года представитель LIGO объявил, что они обнаружили гравитационные волны, соответствующие столкновению двух черных дыр.Это объявление также стало новым подтверждением существования этих сингулярных космических сущностей

.

Обнаружение гравитационных волн, которое требовало обнаружения настолько малых искажений, что они эквивалентны небольшой части атома, наконец произошло в последнее десятилетие, когда BP Abbott (Abbott, et al., 2016) применила американскую систему под названием LIGO. (Обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром), которая состояла из двух обсерваторий на расстоянии 3000 километров друг от друга (использование двух позволило идентифицировать ложные сигналы, вызванные местными эффектами), одна в Ливингстоне (Луизиана), а другая в Хэнфорде (Вашингтон).Идея заключалась в том, чтобы использовать интерферометрические системы с двумя перпендикулярными плечами в условиях вакуума с оптическим путем в два или четыре километра для обнаружения гравитационных волн через мельчайшие движения, которые они производят в зеркалах, когда они проходят через них. 11 февраля 2016 года представитель LIGO объявил, что они обнаружили гравитационные волны и что они соответствуют столкновению двух черных дыр, что, таким образом, также является новым подтверждением существования этих сингулярных космических сущностей.Хотя он не участвовал в первоначальном обнаружении (тогда у него не было необходимой чувствительности, но в то время его улучшали), есть еще одна крупная интерферометрическая лаборатория, посвященная обнаружению гравитационного излучения: Дева. Созданный в результате сотрудничества шести европейских стран (у руля — Италия и Франция, за которыми следуют Голландия, Венгрия, Польша и Испания), он расположен недалеко от Пизы и имеет соглашения с LIGO. Фактически, в «учредительной» статье перечисление авторов Б.П. Эбботт и др., Следует заявление: «Научное сотрудничество LIGO и сотрудничество Девы». Дева вскоре присоединилась к этому исследованию со вторым раундом наблюдений 1 августа 2017 года.

Большой адронный коллайдер (LHC) — крупнейший в мире ускоритель элементарных частиц. Его 27-километровое кольцо окружено 9600 магнитами, из которых 271,3 ° — это даже более низкая температура, чем в космосе

.
Поперечный разрез компактного мюонного соленоидного детектора (CMS)

ЦЕРН Обнаружение гравитационного излучения открыло новое окно в изучение Вселенной, и оно, безусловно, будет расширяться по мере совершенствования технологий и создания новых обсерваторий, таких как LIGO и Virgo .Это ситуация, сравнимая с тем, что произошло в 1930 году, когда первые эксперименты по радиоастрономии Карла Янского (астрономия, основанная на радиоволнах с длинами волн от нескольких сантиметров до нескольких метров) радикально расширили наши знания о космосе. До этого наши исследования зависели исключительно от узкого диапазона длин волн электромагнитного спектра, видимого человеческим глазом. На самом деле в этом смысле все продвинулось довольно быстро. 16 октября 2017 г. LIGO и Virgo (Abbott et al., 2017) объявили, что 17 августа того же года они обнаружили гравитационное излучение от столкновения двух нейтронных звезд с массами от 1,17 до 1,60 массы нашего Солнца (помните, что нейтронные звезды чрезвычайно плотные и маленькие, с радиусом размером около десяти километров, что сравнимо с гигантским ядром, образованным исключительно нейтронами, объединенными силой тяжести). Особенно интересно то, что через 1,7 секунды после того, как сигнал был получен, космический телескоп Ферми НАСА обнаружил гамма-лучи из той же части космоса, в которой произошло это космическое столкновение.Позже их обнаружили и другие обсерватории. Анализ этого излучения показал, что при столкновении этих двух звезд образовались химические элементы, такие как золото, серебро, платина и уран, «места рождения» которых ранее были неизвестны.

Обнаружение гравитационных волн также раскрывает одну из характеристик так называемой Большой науки: статья, в которой было провозглашено их открытие (Abbott et al., 2016), совпала с объявлением LIGO от 11 февраля и была подписана 1036 авторами. из 133 учреждений (из шестнадцати страниц шесть занимают списки этих авторов и учреждений).

Важность открытия LIGO была признана в 2017 году, когда Нобелевская премия по физике была разделена на две части. Половина приза досталась Райнеру Вайсу, ответственному за изобретение и развитие метода лазерной интерферометрии, использованного при открытии. Другую половину разделял Кип Торн, физик-теоретик, специализирующийся на общей теории относительности, который работал вместе с Вайсом в 1975 году над разработкой будущих руководящих принципов проекта и остается связанным с ним сегодня; и Барри Бариш, который присоединился к проекту в 1994 году и реорганизовал его в качестве директора.(В 2016 году эта премия была присуждена Дэвиду Таулесу, Дункану Холдейну и Майклу Костерлицу, которые использовали методы, взятые из раздела математики, известного как топология, для демонстрации существования ранее неизвестных состояний или «фаз» материи для Например, сверхпроводники и сверхтекучие жидкости, которые могут существовать в тонких листах — что ранее считалось невозможным. Они также объяснили «фазовые переходы», механизм, который заставляет сверхпроводимость исчезать при высоких температурах.)

Черные дыры и червоточины

Заслуживает внимания тот факт, что гравитационные волны, впервые обнаруженные в LIGO, возникли в результате столкновения двух черных дыр.В то время уже было множество доказательств существования этих поистине удивительных астрофизических объектов (первое свидетельство в этом смысле появилось в 1971 году благодаря наблюдениям, проведенным инструментами, установленными на спутнике, запущенном Соединенными Штатами 12 декабря 1970 года, и с тех пор было идентифицировано гораздо больше, в том числе в ядрах многих галактик, одна из которых — наш Млечный Путь). Стоит помнить, что в 1970-х годах многие ученые, специализирующиеся на общей теории относительности, считали черные дыры не чем иным, как «математическими призраками», порожденными некоторыми решениями теории Эйнштейна и, следовательно, недопустимыми.В конце концов, уравнения физической теории, описывающей область реальности, могут включать решения, которых не существует в природе. Так обстоит дело, например, с релятивистской космологией, которая включает в себя несколько возможных вселенных. Как оказалось, черные дыры действительно существуют, хотя нам еще предстоит понять такие фундаментальные аспекты, как то, куда уходит масса, когда они ее проглатывают. Величайшими защитниками идеи о том, что черные дыры являются неизбежным следствием общей теории относительности и, следовательно, должны существовать, были Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз, изначально обучавшиеся чистой математике.Их аргументы были впервые предложены в серии работ, опубликованных в 1960-х годах, а позже за ними последовали другие ученые, в том числе Джон А. Уиллер (руководитель докторской диссертации Торна), который, по сути, изобрел термин «черная дыра». Более того, перед своей смертью 14 марта 2018 года Хокинг с удовлетворением осознал, что это новое подтверждение общей теории относительности, развитию которой он приложил так много усилий, также является еще одним доказательством существования черных дыр.Учитывая, что никто — даже Пенроуз или Уиллер (также ныне мертвый) — не внес такой большой вклад в физику черных дыр, как Хокинг, если бы устав Нобелевского фонда позволял присуждать призы максимум четырем, а не трем лицам, он был бы прекрасным кандидатом. (В 1973 году он представил то, что считается его наиболее выдающимся вкладом: работу, утверждающую, что черные дыры на самом деле не такие «черные», потому что они испускают излучение и, следовательно, могут исчезнуть, хотя и очень медленно.Это еще предстоит доказать.) Но история — это то, что есть, а не то, что некоторые из нас могли бы пожелать.

Величайшими защитниками идеи о том, что черные дыры являются неизбежным следствием общей теории относительности и, следовательно, должны существовать, были Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз в серии работ, опубликованных в 1960-х годах.

В процитированном выше тексте Вайнберг предполагает, что: «Когда-нибудь мы сможем обнаружить высокочастотные гравитационные волны, излучаемые во время самого раннего периода инфляции Вселенной, которые могут предоставить данные о физических процессах с очень высокой энергией.Этот тип гравитационной волны еще предстоит обнаружить, но это может произойти довольно скоро, потому что мы уже наблюдали так называемые «морщины во времени», то есть мельчайшие неоднородности космического микроволнового фона, которые привели к возникновению сложные структуры, такие как галактики, существующие сейчас во Вселенной (Mather et al., 1990; Smoot et al., 1992). Напомним, что это произошло благодаря спутнику Cosmic Background Explorer (COBE), выведенному на орбиту в 900 километрах над Землей в 1989 году.Между тем будущее астрофизики гравитационного излучения обещает большие успехи, одним из которых может стать идентификация космологических объектов, столь же удивительных, как черные дыры: «червоточин», название которых также придумал Джон Уиллер. Проще говоря, кротовые норы — это «ярлыки» во Вселенной, как мосты, соединяющие разные места в ней. Возьмем, к примеру, две точки во Вселенной, которые находятся на расстоянии тридцати световых лет друг от друга (помните, световой год — это расстояние, которое луч света может пройти за один год).Учитывая кривизну Вселенной, то есть пространства-времени, между ними может быть короткий путь или мост, так что, следуя по этому новому пути, расстояние будет намного меньше: возможно, всего два световых года, например. Фактически, возможность существования этих космологических объектов возникла вскоре после того, как Альберт Эйнштейн завершил общую теорию относительности. В 1916 году венский физик Людвиг Фламм нашел решение уравнений Эйнштейна, в котором возникли такие пространственно-временные «мосты». Однако работе Фламма почти не уделяли внимания, и девятнадцать лет спустя Эйнштейн и один из его сотрудников, Натан Розен, опубликовали статью, в которой физическое пространство было представлено в виде двух идентичных «листов», соединенных по поверхности, которую они назвали «мостом».Но вместо того, чтобы мыслить категориями кратчайших путей в космосе — идея, которая, по их мнению, граничила с абсурдом, — они интерпретировали этот мост как частицу.

Детекторы из экспериментального protoDUNE ЦЕРНа, программа

Десятилетия спустя, когда общая теория относительности покинула вневременную сферу математики, в которой она была замкнута ранее, а технический прогресс показал полезность понимания космоса и его содержания, идею такие ярлыки начали изучаться.Один из результатов, полученных в то время, заключался в том, что, если они действительно существуют, то в течение очень короткого периода времени — фактически настолько короткого, что вы не можете их просмотреть. С точки зрения путешествий, они не будут существовать достаточно долго, чтобы служить кратчайшим путем из одной точки Вселенной в другую. В своей великолепной книге «Черные дыры и искажения времени» (1994) Кип Торн объясняет это свойство червоточин, а также вспоминает, как в 1985 году ему позвонил его друг Карл Саган, который заканчивал работу над романом, также станет фильмом «Контакт» (1985).Саган плохо разбирался в общей теории относительности, но он хотел, чтобы героиня его рассказа, астрофизик Элеонора Эрроуэй (которую в фильме играет Джоди Фостер), быстро путешествовала из одного места во Вселенной в другое через черную дыру. Торн знал, что это невозможно, но, чтобы помочь Сагану, он предложил заменить черную дыру червоточиной: «Когда другу нужна помощь, — писал он в своей книге (Thorne 1994, 1995: 450, 452), — вы готовы искать его где угодно ». Конечно, проблема их очень короткой продолжительности жизни продолжала существовать, но для ее решения Торн предположил, что Эрроуэй мог держать червоточину открытой в течение необходимого времени, используя «экзотическое вещество», характеристики которого он более или менее описал. .По словам Торна, «возможно, существует экзотическая материя». Фактически, другие (среди них Стивен Хокинг) пришли к такому же выводу, поэтому вопрос о том, могут ли кротовые норы оставаться открытыми в течение более длительного периода времени, чем первоначально предполагалось, привел к исследованиям, связанным с идеями, имеющими смысл в квантовой физике. такие как колебания в вакууме: рассмотрение пространства так, как если бы в ультрамикроскопическом масштабе оно было кипящей жидкостью.

Проще говоря, кротовые норы — это «короткие пути» во Вселенной, как мосты, соединяющие разные места в ней.Например, если две точки во Вселенной находятся на расстоянии тридцати световых лет друг от друга, кривизна Вселенной (пространства-времени) может допускать существование короткого пути между ними — возможно, всего два световых года в длину

Другая возможность, недавно рассмотренная, принадлежит группе из пяти ученых из Лувенского университета, Автономного университета Мадрида-CSIC и Университета Ватерлоо, чья статья в Physical Review D (Bueno, Cano, Goelen, Hertog, and Vernocke, 2018) предполагает возможность того, что гравитационное излучение, обнаруженное LIGO, которое было интерпретировано как исходящее от столкновения двух черных дыр, могло иметь совершенно другое происхождение: столкновение двух вращающихся червоточин.Их идея основана на существовании границы или горизонта событий вокруг черных дыр, из-за чего гравитационные волны, возникающие в результате столкновения, такого как обнаруженное в 2016 году, прекращаются за очень короткий период времени. По мнению этих ученых, этого не произошло бы в случае червоточин, где такие горизонты событий не существуют. Там волны должны отражаться, создавая своего рода «эхо». Такие эхо-сигналы не были обнаружены, но это может быть связано с тем, что приборы не смогли этого сделать или не были к этому подготовлены.Это проблема, которую предстоит решить в будущем.

Множественные вселенные

Серьезное рассмотрение существования червоточин — «мостов» в пространстве-времени — может показаться входом в мир, в котором граница между наукой и научной фантастикой совсем не ясна, но история науки показала нам, что природа иногда доказывает нечто большее. удивительно, чем даже самый изобретательный человеческий ум. Итак, кто на самом деле знает, могут ли существовать червоточины на самом деле? В конце концов, до появления радиоастрономии ни один ученый не мог даже представить себе существование астрофизических структур, таких как пульсары или квазары.В самом деле, сама Вселенная, понимаемая как дифференцированная сущность, может в конечном итоге потерять свою самую фундаментальную характеристику: свое единство. За последнее десятилетие ученые стали уделять все более серьезное внимание возможности, возникшей как способ понимания коллапса волновой функции, тому факту, что в квантовой механике то, что в конечном итоге решает, какое из возможных состояний системы станет реальным (и как Вероятно, это явление) является самим наблюдением, поскольку до того, как это наблюдение имеет место, все состояния системы сосуществуют.Возможность мыслить другими терминами была представлена ​​молодым докторантом физики по имени Хью Эверетт III. В отличие от большинства своих коллег, его не убедила копенгагенская интерпретация квантовой механики, столь любимая влиятельным Нильсом Бором, особенно ее странная смесь классического и квантового миров. Волновая функция следует своим квантовым путем, пока не будет измерена, что относится к миру классической физики, после чего она схлопывается. Эверетт думал, что такая дихотомия между квантовым и классическим описанием составляет «философское чудовище». ¹ Поэтому он предложил отбросить постулируемый коллапс волновой функции и попытаться включить в эту функцию наблюдателя.

До появления радиоастрономии ни один ученый не мог даже представить себе существование астрофизических структур, таких как пульсары или квазары. В самом деле, сама Вселенная, понимаемая как дифференцированная сущность, может в конечном итоге потерять свою самую фундаментальную характеристику: свою уникальность

.

Трудно выразить теорию Эверетта несколькими словами.Фактически, Джон Уиллер, который руководил его докторской диссертацией, не мог принять все ее содержание и призвал к различным пересмотрам его первоначальной работы, включая сокращение первой версии его диссертации и ограничение силы некоторых из его утверждений, несмотря на то, что он признал их ценность. Здесь я процитирую только отрывок (Everett III, 1957; Barrett and Byrne (eds.), 2012: 188–189) из статьи, опубликованной Эвереттом III (1957) в Reviews of Modern Physics, которая совпадает с окончательной версией. докторской диссертации (успешно защищена в апреле 1957 г.):

Таким образом, мы приходим к следующей картине: На протяжении всей последовательности процессов наблюдения существует только одна физическая система, представляющая наблюдателя, но не существует единственного уникального состояния наблюдателя […] Тем не менее, существует представление в терминах суперпозиция […] Таким образом, с каждым последующим наблюдением (или взаимодействием) состояние наблюдателя «разветвляется» на несколько различных состояний.Каждая ветвь представляет отдельный результат измерения и соответствующее собственное состояние для состояния объектной системы. Все ветви существуют одновременно в суперпозиции после любой данной последовательности наблюдений.

В этой цитате мы сталкиваемся с тем, что стало наиболее характерной чертой теории Эверетта. Но продвигал ее Брайс ДеВитт, а не Эверетт. Фактически, ДеВитт восстановил и модифицировал теорию Эверетта, превратив ее в «многомировую интерпретацию» (или мультивселенную) в сборнике работ Эверетта, который ДеВитт и Нил Грэм отредактировали в 1973 году под названием «Многомировая интерпретация квантовой теории». Механика (ДеВитт и Грэм [ред.], 1973). Ранее ДеВитт (1970) опубликовал привлекательную и, в конечном итоге, влиятельную статью в Physics Today, в которой была представлена ​​теория Эверетта под провокационным названием «Квантовая механика и реальность». Оглядываясь назад на этот текст, ДеВитт вспоминал (DeWitt-Morette, 2011: 95): «Статья Physics Today была намеренно написана в сенсационном стиле. Я ввел терминологию («расщепление», множественные «миры» и т. Д.), Которую некоторые люди не могли принять и против которой многие люди возражали, потому что, по крайней мере, ей не хватало точности.«Идеи и версия теории Эверетта, заложенные в презентации ДеВитта, которые были поддержаны и даже процветали в последнее время, заключаются в том, что волновая функция Вселенной, которая является единственной, которая действительно имеет смысл, согласно Эверетту, разделяется с каждым» измерения », порождающего миры и вселенные, которые затем разделяются на другие в неудержимой и бесконечной последовательности.

Идеи и версия теории Эверетта, заложенные в презентации ДеВитта, заключаются в том, что волновая функция Вселенной расщепляется с каждым «измерительным» процессом, порождая миры и вселенные, которые затем разделяются на другие в неудержимой и бесконечной последовательности

В своей статье Physics Today ДеВитт (1970: 35) писал, что: «Никакой эксперимент не может выявить существование« иных миров ».«Тем не менее, у этой теории есть педагогическая ценность, заключающаяся в том, что она четко выводит на передний план большинство фундаментальных вопросов теории измерений, обеспечивая тем самым полезную основу для обсуждения». Долгое время (в последние годы ситуация стала меняться) к идее мультивселенной не относились всерьез, а некоторые даже считали ее довольно нелепой, но кто знает, станет ли возможно когда-нибудь в будущем вообразить эксперимент, способный проверить идею о том, что могут существовать другие вселенные, и, если они существуют, будут ли законы физики такими же, как в нашей Вселенной, или другими.Конечно, если бы они были разными, как бы мы их идентифицировали?

Темная материя

До конца двадцатого века ученые думали, что, хотя нам еще многое предстоит узнать о ее содержании, структуре и динамике, мы знаем, из чего состоит Вселенная: из «обычной» материи, которую мы постоянно видим вокруг себя. , состоящий из частиц (и излучений / квантов), изучаемых физикой высоких энергий. На самом деле это не так. Разнообразные экспериментальные результаты, такие как внутреннее движение некоторых галактик, продемонстрировали существование материи неизвестного типа, называемой «темной материей», а также так называемой «темной энергии», которая ответственна за еще более быстрое расширение Вселенной. чем ожидалось.Текущие результаты показывают, что около пяти процентов Вселенной состоит из обычной массы, двадцать семь процентов — темная материя и шестьдесят восемь процентов — темная энергия. Другими словами, мы думали, что знаем о том, что мы называем Вселенной, хотя на самом деле это все еще в значительной степени неизвестно, потому что нам еще предстоит выяснить, что такое темная материя и темная энергия на самом деле.

На LHC были надежды, что кандидат в частицы темной массы может быть обнаружен. Существование этих вимпов (слабовзаимодействующих массивных частиц) предсказывается так называемой суперсимметрией, но результаты пока отрицательны.В одном конкретном эксперименте по обнаружению темной материи использовался большой подземный ксенон или детектор LUX в Стэнфордской подземной лаборатории, в котором участвовали около сотни ученых и инженеров из восемнадцати институтов США, Европы и, в меньшей степени, другие страны. Эта лаборатория, расположенная на глубине 1510 метров под землей в шахте в Южной Дакоте, содержит 370 килограммов сверхчистого жидкого ксенона, и эксперимент был направлен на обнаружение взаимодействия этих частиц с ним.Результаты этого эксперимента, который проводился с октября 2014 года по май 2016 года, также были отрицательными.

Суперсимметрия и темная материя

С теоретической точки зрения существует предложенная формулировка, которая может включать темную материю, то есть упомянутые выше «темные частицы» или вимпы. Она состоит из особого типа симметрии, известного как «суперсимметрия», наиболее характерной особенностью которой является то, что каждой из известных частиц существует соответствующий «суперсимметричный спутник».«Теперь этот компаньон должен обладать особым свойством: его вращение должно быть на 1/2 меньше, чем у его известного партнера. Другими словами, один будет иметь спин, соответствующий целому числу, а другой — полуцелому числу; таким образом, одна из них будет бозоном (частица с целым спином), а другая — фермионом (частицами с полуцелым спином). В этом смысле суперсимметрия устанавливает симметрию между бозонами и фермионами и, следовательно, требует, чтобы законы природы были такими же, когда бозоны заменены фермионами, и наоборот.Суперсимметрия была открыта в начале 1970-х годов и была одной из первых в группе теорий других типов, которые породили много надежд на объединение четырех взаимодействий — привнесение гравитации в квантовый мир — и, таким образом, на выход за пределы Стандартной модели. Эта группа теорий известна как теория струн. ² Хорошее обобщение суперсимметрии было предложено Дэвидом Гроссом (2011: 163–164), одним из физиков, выдающихся своими работами в этой области:

Возможно, самый важный вопрос, который стоит перед физиками элементарных частиц, как теоретиками, так и экспериментаторами, — это вопрос суперсимметрии.Суперсимметрия — чудесное теоретическое понятие. Это естественное и, вероятно, уникальное расширение релятивистской и общерелятивистской симметрий природы. Это также важная часть теории струн; действительно, суперсимметрия была сначала открыта в теории струн, а затем обобщена на квантовую теорию поля. […]

В суперсимметричных теориях для каждой частицы существует «суперпартнер» или «суперчастица». […] До сих пор мы не наблюдали суперпартнеров […] Но мы понимаем, что это, возможно, не удивительно.Суперсимметрия может быть точной симметрией законов природы, но спонтанно нарушенной в основном состоянии Вселенной. Многие симметрии, существующие в природе, самопроизвольно нарушаются. Пока масштаб нарушения суперсимметрии достаточно высок, мы бы еще не увидели ни одной из этих частиц. Если мы будем наблюдать эти частицы на новом ускорителе LHC, то, по сути, мы откроем новые квантовые измерения пространства и времени. […]

Суперсимметрия обладает множеством красивых особенностей.Он объединяет посредством принципов симметрии фермионы, кварки и лептоны (которые являются составными частями материи), бозоны (которые являются квантами силы), фотон, W, Z, глюоны в КХД и гравитон.

Стивен Хокинг (1942–2018) на борту модифицированного самолета Боинг 727, принадлежащего Zero Gravity Corporation. Джет выполняет серию крутых подъемов и погружений, которые создают короткие периоды невесомости из-за свободного падения. Во время этого полета Хокинг испытал восемь таких периодов.

После того, как Гросс предложил другие примеры достоинств симперсимметрии, он говорит о темной материи: «Наконец, суперсимметричные расширения стандартной модели содержат естественных кандидатов в WIMP из темной материи.Эти расширения, естественно, содержат среди суперсимметричных партнеров обычной материи частицы, которые обладают всеми предполагаемыми свойствами темной материи ».

Как указал Гросс, эксперименты на LHC были хорошим местом для поиска тех «суперсимметричных темных компаньонов», которые могут быть достаточно светлыми для обнаружения ускорителем ЦЕРН, хотя даже в этом случае их будет трудно обнаружить, потому что они не взаимодействуют ни с одной из них. с электромагнитной силой — они не поглощают, не отражают и не излучают свет — ни с сильным взаимодействием, потому что они также не взаимодействуют с «видимыми частицами».Тем не менее, они обладают энергией и импульсом (в противном случае они были бы «призраками» без каких-либо физических сущностей), что открывает двери для вывода об их существовании, применяя обычные законы сохранения энергии-импульса к тому, что видно после наблюдаемых частиц. столкнуться с WIMP. Тем не менее, никаких доказательств их существования на LHC пока не обнаружено. В любом случае проблема того, что на самом деле представляет собой темная материя, представляет собой великолепный пример слияния физики (физики элементарных частиц) с космологией и астрофизикой — еще одно указание на то, что эти поля иногда невозможно разделить.

Теории струн

Теории струн, упомянутые в отношении суперсимметрии, появились раньше, чем это произошло. Согласно теориям струн, основные частицы природы на самом деле представляют собой одномерные нити (чрезвычайно тонкие струны) в пространстве с гораздо большим количеством измерений, чем три пространственных и одно временное измерение, о которых мы знаем. Однако вместо того, чтобы говорить, что они «являются» или «состоят из» этих струн, мы должны сказать, что они «являются проявлениями» вибраций этих струн.Другими словами, если бы наши инструменты были достаточно мощными, вместо того, чтобы видеть «точки» с определенными характеристиками, которые мы называем, например, электроном, кварком, фотоном или нейтрино, мы бы увидели мельчайшие вибрирующие струны (концы которых могут быть открытыми или закрытыми). .

Первая версия теории струн возникла в 1968 году, когда Габриэле Венециано (1968) представила струнную модель, которая, по-видимому, описывала взаимодействие между частицами, подверженными сильному взаимодействию. Модель Венециано работала только для бозонов. Другими словами, это была теория бозонных струн, но она требовала геометрической структуры из двадцати шести измерений.Именно Пьеру Рамону (1971) впервые удалось — в работе, упомянутой в сноске 2, в которой представлена ​​идея суперсимметрии — расширить идею Венециано, включив в нее «фермионные моды колебаний», которые «только» требовали десятимерных пространств. С тех пор теория струн (или суперструн) развивалась во многих направлениях. Похоже, что разные ее версии сходятся в так называемой М-теории, которая имеет одиннадцать измерений. ³ В двух словах о Вселенной Стивен Хокинг (2002: 54–57) наблюдал:

Я должен сказать, что лично я не хотел верить в дополнительные измерения.Но поскольку я позитивист, вопрос «действительно ли существуют дополнительные измерения?» Не имеет значения. Остается только спросить, дают ли математические модели с дополнительными измерениями хорошее описание Вселенной. У нас пока нет наблюдений, которые требовали бы дополнительных измерений для их объяснения. Однако есть вероятность, что мы можем наблюдать их на Большом адронном коллайдере в Женеве. Но что убедило многих людей, включая меня, в том, что к моделям с дополнительными измерениями следует относиться серьезно, так это то, что между моделями существует сеть неожиданных отношений, называемых дуальностями.Эти двойственности показывают, что все модели по существу эквивалентны; то есть это просто разные аспекты одной и той же базовой теории, получившей название М-теория. Не воспринимать эту паутину дуальностей как знак того, что мы на правильном пути, было бы все равно, что полагать, что Бог поместил окаменелости в скалы, чтобы ввести Дарвина в заблуждение относительно эволюции жизни.

В очередной раз мы видим, какие большие надежды возлагались на LHC, хотя, как я уже упоминал, они еще не оправдались.Конечно, это не означает, что некоторая теория струн, способная внести гравитацию в квантовый контекст, может на самом деле не оказаться верной. ⁴ Они определенно достаточно соблазнительны, чтобы привлечь внимание широкой публики, что можно увидеть в успехе упомянутой выше книги Хокинга или «Элегантной Вселенной» (1999), написанной Брайаном Грином, другим специалистом в этой области. В международном сообществе физиков (и математиков) есть две четко разграниченные группы. Некоторые думают, что только версия теории струн может в конечном итоге предоставить возможность осуществить долгожданную мечту об объединении четырех взаимодействий в великий квантовый синтез, превзойдя, таким образом, Стандартную модель и общую теорию относительности и обнаружив способы экспериментального доказательства этой теории.Другие считают, что теории струн уделяется гораздо больше внимания, чем она заслуживает, поскольку это пока еще недоказуемая формулировка, более подходящая для математических условий, чем для физики (на самом деле математика не только внесла большой вклад в теории струн, но и получила много Едва ли случайно один из самых выдающихся специалистов по теории струн Эдвард Виттен был удостоен в 1990 году Филдсовской медали (награда, считающаяся по математике приравненной к Нобелевской премии).Что касается будущего теории струн, было бы лучше процитировать выводы из недавней книги о них Джозефа Конлона (2016: 235–236), специалиста в этой области и профессора теоретической физики Оксфордского университета:

Что ждет теорию струн в будущем? Как описано в книге, в 2015 году «теория струн» существует как большое количество отдельных квазиавтономных сообществ. Эти сообщества работают над множеством тем, варьирующихся от чистой математики до феноменологического поиска данных, они имеют разные стили и используют разные подходы.Они есть во всех частях света. Этот предмет преподается в Филадельфии и Пхеньяне, в Израиле и в Иране людьми с самыми разными взглядами, внешностью и подготовкой. Их объединяет то, что они черпают вдохновение, идеи или методы из частей теории струн.

Понятно, что в ближайшей перспективе такая ситуация сохранится. Некоторые из этих сообществ будут процветать и расти по мере получения новых результатов, экспериментальных или теоретических.Другие будут сжиматься по мере того, как исчерпают шов, который они намеревались добыть. Я не могу сказать, какие идеи постигнет судьба — неожиданный экспериментальный результат может истощить старые субъекты и создать новое сообщество в течение нескольких недель.

На этом этапе Конлон делает паузу, чтобы сравнить математическое измерение теории струн с другими физическими теориями, такими как квантовая теория поля или гравитация, указывая, что «хотя они могут быть сформулированы на языке физики, по стилю эти проблемы гораздо ближе к проблемам. по математике.Эти вопросы не являются эмпирическими по своей природе и для ответа на них не требуется эксперимент ». Многие — возможно, подавляющее большинство физиков — не согласятся.

Согласно теории струн, основные частицы природы на самом деле представляют собой одномерные нити (чрезвычайно тонкие струны) в пространстве с гораздо большим количеством измерений, чем три пространственных и одно временное измерение, о которых мы знаем. Однако следует сказать, что они «являются проявлениями» колебаний этих струн

Примером теории струн, который представил Конлон, было «соответствие AdS / CFT», теоретическая формулировка, опубликованная в 1998 году аргентинским физиком Хуаном Малдасена (1998), которая помогает при определенных условиях, удовлетворяющих так называемому «голографическому принципу». (Вселенная понимается как своего рода голографическая проекция), чтобы установить соответствие между некоторыми теориями квантовой гравитации и любой совместимой полевой или квантовой хромодинамической теорией.(В 2015 году статья Малдасены была наиболее часто упоминаемой в физике высоких энергий, с более чем 10 000 цитат.) По словам Конлона: «Достоверность соответствия AdS / CFT проверялась тысячу раз, но эти проверки носят расчетный характер и не зависят от эксперимента ». Он продолжает:

Что насчет этого мира? Многие люди думают, что теория струн также может быть истинной теорией природы из-за удивительной правильности и согласованности теорий струн, таких как AdS / CFT? […]

Узнаем ли мы когда-нибудь, верна ли теория струн физически? Действительно ли уравнения теории струн справедливы для этой Вселенной в минимально возможных масштабах?

Каждый, кто когда-либо сталкивался с этим предметом, надеется, что теория струн может однажды продвинуться вперед на широкие залитые солнцем возвышенности науки, где теоретики и экспериментаторы сражаются между гипотезами и опровержениями, как если бы они были шариками для пинг-понга.Это может потребовать продвижений в теории; это, вероятно, требует прогресса в технологиях; это, безусловно, требует напряженной работы и воображения.

В общем, будущее остается открытым для больших надежд на великую теорию, которая объединит описание всех взаимодействий и одновременно позволит продвинуться в познании самой базовой структуры материи.

Запутанность и криптография

Как мы хорошо знаем, квантовая запутанность бросает вызов человеческому воображению. С трудом большинство из нас в конечном итоге привыкает к концепциям, успешно продемонстрированным фактами, таким как индетерминизм (принцип неопределенности Гейзенберга 1927 года) или коллапс волновой функции (которая утверждает, как упоминалось выше, что мы создаем реальность, когда наблюдаем ее; до тех пор эта реальность — не более чем набор всех возможных ситуаций), но оказывается, что их гораздо больше.Еще одно из этих противоречивых следствий квантовой физики — запутанность — понятие и термин (Verschränkung на немецком языке), введенные Эрвином Шредингером в 1935 году и также предложенные в знаменитой статье, которую Эйнштейн опубликовал вместе с Борисом Подольским и Натаном Розеном в том же году. Запутанность — это идея о том, что две части квантовой системы находятся в мгновенном «сообщении», так что действия, влияющие на одну, будут одновременно влиять на другую, независимо от того, насколько далеко друг от друга. В письме Максу Борну в 1947 году Эйнштейн назвал это «фантасмагорическим действием на расстоянии [spukhafte Fernwirkung]».”

Квантовая запутанность существует, и за последнее десятилетие она неоднократно доказывалась. Одна особенно убедительная демонстрация была предоставлена ​​в 2015 году группами из Делфтского университета, Национального института стандартов и технологий США и Венского университета соответственно

.

Сейчас квантовая запутанность существует, и за последнее десятилетие она неоднократно доказывалась. Одна особенно убедительная демонстрация была предоставлена ​​в 2015 году группами из Делфтского университета, Национального института стандартов и технологий США и Венского университета соответственно.В своей статье (Herbst, Scheidl, Fink, Handsteiner, Wittmann, Ursin, and Zeilinger, 2015) они продемонстрировали запутывание двух ранее независимых фотонов друг от друга на расстоянии 143 км, что было расстоянием между их детекторами на Тенерифе и Ла-Пальме.

В таком мире, как наш, где коммуникации через Интернет и другие средства массовой информации проникают во все сферы общества и обуславливают их, запутанность представляет собой великолепный инструмент для обеспечения безопасности этих передач благодаря так называемой «квантовой криптографии».«В основе этого типа криптографии лежит квантовая система, состоящая, например, из двух фотонов, каждый из которых направляется к другому рецептору. Из-за запутанности, если один из этих рецепторов что-то изменит, это немедленно повлияет на другой, даже если они никоим образом не связаны. Что особенно важно для безопасности передачи, так это тот факт, что если кто-то попытается вмешаться, ему или ей придется принять какие-то меры, и это разрушит запутанность, вызывая обнаруживаемые аномалии в системе.

Строго говоря, обмен квантовой информацией основан на так называемом QKD, то есть «квантовом распределении ключей». ⁵ В этом механизме важен квантовый ключ, который запутанный рецептор получает и использует для расшифровки сообщения. Две части системы имеют общий секретный ключ, который затем используется для кодирования и декодирования сообщений. Традиционные методы шифрования основаны на алгоритмах, связанных со сложными математическими операциями, которые трудно расшифровать, но не невозможно перехватить.Как я уже отмечал, такой перехват с квантовой криптографией просто невозможен.

Квантовая запутанность предвещает возможное создание глобального «квантового Интернета». Поэтому неудивительно, что недавно созданные компании, такие как Swiss ID Quantique (основанная в 2001 году как ответвление Группы прикладной физики Женевского университета), US MagiQ или австралийская QuintessenceLabs проявили значительный интерес к квантовой криптографии, а также такие известные фирмы, как HP, IBM, Mitsubishi, NEC, NTT и Toshiba.

В таком мире, как наш, где коммуникации через Интернет и другие средства массовой информации проникают во все сферы общества и обуславливают их, запутанность представляет собой великолепный инструмент для обеспечения безопасности этих передач благодаря так называемой «квантовой криптографии»

Одна проблема с квантовой криптографией заключается в том, что при использовании классических каналов связи, таких как оптическое волокно, сигнал ухудшается, потому что фотоны поглощаются или рассеиваются молекулами волокна (предел для отправки сообщений квантовой криптографии составляет около одного или двух городов. ).Классическая трансмиссия тоже ломается на расстоянии, но это можно исправить с помощью реле. Однако такого решения для квантовой передачи не существует, потому что, как упоминалось выше, любое промежуточное взаимодействие разрушает единство сообщения. Наилучшим «кабелем» для квантовой связи оказывается космический вакуум, и в этом смысле недавно был достигнут значительный прогресс. Команде под руководством Цзянь-Вей Пана из Китайского университета науки и технологий в Хэфэе в сотрудничестве с Антоном Цайлингером (одним из величайших специалистов в области квантовых коммуникаций и вычислений) из Венского университета удалось посылать квантовые сообщения между ними. Ксинлун и Грац, находящиеся на расстоянии 7600 километров друг от друга, используют в качестве посредника китайский спутник Micius (выведенный на орбиту в 500 километрах от Земли в августе 2016 года). ⁶ Чтобы расширить диапазон своих действий, они использовали оптоволоконные системы, чтобы связать Грац с Веной и Синлун с Пекином. Таким образом, они провели безопасную семидесятипятиминутную видеоконференцию между Китайской и Венской академиями наук с использованием двух гигабайт данных — столько же, сколько требовалось для мобильных телефонов в 1970-х годах. Такие достижения предвещают создание спутниковых сетей, которые обеспечат безопасную связь всех видов (телефонные звонки, электронная почта, факсы) в новом мире, который позже будет включать в себя еще один инструмент, тесно связанный с квантовыми явлениями, которые мы уже обсуждали: квантовые вычисления, в котором квантовое перекрытие играет центральную роль.

Квантовая запутанность предвещает возможное создание глобального «квантового Интернета». Поэтому неудивительно, что такие хорошо зарекомендовавшие себя фирмы, как HP, IBM, Mitsubishi, NEC, NTT и Toshiba, проявили значительный интерес к квантовой криптографии

.

В то время как классические вычисления хранят информацию в битах (0, 1), квантовые вычисления основаны на кубитах (квантовых битах). Многие физические системы могут действовать как кубиты, включая фотоны, электроны, атомы и куперовские пары.Рассматриваемый с точки зрения фотонов, принцип квантового перекрытия означает, что они могут быть поляризованы либо по горизонтали, либо по вертикали, а также в комбинациях, лежащих между этими двумя состояниями. Следовательно, у вас есть большее количество единиц для обработки или хранения в вычислительной машине, и вы можете выполнять различные операции одновременно, то есть вы можете работать параллельно (каждый бит должен быть либо 1, либо 0, в то время как кубит может быть равен 1 и 0 одновременно, что позволяет выполнять несколько операций одновременно).Очевидно, что чем больше кубитов использует квантовый компьютер, тем больше будет его вычислительная мощность. Количество кубитов, необходимых для того, чтобы превзойти компьютеры, оценивается в пятьдесят, и IBM недавно объявила, что превысила этот порог… хотя и всего на несколько наносекунд. Оказывается, действительно очень сложно удерживать кубиты запутанными (то есть невозмущенными) в течение необходимого периода времени. Это чрезвычайно сложно, потому что субатомные частицы нестабильны по своей природе. Поэтому, чтобы избежать того, что называется «декогеренцией», одна из основных областей исследований в области квантовых вычислений включает поиск способов минимизировать возмущающие эффекты света, звука, движения и температуры.Многие квантовые компьютеры строятся в вакуумных камерах с чрезвычайно низкими температурами именно по этой причине, но очевидно, что промышленность и правительства (особенно Китай, в настоящее время) прилагают значительные усилия для продвижения в области квантовых вычислений: например, Google и NASA. , используют квантовый компьютер, созданный канадской фирмой D-Wave Systems, Inc, которая первой продает машины такого типа, способные выполнять определенные типы операций в 3600 раз быстрее, чем самый быстрый в мире цифровой суперкомпьютер.

Другая возможность, связанная с квантовой запутанностью, — это телетранспортация, которую Игнасио Чирак (2011: 478) определил как «перенос неповрежденного квантового состояния из одного места в другое, осуществляемый отправителем, который не знает ни состояние, которое будет телетранспортировано, ни местоположение. получателя, которому оно должно быть отправлено ». Эксперименты по телетранспортировке уже проводились с фотонами, ионами и атомами, но предстоит еще долгий путь.

Физика в междисциплинарном мире

В предыдущих разделах я сосредоточился на развитии того, что мы могли бы назвать «самой фундаментальной физикой», но эта наука вовсе не ограничивается изучением «конечных» компонентов природы, объединением сил или применением наиболее важных компонентов. основные принципы квантовой физики.Физика состоит из широкой и разнообразной группы областей — конденсированных сред, низких температур, ядерных, оптических, электромагнетизма, жидкостей, термодинамики и т. Д. — и за последние десять лет во всех из них был достигнут прогресс. Более того, эти успехи, несомненно, будут продолжены в будущем. Было бы невозможно перечислить их все, но я действительно хочу сослаться на область, в которую физика может внести большой вклад: междисциплинарность.

Следует помнить, что природа едина и не имеет границ; практическая необходимость побудила людей основать их, создав дисциплины, которые мы называем физикой, химией, биологией, математикой, геологией и так далее.Однако по мере того, как наши знания о природе растут, становится все более и более необходимым выходить за эти границы и объединять дисциплины. Важно формировать группы специалистов — не обязательно большие — из разных научных и технических областей, но обладающих достаточными общими знаниями, чтобы понимать друг друга и сотрудничать для решения новых проблем, сама природа которых требует такого сотрудничества. Физики должны быть частью таких групп. Мы находим примеры междисциплинарности почти во всех условиях, одним из которых могут быть процессы, лежащие в основе атмосферных явлений.Сюда входят все виды наук: обмен энергией и температурные градиенты, излучение, получаемое от Солнца, химические реакции, состав атмосферы, движение атмосферных и океанских течений, биология животных и растений, объясняющая поведение и реакции животных. и виды растений, производственные процессы, социальные способы и механизмы транспортировки и так далее и так далее. Аналогичные доказательства дают исследования архитектуры и урбанистики. В случае изменения климата, энергетических ограничений, загрязнения атмосферы и агломерации в гигантских городах крайне важно углублять сотрудничество между архитектурой, урбанистикой, наукой и технологиями, не упуская из виду необходимость задействовать и другие дисциплины, включая психологию и социологию, которые связаны с изучением человеческого характера.Мы должны строить здания, которые сводят к минимуму потери энергии, и пытаться достичь энергоэффективности, то есть устойчивости, которая стала модным словом в последние годы. К счастью, наряду с материалами с новыми тепловыми и акустическими свойствами, у нас есть элементы, разработанные наукой и технологиями, такие как солнечные батареи, а также возможность переработки органических отходов.

Природа едина и не имеет границ; практическая необходимость побудила людей основать их, создав дисциплины, которые мы называем физикой, химией, биологией, математикой, геологией и так далее.Однако по мере того, как наши знания о природе растут, становится все более и более необходимым выходить за эти границы и объединять дисциплины

Одним из особенно важных примеров, в котором явно участвует физика, является «Проект карты активности мозга», о котором тогдашний президент США Барак Обама публично объявил 2 апреля 2013 года. преемник великого проекта «Геном человека», которому удалось сопоставить гены, состоящие из наших хромосом.Он направлен на изучение сигналов нейронов и определение того, как их поток через нейронные сети превращается в мысли, чувства и действия. Нет никаких сомнений в важности этого проекта, который сталкивается с одной из величайших проблем современной науки: получение глобального понимания человеческого мозга, включая его самосознание. В своей презентации Обама выразил надежду на то, что этот проект также проложит путь для развития технологий, необходимых для борьбы с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона, а также новых методов лечения различных психических заболеваний и достижений в области искусственного интеллекта. интеллект.

Достаточно прочитать заголовок статьи, в которой группа ученых представила и защитила этот проект, чтобы признать его междисциплинарный характер и присутствие в нем физики. Опубликованный в обзоре Neuron в 2012 году он был озаглавлен «Проект карты активности мозга и проблема функциональной коннектомики» и был подписан шестью учеными: Полом Аливисатосом, Миюнг Чун, Джорджем Черчем, Ральфом Гринспеном, Майклом Роуксом и Рафаэлем Юсте ( 2012).

Цветная сканирующая электронная микрофотография (СЭМ) наноструктур, сформированных на поверхности ванадия и оксидов ванадия под действием лазерного луча на диоксиде углерода.Полученные наноструктуры могут найти применение в различных формах электроники и нанотехнологий.

Не менее заслуживают внимания нанонаука и нанотехнологии. Атомный мир — одно из мест встречи естественных наук и основанных на них технологий. В конечном итоге атомы и частицы, из которых они состоят (протоны, нейтроны, электроны, кварки и т. Д.), Являются «строительными блоками мира». До относительно недавнего времени не было области исследований — я имею в виду нанотехнологию и нанонауку, — в которых эта общая база показывала бы так много потенциальных приложений в различных дисциплинах.Эти области исследований и разработок обязаны своим названием измерению длины, нанометру (нм), который составляет одну миллиардную часть метра. Нанотехнология включает в себя любую отрасль науки или технологий, которая исследует или использует нашу способность управлять материей и манипулировать ею в масштабах от 1 до 100 нм. Достижения в области нанотехнологий позволили разработать наноматериалы и наноустройства, которые уже используются в различных условиях. Например, можно обнаружить и локализовать раковые опухоли в организме, используя раствор наночастиц золота размером 35 нм, поскольку канцерогенные клетки обладают белком, который реагирует на антитела, которые прикрепляются к этим наночастицам, что позволяет обнаруживать злокачественные клетки. .Фактически, медицина — особенно подходящая область для нанотехнологий, и это дало начало наномедицине. Любовь людей к компартментализации привела к тому, что эту область часто делят на три большие области: нанодиагностика (разработка изображений и методов анализа для выявления заболеваний на их начальных стадиях), нанотерапия (поиск методов лечения на молекулярном уровне, которые воздействуют непосредственно на пораженные участки). клетки или патогенные участки) и регенеративная медицина (контролируемый рост искусственных тканей и органов).

Одним из особенно важных примеров, в котором явно участвует физика, является «Проект карты активности мозга», о котором тогдашний президент США Барак Обама публично объявил 2 апреля 2013 года. преемник великого проекта «Геном человека», которому удалось сопоставить гены, состоящие из наших хромосом

Всегда сложно и рискованно предсказывать будущее, но я не сомневаюсь, что это будущее будет включать в себя всевозможные события, которые мы в настоящее время считали бы невообразимыми сюрпризами.Одной из них вполне может быть возможность, которую недавно предположил Фриман Дайсон (2011), который всегда любит предсказания. Он называет это «радионеврологией», и идея состоит в том, что по мере расширения наших знаний о функциях мозга мы сможем использовать миллионы микроскопических датчиков для наблюдения за обменами между нейронами, которые приводят к мыслям, чувствам и т. Д., И преобразовывать их. в электромагнитные сигналы, которые может принимать другой мозг, оснащенный аналогичными датчиками. Затем этот второй мозг будет использовать их для восстановления мыслей излучающего мозга.Станет ли это разновидностью радиотелепатии?

Эпилог

Мы живем между прошлым и будущим. Настоящее постоянно ускользает между нашими пальцами, как увядающая тень. Прошлое предлагает нам воспоминания и приобретенные знания, проверенные или еще не проверенные, бесценное сокровище, прокладывающее путь вперед. Конечно, мы действительно не знаем, куда это нас приведет, какие новые характеристики появятся, будет ли это плавание легким или нет. Несомненно то, что будущее будет другим и очень интересным.И физика, как и все другие науки, будет играть важную и увлекательную роль в формировании этого будущего.

Банкноты

1. Эверетт — Брайсу ДеВитту, 31 мая 1957 г .; письмо воспроизведено в Barret and Byrne (eds.) (2012: 255).

2. На самом деле суперсимметрия действительно открывалась трижды. Сначала Пьер Рамонд, французский физик из Университета Флориды, сначала один, но затем в сотрудничестве с Андре Неви и Джоном Шварцем; однако контекст, в котором они ввели эту новую симметрию, был очень абстрактным, и было неясно, имеет ли она какое-либо отношение к элементарным частицам.Примерно в то же время Юрий Гольфанд, Евгений Лихтман, а затем Дмитрий Волков и Владимир Акулов описали это в произведении, которое никогда не покидало Советский Союз. Именно работа Джулиуса Весса и Бруно Зумино (1974) привлекла внимание физиков, занимающихся высокими энергиями, хотя долгое время она считалась чисто теоретической спекуляцией.

3. Идея состоит в том, что эти дополнительные измерения не проявляются из-за явления, известного как «компактификация». Они существуют на субатомных масштабах и замыкаются на себя, образуя круги

4.Ожидания относительно результатов, которые можно было бы получить на LHC как в теории темной материи, так и в теории струн, оставались неизменными в течение (слишком многих?) Лет. Одним из ярких примеров в этом смысле является Эдвард Виттен, о котором я скоро расскажу больше, который написал в своем вкладе в книгу, посвященную шестидесятилетию Стивена Хокинга (Witten 2003: 461): «Есть только одно важное открытие, на которое я могу указать. насколько это возможно в этом десятилетии. Это открытие не является теоретическим […]. Это открытие, вероятно, произойдет в Фермилаборатории с Тэватроном […] или в ЦЕРНе с LHC.«Тэватрон прекратил свою деятельность в 2011 году.

5. Об этом и других, которые я расскажу ниже, см. Zeilinger (2011).

6. Результаты были объявлены в статье, опубликованной в 2018 году и подписанной тридцатью шестью исследователями, из которых двадцать семь были китайцами и девять — австрийцами. Они принадлежали одиннадцати китайским учреждениям и трем австрийским: Sheng-Kai Liao et al. (2018).

Библиография

—Abbott, B.P. et al. 2016. «Наблюдение гравитационных волн от слияния двойных черных дыр.”Physical Review Letters 116: 061102.
—Abbott, B.P. et al. 2017. «Наблюдение гравитационных волн от двойной нейтронной звезды на спирали». Physical Review Letters 119: 161101.
— Аливисатос, Пол, Чун, Миюнг, Черч, Джордж, Гринспен, Ральф, Роукс, Майкл, и Юсте, Рафаэль. 2012. «Проект карты активности мозга и проблема функциональной коннектомики». Нейрон 74: 970–974.
— Барретт, Джеффри А. и Бирн, Питер (ред.). 2012. Интерпретация квантовой механики Эверетта.Принстон: Издательство Принстонского университета.
— Бернштейн, Джереми. 2012a. «Палитра частиц». Американский ученый 100 (2): 146–155. Воспроизведено у Бернштейна (2012b).
— Бернштейн, Джереми. 2012b. «Un abanico de partículas». Investigación y Ciencia 432: 24–33.
— Буэно, Пабло, Кано, Пабло А., Гелен, Фредерик, Хертог, Томас и Вернок, Берт. 2018. «Отголоски керровских кротовых нор». Physical Review D 7: 024040.
— Чиао, Раймонд Ю., Коэн, Марвин Л., Леггет, Энтони Дж., Филлипс, Уильям Д., и Харпер младший, Чарльз Л. (ред.). 2011. Видения открытий. Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
— Чирак, Дж. Игнасио. 2011. «Квантовая информация». В Chiao et al. (ред.), 471–495.
— Конлон, Джозеф. 2016. Почему теория струн? Бока-Ратон: CRC Press.
— ДеВитт, Брайс. 1970. «Квантовая механика и реальность». Физика сегодня 23: 30–35.
— ДеВитт, Брайс и Грэм, Нил (ред.). 1973. Многомировая интерпретация квантовой механики. Принстон: Издательство Принстонского университета.
— ДеВитт-Моретт, Сесиль.2011. Погоня за квантовой гравитацией. Воспоминания Брайса ДеВитта с 1946 по 2004 год. Гейдельберг: Springer.
— Дайсон, Фриман. 2011. «Будущее науки». В Chiao et al. (ред.), 39–54.
— Эйнштейн, Альберт и Розен, Натан. 1937. «О гравитационных волнах». Журнал Института Франклина 223: 43–54.
— Энглерт, Франсуа, и Браут, Роберт. 1964. «Нарушенная симметрия и масса калибровочных векторных мезонов». Physical Review Letters 13: 321–323.
— Эверетт III, Хью. 1957. «Формулировка« относительного состояния »квантовой механики.Обзоры современной физики 29: 454–462.
— Гелл-Манн, Мюррей. 1995. Эль-кварк и эль-ягуар. Барселона: Tusquets (оригинальный английский: Quark и Jaguar, 1994).
— Грин, Брайан. 1999. Элегантная Вселенная. Нью-Йорк: У. В. Нортон.
— Гросс, Дэвид Дж. 2011. «Основные неизвестные в физике элементарных частиц и космологии». В Chiao et al. (ред.), 152–170.
— Гуральник, Джеральд С., Хаген, Карл Р. и Киббл, Томас В. 1964 г.) «Глобальные законы сохранения и безмассовые частицы». Physical Review Letters 13: 585–587.
— Хокинг, Стивен. 2002. El universo en una cáscara de nuez. Барселона: Критика (оригинальный английский: Вселенная в двух словах, 2001).
— Хербст, Томас, Шейдл, Томас, Финк, Маттиас, Хандштайнер, Йоханнес, Виттманн, Бернхард, Урсин, Руперт и Цайлингер, Антон. 2015. «Телепортация запутанности на 143 км». Труды Национальной академии наук 112: 14202–14205.
—Higgs, Peter W. 1964a. «Нарушенные симметрии, безмассовые частицы и калибровочные поля». Письма в обзоре физики 12: 132–201.
—Higgs, Peter W. 1964b. «Нарушенные симметрии и массы калибровочных бозонов». Physical Review Letters 13: 508–509.
— Мальдасена, Хуан М. 1998. «Предел больших N суперконформных теорий поля и супергравитации». Успехи теоретической и математической физики 2: 231–252.
—Mather, John C. et al. 1990. «Предварительное измерение спектра космического микроволнового фона спутником Cosmic Background Explorer (COBE)». Астрофизический журнал 354: L-37-L40.
— Рамон, Пьер.1971. «Двойственная теория свободных фермионов». Physical Review D 3: 2415–2418.
—Sheng-Kai Liao et al. 2018. «Межконтинентальная квантовая сеть с ретрансляцией спутников». Physical Review Letters 120: 030501.
—Smoot, George et al. 1992. «Структура карт первого года работы дифференциального микроволнового радиометра COBE». Астрофизический журнал 396: L1-L5.
— Торн, Кип С. 1994. Черные дыры и искажения времени. Нью-Йорк: У. В. Нортон.
— Торн, Кип С. 1995. Agujeros negros y tiempo curvo. Барселона: Критика.
— Венезиано, Габриэле.1968. «Построение кросс-симметричной амплитуды реджевского поведения для линейно восходящих траекторий». Nuovo Cimento A 57: 190–197.
— Вайнберг, Стивен. 2011. «Физика элементарных частиц, от Резерфорда до LHC». Физика сегодня 64 (8): 29–33.
— Весс, Юлий и Зумино, Бруно. 1974. «Преобразования суперкадров в четырех измерениях». Physics Letters B 70: 39–50.
— Виттен, Эдвард. 2003. «Прошлое и будущее теории струн». В будущем теоретической физики и космологии. Отмечая 60-летие Стивена Хокинга, Г.У. Гиббонс, Э. П. С. Шеллард и С. Дж. Рэнкин (ред.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 455–462.
— Цейлингер, Антон. 2011. «Квантовая запутанность: от фундаментальных вопросов до квантовой коммуникации и квантовых вычислений и обратно». В Chiao et al. (ред.), 558–571.

New Scientist входит в десятку лучших открытий десятилетия

В 2010-е годы наука и технологии значительно продвинулись вперед. Оживите лучшие моменты с нашим окончательным рейтингом десятилетия

Космос

18 декабря 2019 г.

CERN

В 2010-е годы произошел огромный скачок в физике, генетике, археологии и технологиях.Вот наша подборка лучших

1. Бозон Хиггса

Потребовалось четыре года, тысячи людей и самая большая машина в мире, но в 2012 году физики элементарных частиц из ЦЕРН объявили об открытии бозона Хиггса. Частица помогает объяснить, почему все другие частицы во Вселенной имеют массу, и ее открытие завершило стандартную модель физики элементарных частиц.

2. CRISPR

В 2012 году был раскрыт весь потенциал генной инженерии с помощью дешевой и простой системы CRISPR для редактирования ДНК.Его использование с тех пор резко возросло, в том числе, к сожалению, широко осуждаемое создание в Китае в 2018 году первых генно-отредактированных младенцев.

Реклама

3. Гравитационные волны

В 1916 году Альберт Эйнштейн предсказал, что пространство-время — ткань Вселенной — нарушается странной рябью, известной как гравитационные волны. Ровно столетие спустя коллаборация с гравитационно-волновой обсерваторией с лазерным интерферометром объявила, что наконец-то обнаружила эти волны, исходящие от пары сливающихся черных дыр.

4. AlphaGo

Десятилетие характеризовалось достижениями в области искусственного интеллекта, но вершиной достижений в области машин стала AlphaGo. Программное обеспечение, разработанное DeepMind, победило ведущего игрока Ли Седола в настольной игре Go в потрясающем матче 4: 1 в 2016 году.

5. Генная терапия Лейлы

В 2015 году годовалую девочку вылечили от рака, не похожего ни на что другое. Врачи больницы Грейт-Ормонд-стрит в Лондоне передали малышке Лейле иммунные клетки от донора, которые они генетически модифицировали, чтобы уничтожить клетки, вызывающие ее лейкемию, и спасти ее жизнь.

6. Денисовцы

В 2010 году исследователи объявили об открытии кости пальца человека, которая генетически отличается как от современных людей, так и от неандертальцев, что усложняет историю наших предков. Они назвали этот новый вид денисовцами в честь Денисовой пещеры в Сибири, Россия, где была найдена кость. Более поздние открытия в пещере включали в себя другие останки этих загадочных людей, в том числе объявление 2018 года о гибриде с матерью-неандертальцем и отцом-денисовцем. Генетический анализ также показал, что сегодня есть люди, несущие денисовскую ДНК.

7. Квантовое превосходство

В этом десятилетии усилия по разработке квантовых компьютеров постепенно набирали обороты, кульминацией которых стало объявление Google о квантовом превосходстве в 2019 году. Фирма разработала первый квантовый компьютер, способный выполнять вычисления, с которыми не может сравниться ни один классический суперкомпьютер на Земле.

8. Проксима Центавра b

Когда началось десятилетие, мы знали о 450 планетах за пределами нашей Солнечной системы.