Открытия за последние 10 лет по физике: исследования, научные работы — Журнал «За науку» — научно-популярные статьи на актуальные темы

важнейшие достижения в физике / НВ

2019-й был богатым на новости из мира науки. Представляем вам открытия, которые нельзя было оставить без внимания.

З апутались с новостями из мира квантовой механики? Пропустили самое громкое открытие в истории астрофизики? Не беда, — специально для вас НВ вспоминает самые громкие открытя в науке в 2019 году.

Пока Грета Тунберг собирает молодежь по всему миру на восстание против мировых политических лидеров, физики борются за жизнь кота Шредингера и разбирают на кусочки пространство-время во всей Вселенной.

В уходящем году появилось еще больше научных исследований, которые доказывают, что наше представление о мире может быть ложным, и подчеркивают изъяны в трудах Альберта Эйнштейна и Стивена Хокинга.

Современные ученые пока не придумали новую теорию относительности и не разоблачили обманчивые законы гравитации, но они, как минимум, движутся в этом направлении, и дают нам возможность понять, что люди еще очень мало знают о своей природе и природе всего, что их окружает.

От фотографии горизонта событий черной дыры до проверки теории о невозможном двигателе EmDrive, от создания квантовых компьютеров до решения дилеммы кота Шредингера, — НВ собрало восемь самых интересных открытий из мира науки в уходящем году.

Фотография черной дыры

На самом деле увидеть черную дыру невозможно, поскольку эти сверхтяжелые объекты являются буквально невидимыми и поглощают любые виды электромагнитного излучения. Поэтому ученые получили изображение только ее очертаний — так называемого горизонта событий. Тем не менее, это одно из самых громких научных открытий не только в 2019-м, но и в целом за всю историю исследований.

Прорыв случился благодаря работе восьми телескопов проекта Event Horizon Telescope (EHT) или «Горизонт событий», которые последние несколько лет исследовали ближайшие к Земле черные дыры.

Ученые анализировали данные о наблюдениях за сверхмассивными черными дырами в галактике M87 и Стрелец А* в галактике Млечный путь, которые расположены на расстоянии примерно в 55 млн и 26 тыс. световых лет от Земли соответственно.

После расшифровки около 500 терабайт данных в начале апреля 2019-го руководители проекта EHT впервые показали фотографию отражения горизонта событий черной дыры в центре галактики Messier 87 в созвездии Девы. Горизонт событий — это условная линия за внешними границами черной дыры, после которой любой свет, попадающий туда, навсегда исчезает из нашего поля зрения.

«Сфотографировать тень, которую отбрасывает горизонт событий черной дыры — это все равно, что сфотографировать DVD-диск на поверхности Луны из Земли» — говорил астрофизик из Университета Аризоны Димитриос Псалтис. Отражение горизонта событий демонстрирует искривленный свет и всю окружающую среду, которую поглощает черная дыра, в прямом смысле изменяя известные человеку законы физики.

Несмотря на получение изображения горизонта событий, сегодня существуют только гипотезы о природе формирования и характеристиках черных дыр, поскольку приблизиться к ним практически невозможно. «Для меня большой вопрос, сможем ли мы когда-нибудь преодолеть эту границу. Возможно, нет. Это расстраивает, но мы должны принять это», — заявил председатель научного совета проекта EHT Хейно Фальке.

«Невозможный» двигатель возможен

Ровно 20 лет ученые со всего мира пытаются доказать, что двигатель EmDrive, проект которого предложил британский инженер Роджер Шойер в 1999 году, является невозможным, поскольку он противоречит фундаментальным законам физики.

Шойер предложил свою силовую установку как один из вариантов «вечного» двигателя для гипотетических межзвездных путешествий. В качестве движущей силы в EmDrive используется магнетрон, который генерирует микроволны, и, по заявлениям автора, накапливает энергию колебаний в резонаторе, создавая тягу.

Идея о том, что электромагнитные волны производят разное давление на стены двигателя и могут постоянно создавать тягу, противоречит закону Ньютона о сохранении импульса. Но, на практике, никому не удалось это опровергнуть, поскольку разные проекты EmDrive доказывали, что двигатель все же создает незначительную тягу в несколько микроньютонов. Этот эффект списывали на воздействия внешних сил, погрешности и плохое экранирование корпуса двигателя.

Летом этого года представители Немецкого Технического Университета Дрездена провели свой эксперимент, чтобы точно установить, работает ли двигатель EmDrive. Команда физиков под руководством Мартина Таймара разработала проект SpaceDrive, — «чрезвычайно чувствительный и невосприимчивый к вмешательству инструмент, который раз и навсегда положит конец дискуссии о EmDrive».

Авторы исследования создали точную копию двигателя EmDrive, с которым ученые NASA Пол Марч и Гарольд Уайт достигли незначительной тяги пару лет назад. Конструкция двигателя — это медный конус с обрезанным верхом, который помещен в вакуумную камеру. Источник микроволнового сигнала находится за пределами камеры и передается с помощью кабелей на антенны внутри конуса.

Чтобы засечь реальную тягу без каких-либо погрешностей, физики использовали маятниковые весы, которые измеряют силу крутящего момента, приложенного к оси маятника, а также лазерный интерферометр, который нивелирует физическое смещение маятниковых весов. Команда Таймара назвала свое устройство «самым чувствительным балансом тяги из когда-либо существовавших в мире».

Несмотря на создание специального экрана, который блокирует EmDrive от любых помех, включая действие магнитных полюсов Земли, сейсмические колебания планеты и тепловое расширение из-за нагрева от микроволн, ученые все же зафиксировали тягу в 3,4 микроньютона, что подтверждает дееспособность «невозможного» двигателя.

Теперь физики сетуют на нагревание меди, которое могло вызвать расширение конструкции и смещение центра тяжести двигателя, что, в теории, приводит к появлению тяги из-за внешнего воздействия. Как бы там ни было, Мартин Таймар собирается доказать, что сам EmDrive не может создавать тягу, и его команда уже разрабатывает два других измерительных прибора, которые должны исключить любое внешнее воздействие, включая термальную погрешность.

Квантовое превосходство Google

Как только квантовые компьютеры смогут производить вычисления, которые не под силу обычным компьютерам — человечество достигнет квантового превосходства. Это событие сулит нам настоящую революцию во всех сферах жизни, поскольку первый эффективный квантовый компьютер поможет создать буквально фантастические композитные материалы для новых видов транспорта, электронных устройств, не говоря уже о потенциальных изменениях в цифровых системах.

Пару месяцев назад в Google заявили, что их квантовый процессор Sycamore за три минуты и 20 секунд выполнил вычисления, которые классический суперкомпьютер будет производить около 10 тыс. лет.

Технически Sycamore создали из алюминия, индия (очень мягкий металл) и кремния. Объединить эти материалы удалось благодаря эффекту Джозефсона — протекания сверхпроводящего тока через два сверхпроводника. Чтобы достичь квантового состояния кубитов — минимальных единиц информации в квантовом компьютере, — процессор охладили до температуры, близкой к абсолютному нулю (20 милликельвинов), что примерно равняется минус 273 градусам Цельсия.

С помощью так называемых аттенюаторов — устройств, которые снижают интенсивность электромагнитных колебаний — и дополнительных фильтров, суперохлажденный Sycamore подключили к обычной электронике, которая работает при комнатной температуре. Считывать информацию из квантового компьютера можно было благодаря цифро-аналоговым преобразователям. Вся система поддерживала квантовое состояние кубитов и смогла доказать «случайность чисел, которые созданы генератором случайных чисел» за три с лишним минуты.

Но, на заявление о квантовом превосходстве сразу же отреагировали главные конкуренты Google на поле квантовых компьютеров — компания IBM. Представители корпорации объяснили, что произведенные вычисления квантовым процессором Google Sycamore имеют лишь технический характер, и их суперкомпьютер Summit сможет провести аналогичные вычисления всего за два с половиной дня.

«Квантовые компьютеры не могут „превосходить“ классические только на базе одного лабораторного эксперимента, который был нужен, чтобы реализовать одну очень специфическую процедуру квантовой выборки вне практического применения. На самом деле, квантовые компьютеры никогда не будут „господствовать“ над классическими компьютерами, а призваны работать в тандеме с ними, поскольку у каждого типа компьютеров есть свои уникальные преимущества», — прокомментировал для НВ директор IBM Research Дарио Гил.

Судьба кота Шредингера

Одним из наиболее загадочных явлений квантовой механики является квантовая суперпозиция — нахождение элементарных частиц в нескольких состояниях одновременно до момента их измерения наблюдателем.

В первой половине прошлого века один из основателей квантовой механики Эрвин Шредингер предложил мысленный эксперимент, который объясняет квантовую суперпозицию: условный кот в коробке с кислотой является и живым и мертвым одновременно до тех пор, пока мы не откроем эту коробку и не определим его состояние. Осенью 2019-го ученые из Японии и Индии придумали, как заглянуть в коробку с котом, не убивая его.

Физики предложили решение проблемы кота Шредингера благодаря изменению методов анализа данных о состоянии элементарных частиц, а не благодаря их измерению, как это делали ранее. С помощью математических вычислений ученые смоделировали условную ситуацию: закрытую коробку с котом Шредингера нужно сфотографировать с помощью камеры, которая установлена снаружи коробки, и при этом может заснять сквозь коробку самого кота.

После создания такого фото в камере будет храниться два типа информации: первый о том, как изменилось состояние суперпозиции кота (ученые называют это квантовой меткой) и второй о том, является ли кот живым или мертвым. Мысленный эксперимент заключается в том, что такое фото оказывается в запутанном состоянии вместе с квантовой системой, и то, как мы извлечем информацию из него — напрямую повлияет на судьбу кота.

В данном случае можно «проявить» фото в темной комнате и определить, жив он или мертв, или же восстановить на размытом фото квантовую метку с помощью компьютера и вернуть кота в состояние неопределенности между жизнью и смертью.

Авторы эксперимента взяли за основу своей математической модели способность фотонов входить в запутанное состояние вместе с квантовой системой. Вместо того, чтобы определить состояние частицы (кота) посредством ее измерения, т. е. прямого влияния света (фотонов) на нее, они использовали условную камеру, которая фотографирует кота сквозь коробку.

Запечатленные фотоны на изображении оказываются запутанными с квантовой системой, что сохраняет оба типа информации — о том, как изменилась суперпозиция и о реальном состоянии кота. Считывая данные из этого изображения тем или иным образом мы, в теории, можем оживить/убить кота или восстановить его суперпозицию.

Загадка темной материи

До сих пор ученым неизвестно, почему скорость обращения внешних объектов в космосе постоянно увеличивается, несмотря на то что расстояние между ними растет. Несколько десятков лет назад физики списали это противоречие в общей теории относительности Эйнштейна на темную материю — гипотетическое вещество, которое якобы формирует около четверти скрытой массы Вселенной и отвечает за высокую скорость обращения отдаленных объектов.

Темная материя не участвует в электромагнитном взаимодействии и является практически невидимой для нас, поэтому физики ищут различные частицы, которые могли бы с ней взаимодействовать. В этом году группа ученых из немецкого Института химической физики твердых тел общества Макса Планка и нескольких университетов США и Китая опубликовала исследование, которое может значительно приблизить нас к разгадке тайны темной материи.

Благодаря экспериментам с высокими энергиями и конденсированным состоянием, ученые определили, что электроны вейлевского полуметалла ведут себя так, как будто у них нет массы: они не взаимодействуют друг с другом и разделены на два типа, — левые и правые. Это химическое свойство называется хиральность, и оно позволяет молекулам вейлевского полуметалла не совпадать в пространстве со своим зеркальным отражением.

Охлаждая их до минус 11 градусов Цельсия, ученые заставили необычные электроны взаимодействовать и конденсироваться в кристаллические версии самих себя. Полученные частицы этих кристаллов проявляли те же свойства, которые должна проявлять гипотетическая темная материя — аксион.

Оказалось, что кристаллы хиральных электронов полуметалла состоят из квазичастиц — фононов, которые одновременно представляют из себя волны вибраций. В результате эксперимента ученые обнаружили такие фононы, которые реагируют на электрические и магнитные поля так же, как и предложенные 40 лет назад аксионы.

Это означает, что авторы исследования не только обнаружили, где можно искать аксионы, но и, возможно, открыли долгожданную темную материю, которая взаимодействует с видимым нам веществом.

Пространство не бесконечно

Принято считать, что Вселенная бесконечна. Однако, это утверждение имеет физическое и математическое доказательство: согласно действующим космологическим теориям, все пространство вокруг нас равномерно расширяется во всех направлениях, и в нем соблюдается Евклидова геометрия (параллельные прямые любой длины никогда не пересекутся, а сумма углов любого треугольника будет равна 180 градусам).

Ученые также доказывают равномерное расширение Вселенной во всех направлениях с помощью определения плотности вещества в ней: концентрация всей материи и энергии, включая пока не обнаруженные нами темные материю/энергию, должна уравновешивать энергии внешнего расширения и внутреннего гравитационного притяжения.

В начале 2000-х исследователи определили критическую плотность материи во Вселенной — 5,7 атомов водорода на квадратный метр. Этот показатель подтверждает, что Вселенная является открытой, плоской и бесконечной. В ноябре 2019-го ученые из Римского университета Ла Сапиенца из Парижского института астрофизики заявили, что реальная плотность материи во Вселенной может быть на 5% больше, чем действующий показатель критической плотности.

Таким образом, в инфляционной модели Вселенной должна преобладать гравитация, а все пространство вокруг нас в какое-то время должно было захлопнуться из-за его положительной кривизны. Иными словами, Вселенная может быть не бесконечной, а иметь форму замкнутой сферы. Астрофизики уверены, что их расчеты позитивной кривизны Вселенной верны «более чем на 99%».

Гипотетически, такое исследование позволяет нам даже определить размеры Вселенной, и означает, что путешествуя из любой точки в одном направлении длительное время, мы все равно вернемся в самое начало. Такое заявление ставит под угрозу теории о расширении Вселенной и содержание в ней темных энергии и материи.

«Предположение о плоской Вселенной может скрывать космологический кризис, когда несопоставимые наблюдаемые свойства Вселенной кажутся взаимно несовместимыми. Дальнейшие исследования помогут выяснить, являются ли наблюдаемые расхождения следствием необнаруженной систематики, новой физики или просто статистической погрешности», — указано в работе астрофизиков.

Пустоты не существует

Главной загадкой современной физики является объяснение процессов, которые происходят с частицами на субатомном уровне. НВ не раз писал о гипотетической теории всего, которая могла бы объяснить, почему в макро- и микромасштабах действуют разные законы физики.

Но, в начале 2019-го ученые из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе добавили в это уравнение еще больше неизвестных. Исследователи провели эксперимент, который не удавалось осуществить физикам по всему миру несколько десятков лет: впервые в истории они измерили энергию в условиях абсолютной пустоты — вакууме.

Да, оказывается, что вакуум также может влиять на элементарные частицы, поэтому точность экспериментов, которые проводят якобы в идеальных условиях, можно поставить под сомнение. В этом случае, физики использовали частицы света — фотоны, — чтобы измерить, как потенциальная энергия в вакууме может взаимодействовать с ними.

Исследователи пропустили два лазерных импульса длиной в триллионную долю секунды через суперохлажденный оптический кристалл, и пустое пространство между элементарными частицами в вакууме незначительно влияло на свет. Пучки фотона запускали несколько раз в разных местах и в разное время, чтобы убедиться, что на них действительно что-то влияет.

Ученые предположили, что такие незначительные спонтанные изменения в пустоте вызваны законом неопределенности Гейзенберга. Этот закон предусматривает некоторые отклонения от правила сохранения энергии. Несмотря на то, что обнаруженная энергия в вакууме очень слабая — открытие может доказать, что некоторые постоянные, которые используют в современной физике, являются ложными.

«Вакуумные флуктуации электромагнитного поля имеют четко видимые последствия и, среди прочего, они приводят к тому, что атом может самопроизвольно излучать свет», — объясняла одна из авторов эксперимента физик Илеана-Кристина Бенея-Хелмус.

Структура Вселенной

Подобно экспериментам с пустотой в вакууме, недавно астрофизики из Японии, Европы и США определили, из чего состоит все пустое пространство во Вселенной. Ученые подтвердили на практике существование галактических нитей или филаментов, — самых крупных структур, которые объединяют разные галактики.

Фундаментальные космологические теории гласят, что филаменты начали формироваться одновременно с расширением Вселенной сразу после Большого взрыва. Эти нити состоят из газообразного водорода, и, по сути, являются питательными трубопроводами для всех наблюдаемых нами галактик. Мало того, на пересечении филаментов появляются черные дыры, что делает галактические нити крупнейшей известной нам космической структурой, которая является источником жизни для всего во Вселенной.

В новом исследовании ученые подтвердили существование филаментов, которые связывают галактики в кластере SSA22 в созвездии Водолея. Обнаруженные огромные водородные структуры простираются в длину на расстояние в три миллиона световых лет (более одного мегапарсека). Поскольку они расположены на расстоянии примерно в 12 млрд световых лет от нас, это означает, что нити были сформированы сразу же после Большого взрыва.

Открытие стало возможным благодаря спектрометру MUSE, который установлен на телескопах VLT в Чили. Астрофизики впервые засекли галактические нити с помощью ультрафиолетового излучения, которое позволяет увидеть процесс ионизации нейтрального газообразного водорода. Этот эффект называют излучение Лайман-альфа, и именно оно позволило впервые в истории увидеть очень тусклые галактические нити.

«Наблюдения самых тусклых и самых больших структур во Вселенной являются ключом к пониманию того, как Вселенная эволюционировала во времени, как галактики развиваются и созревают, и как изменяющаяся среда вокруг галактик создала то, что мы видим сейчас», — говорила астрофизик из университета Аризоны Эрика Хамден.

Как объяснил ведущий автор исследования Хидеки Умехата из Токийского университета, их открытие подтверждает, что источником образования сверхмассивных черных дыр, галактик и известной нам структуры Вселенной является газ, который поддается воздействию гравитации в галактических филаментах.

По подсчетам ученых, не менее 60% газа во Вселенной должно находиться именно в таких филаментах. Поэтому обнаружение галактических нитей также может стать отправной точкой для решения проблемы нехватки материи во Вселенной.

Делитесь материалом

Топ-10 ярких научных открытий 2020 года

Математики помогают искать эффективные методы лечения сложных заболеваний

Эффективность препаратов против ВИЧ снижают зараженные клетки, «спящие» в организме и «укрывающиеся» от лечения. Исследователи изучили множество научных статей, создали несколько математических моделей развития ВИЧ и предложили новый подход к лечению этой инфекции. Ученые предложили использовать естественный механизм поддержания постоянства клеток иммунной системы, когда более молодые клетки вымывают более зрелые, в том числе неактивные зараженные клетки. Сейчас ученые создают программный комплекс для изучения сложных системных заболеваний, в том числе ВИЧ и COVID-19, чтобы помочь медикам искать эффективные методы комбинированной терапии с минимумом препаратов.

ВИЧ поражает клетки иммунной системы, у которых на поверхности есть белок CD4. Вирус прикрепляется к этим белкам, проникая в клетку, и, вызывая постепенное истощение популяции CD4 иммунных клеток (Т-лимфоцитов), угнетает работу иммунитета — так развивается СПИД. Без врачебного вмешательства больные в среднем умирают через 9–11 лет после заражения. При проведении антиретровирусной терапии, которая включает прием нескольких препаратов, продолжительность жизни пациента может быть продлена до 70–80 лет. При этом снижается концентрация свободных вирусов, но остаются зараженные клетки.

Одна из причин устойчивости ВИЧ к антивирусным препаратам кроется в способности вируса находиться в зараженных клетках в неактивной форме в течение многих месяцев и даже лет. Это снижает эффективность применения антиретровирусных препаратов: зараженная клетка просто не распознается иммунной системой для последующего уничтожения.

Сотрудники Института вычислительной математики имени Г. И. Марчука РАН в составе международной группы исследователей приняли участие в разработке принципиально нового подхода в борьбе с зараженными клетками – «промыть и заменить». То есть вымывать части более зрелых клеток иммунной системы, в том числе «спящие» и «укрывающиеся» (латентно-инфицированные) CD4 Т лимфоциты. Это происходит за счет поступления менее специализированных (то есть пока «не определившихся» с ролью в организме) клеток в органы, где рождаются иммунные клетки, и их конкуренции за выживание.

По мнению исследователей, если вместе с антиретровирусной терапией специально активировать иммунные клетки, это может ускорить процесс обновления популяции лимфоцитов.

Моделируя на компьютере эти и другие сложные системные заболевания, в том числе COVID-19, ученые создают программный комплекс, который поможет вычислять наиболее подходящую методику диагностики и лечения социально-значимых болезней.

Источник: Pincus, Elizabeth Fischer and Austin Athman, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health

Физики узнали адрес самой загадочной частицы, хранящей тайны Вселенной

Российские ученые подошли к разгадке проблемы, которая в последние годы занимает умы физиков всего мира. Исследовательская группа, которая изучает ядра активных галактик, неожиданно обнаружила, что именно в них рождаются нейтрино высоких энергий – частицы, нарушающие почти все физические законы и позволяющие ответить на ключевые вопросы об устройстве Вселенной.

Нейтрино разных энергий приходят к нам из космоса. Частицы практически ни с чем не взаимодействуют и могут пролететь что угодно и кого угодно насквозь, облетая всю Вселенную. Благодаря этому нейтрино доносят до нас информацию о том объекте, который их породил и испустил. Так, с помощью солнечных нейтрино ученые убедились в том, что в центре Солнца происходят термоядерные реакции. Нейтрино же высоких энергий порождаются только очень быстрыми протонами. То есть нейтрино высоких энергий, которые астрофизики регистрируют на Земле, приносят нам информацию о «космических супер-коллайдерах», ускорителях частиц, в то время как на Земле люди тратят миллиарды денежных знаков, чтобы построить Большой адронный коллайдер и другие мощные ускорители и лучше изучить Вселенную.

Исследователи из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Московского физико-технического института и Института ядерных исследований РАН провели массовый анализ данных о квазарах – ядрах активных галактик. Информацию получали из лучших источников информации: мировых интерферометрических сетей телескопов и российского радиотелескопа РАТАН-600.

В центрах квазаров находятся сверхмассивные черные дыры. Во время падения вещества на черную дыру часть потока частиц выбрасывается наружу и ускоряется. Оставался открытым важнейший вопрос: может ли эта система ускорить массивные протоны, а не только легкие электроны? Чтобы это выяснить, исследователи сравнили данные наблюдений в радиодиапазоне с информацией по нейтрино. Оказалось, что квазары выглядят ярче, если находятся в тех областях на небе, откуда пришли нейтрино. Кроме того, в момент, когда ученые регистрируют нейтрино, они регистрируют и вспышки радиоизлучения от этих квазаров. Так ученые нашли связь между квазарами и нейтрино.

Теперь астрофизики с высокой достоверностью делают вывод, что именно квазары в состоянии ускорить протоны до скоростей света, а они, в свою очередь, породить нейтрино. Сегодня к исследованию квазаров подключили и Байкальский нейтринный телескоп, который под водой «ловит» нейтрино. В будущем нейтрино обещает раскрыть нам информацию о том, что случилось после Большого взрыва, например, как возникли галактики и почему материи в космосе больше антиматерии, хотя после Большого взрыва их было поровну? Кроме того, исследования нейтрино позволят разобраться в том, как же работают космические супер-коллайдеры в квазарах.

Иллюстрация. Телескоп РАТАН-600 помогает разобраться, где рождаются нейтрино. Источник: Дарья Сокол, пресс-служба МФТИ

 

Химики разработали прототипы аккумуляторов для транспорта, которые заменят литий

Ученые представили первые российские прототипы натрий-ионных аккумуляторов, которые обещают стать альтернативой более дорогим литий-ионным аккумуляторам, а также свинец-кислотным аккумуляторам – из-за большей энергоемкости. В случае внедрения этой технологии российским разработчикам не придется закупать за рубежом аккумуляторы для электротранспорта, промышленных роботов и систем хранения энергии.

Натрий находится на шестом месте по распространению в земной коре, к тому же его легко добывать, в отличие от лития, а стоимость его солей примерно в сто раз меньше литиевых. Хотя первые работы в области натрий-ионных аккумуляторов возникли приблизительно тогда же, когда и литиевые, последние отличались более высокой емкостью и мощностью, поэтому ученые и производители сосредоточились на них. Однако исследования, проведенные в последние годы, продемонстрировали возможность получения характеристик натрий-ионных аккумуляторов, почти не уступающих литиевым «конкурентам».

Сотрудники Химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова исследовали множество материалов для катода и анода натрий-ионных аккумуляторов и обнаружили, что многие из них показывают емкости, сравнимые с показателями материалов литий-ионных аккумуляторов, а катионы натрия в них были более подвижными, чем лития.

Кроме того, ученые убедились, что можно заменить тяжелый и дорогой медный токосъемник на более дешевый и легкий алюминиевый, что поможет снизить стоимость аккумуляторов и повысить их безопасность.

Сейчас исследователи оптимизируют составы основных компонентов натрий-ионных аккумуляторов, изучают работоспособность прототипов батарей, их безопасность и морозоустойчивость. Несколько российских химических и энергетических компаний заинтересовались разработкой и выступили в качестве соинвестора проекта.

Презентация первых российских прототипов натрий-ионных аккумуляторов емкостью 500 мАч. Источник: Олег Дрожжин

 

Созданы живые растения, постоянно светящиеся в темноте

В фильме «Аватар» Джеймса Кэмерона изображен фантастический мир с пышной растительностью и завораживающими светящимися джунглями. Но то, что еще недавно казалось фантастикой – светящиеся растения, теперь становится реальностью благодаря современным достижениям в области генетики и биохимии. Международная команда ученых создала растения, свечение которых видно невооруженным глазом. Они в десять раз ярче предшественников. В скором времени светящиеся в темноте декоративные комнатные растения планируется вывести на рынок.

В мире есть множество видов живых существ, которые могут светиться (биолюминесцировать) сами по себе. Сотрудники Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с компанией Планта выяснили, за счет каких химических механизмов светятся грибы, и перенесли необходимую для свечения ДНК в растения. Свечение растений видно невооруженным глазом и не «гаснет» с момента рождения до смерти.

Оказалось, что органическая молекула, необходимая для свечения грибов, используется и растениями для строительства клеточных стенок. Чтобы появился свет, эта молекула, называемая кофейной кислотой, должна пройти через цикл биохимических превращений с участием четырех ферментов. Два фермента превращают кофейную кислоту в более сложную молекулу, которая затем окисляется третьим ферментом с испусканием фотона. Еще один фермент превращает продукт реакции обратно в кофейную кислоту, замыкая цикл.

В растениях кофейная кислота – строительный блок лигнина, ответственный за механическую прочность клеточных стенок, то есть часть биомассы растений. Помимо этого, кофейная кислота также необходима для синтеза пигментов, летучих соединений и антиоксидантов. Таким образом, свечение и обмен веществ растений тесно связаны, и потому свечение может отражать физиологический статус растений и их реакцию на окружающую среду.

Ученые «научили» светиться пока только растения табака, но дальше планируют расширить линейку растений и через пару лет вывести их на рынок.

Источник: Planta & Light Bio

Действие старых антибиотиков усилили так, что бактерии потеряли устойчивость к ним

Слишком активное использование антибиотиков привело к устойчивости бактерий к ним. Один из способов ее преодоления – поиск новых антибиотиков. Но российские ученые предлагают новаторский подход – вместе со старыми антибиотиками использовать подавители (ингибиторы) ферментов, защищающих бактерии от внешней угрозы, в том числе от антибиотиков. Эксперименты на бактериях подтвердили перспективность этой стратегии. Если она войдет в практику, отпадет необходимость создавать новые антибиотики, расходуя на это много денег и времени.

В нашем организме есть сероводород, который, как азот и углерод, регулирует кровяное давление, оказывает противовоспалительное действие при инфекциях и делает многое другое. В клетках бактерий тоже производится сероводород, который, как ранее показали российские ученые, защищает клетки от гибели и делает их устойчивыми к антимикробным препаратам. Эта устойчивость приводит к сложностям в медицине и сельском хозяйстве и становится одной из ключевых проблем человечества сегодня.

Зная это, сотрудники Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН нашли ингибиторы (подавители) бактериальных ферментов, ответственных за синтез сероводорода. Кроме того, они нашли новые мишени бактерий, на которые можно нацелить будущие антимикробные препараты – ферменты, вовлеченные в синтез клеточной оболочки бактерий. Искусственно синтезированные ингибиторы этих двух групп ферментов, как показали эксперименты, делают бактерии уязвимыми к существующим антибиотикам.

Применение таких ингибиторов повысит эффективность действия широкого круга антибиотиков в лечении бактериальных инфекций.

Источник: healthline.com

 

Протестирован препарат для персонифицированной генной терапии на основе клеток крови пациента

Российские ученые разработали и протестировали на животных новый препарат для восстановления спинного мозга после травм. Средство на основе клеток крови пациента и терапевтических генов человека готово к началу масштабных доклинических испытаний.

Все большую популярность при лечении болезней приобретает генная терапия: введение в организм «здорового» генетического материала, способного возместить дефекты ДНК в клетках пациента или придать клеткам новые свойства. Чтобы успешно и безопасно доставить ДНК, ученые применяют белые кровяные клетки – лейкоциты, которые легко можно получить из крови самого пациента.

Недавно сотрудники Казанского государственного медицинского университета разработали простой, безопасный и экономичный способ получения белых кровяных телец, обогащенных искусственным генетическим материалом. Для этого из цельной крови пациента отделяют лейкоциты, используя специальный крахмал. Затем к лейкоцитам добавляют терапевтический ген или комбинацию генов в составе неопасного вирусного вектора, доставляющего терапевтические гены в лейкоциты. На следующие сутки полученный препарат может быть введен обратно пациенту в кровь. Такая методика обладает несколькими преимуществами: лейкоциты легко перемещаются по кровяному руслу и проникают в разные ткани, не вызывая иммунный ответ. Генетический материал, который они транспортируют, обеспечит производство полезных для пациента белков.

Технология показала эффективность на крысах и мини-свиньях, теперь ученые готовы приступить к масштабным доклиническим испытаниям препарата.

В будущем использование технологии позволит людям справиться с последствиями инсульта, нейротравм и дегенеративных заболеваний нервной системы, корректировать нарушения свертываемости крови, стимулировать рост кровеносных сосудов при инфаркте, увеличить скорость регенерации костной ткани и не только – в зависимости от тех терапевтических генов, которые будут нести лейкоциты.

    Схема получения и применения генетически модифицированного лейкоконцентрата – препарата, который разработали и запатентовали ученые Казанского государственного медицинского университета. Источник: Рустем Исламов

Найденные у растений белки помогут создать более питательные и гипоаллергенные сорта

Диабет 2 типа, болезнь Альцгеймера и целый ряд других заболеваний связаны с аномальным образованием белков амилоидов. Однако у человека, животных, грибов и бактерий есть и амилоиды, участвующие в жизненно важных процессах в клетке. Недавно российские ученые впервые обнаружили подобные белки у растений и выяснили, что они отвечают за «консервацию» питательных веществ внутри семян. Это открытие может помочь создать сорта бобовых с менее аллергенными семенами. Уже сейчас исследователи работают над созданием более питательных сортов растений, у которых амилоидов меньше.

Так, один из самых сильных пищевых аллергенов для человека – вицилин. Он есть у разных бобовых, в том числе арахиса и гороха. В своем исследовании сотрудники ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, СПбГУ, Института цитологии РАН, Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Казанского федерального университета вместе с французскими коллегами показали, что именно этот белок образует большую часть амилоидов в семенах гороха, что может объяснять их аллергенные свойства. Амилоиды крайне стабильны: они сохраняются при консервировании семян и их термической обработке. При этом растениям, в свою очередь, амилоиды нужны для питания и защиты от патогенов. Экстремальная стабильность амилоидов также объясняет способность семян переживать разные неблагоприятные условия и прорастать спустя долгие годы.

Еще одно возможное прикладное значение этой работы — создание в будущем культур растений со сверхпитательными семенами. Эксперименты ученых in vitro (в пробирке) показали, что млекопитающие не способны полностью переваривать растительные амилоиды — их не могут расщепить пищеварительные ферменты. Амилоиды значительно ухудшают пищевую ценность семян, поэтому важно понять, каким образом можно снизить образование амилоидов в семенах растений, чтобы получить сорта с бóльшим количеством обычных белков. Такие культуры могут стать для человека особенно полезными и питательными.

В перспективе изучение молекулярных механизмов образования амилоидов в семенах, которое ведется сейчас, поможет создать более питательные сорта различных растений, включая горох и арахис.

Исследователи уже начали работу по созданию сортов растений с меньшим количеством амилоидов.

Колокализация сигнала антител против вицилина (красный) с амилоид-специфичным красителем тиофлавином-Т (зеленый) на криосрезах семян гороха. Колокализация показана желтым цветом. Источник: Antonets et al., PLOS Biology, 2020

 

Разработана масштабная модель для изучения климата и предсказания погоды

Ученые создали уникальный трехмерный массив данных о состоянии атмосферы в Северной Атлантике за последние 40 лет. Модель, на основе которой был создан этот массив, позволяет с высоким разрешением воспроизвести около 200 основных параметров атмосферы, что дает возможность наблюдать экстремальные атмосферные явления, такие как грозы и тайфуны, и оценить их роль в глобальной климатической системе Земли. Ученые планируют «расширять географию» своей модели, чтобы такие явления можно было изучать во всем мире, и даже прогнозировать погоду, причем на более долгий срок, чем сейчас.

Последние несколько десятилетий предсказывать погоду, изучать климат и его изменения помогает численное моделирование. Глобальные модели общей циркуляции атмосферы и океана покрывают всю планету «сетью», в каждом узле которой известны параметры — давление, температура, влажность воздуха, скорость ветра и другие. Они позволяют изучать события прошлого и делать прогнозы будущего.

Но эти модели не показывают мелкомасштабные явления, которые, тем не менее, вносят существенный вклад в динамику как атмосферы, так и океана. Для их изучения приходится строить отдельные местные «карты». Новая модель сотрудников Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН и их зарубежных коллег преодолевает эту преграду и видит все события в океане – пространственное разрешение достигает 14 километров, что позволяет «засечь» небольшие циклоны, интенсивные атмосферные фронты, ливни, тайфуны и др.

Данные позволяют анализировать около 200 параметров поверхности и свободной атмосферы — давление, температуру, влажность воздуха, электрические показатели и другие — каждые 3 часа за период с 1979 по настоящее время.

Чтобы построить такую модель, использовали базу данных атмосферных реанализов — объединенных наблюдений за атмосферой, собранных со спутников, самолетов, наземных и водных метеостанций всего мира.

Сейчас модель показывает ситуацию над Северной Атлантикой за последние 40+ лет. Этот регион считается «кухней погоды» для всего Северного полушария, а процессы, происходящие на границе океана и атмосферы, влияют в том числе на климат над континентами. Однако в будущем ученые планируют «расширять географию» своей модели и детально изучать вклад ценных для прогнозирования локальных процессов взаимодействия океана и атмосферы в формировании климата Земли.

Авторы работы. Источник: Наталья Тилинина

 

Археологи впервые провели масштабный анализ жизни древнего человека на Кавказе

Ученые впервые исследовали две из трех известных стоянок древнего человека финала эпохи древнекаменного века на территории Центрального Кавказа, где пролегал важный миграционный путь к просторам северной Евразии. Именно тогда, 10–12 тысяч лет назад, стали появляться люди современного типа, которые начали использовать в быту новые технологии. Исследователи установили, что проживавшие в Приэльбрусье первобытные охотники перемещались на большие расстояния и применяли новые технологии обработки кости и камня. Эта информация существенно дополнила наши знания о развитии культуры той эпохи.

Сотрудники АНО «Лаборатория доистории» изучили две стоянки: навес Псытуаже и грот Сосруко.

В Приэльбрусье расположено месторождение обсидиана. Это вулканическое стекло высоко ценилось в палеолите, изделия из него поступали в соседние регионы Кавказа. Обсидиан активно использовался обитателями навеса Псытуже и грота Сосруко, которые расположены от месторождения на расстоянии до 30 км.

Чтобы определить возраст находок (в первую очередь, костей), ученые обратились к радиоуглеродному анализу – изучению остатков изотопов углерода, которые откладываются на протяжении жизни живых существ и сохраняются после смерти. Так стало ясно, что 15 тысяч лет назад в этом районе преобладал лесостепной и сухой климат. Древний человек охотился на дикого кабана. Позже, 12–10 тысяч лет назад в гроте была стоянка собирателей раковин, многие из которых обожжены, что говорит о том, что древний человек употреблял их в пищу. Обитатели навеса охотились на оленя и горного тура.

Орудия для охоты (микролиты) появились в Приэльбрусье раньше, чем предполагалось. Новые исследования свидетельствуют, что в финале древнекаменного века происходят существенные изменения в технологиях обработки обсидиана и кремня, появляются новые виды охотничьего вооружения.

Теперь археологам предстоит изучить периоды похолодания на Кавказе, которые привели к появлению одежды, жилищ и других новаций в культуре человека.

 

Вид на раскоп и разрез отложений в гроте Сосруко. Источник: авторы статьи

Сенсор определил болезнь легких быстрее, чем существующие методы детекции

Ученые создали компактную сенсорную систему, которая может анализировать выдыхаемый воздух и выявлять болезни дыхательных путей и органов. В экспериментах система с высокой точностью определила больных с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) — воспалительным заболеванием дыхательных путей, которое повышает риск осложнений при заражении COVID-19. Сейчас исследователи оптимизируют разработку, чтобы сделать ее более функциональной и расширить круг детектируемых веществ.

Хроническая обструктивная болезнь легких развивается в слизистых бронхов в ответ на патогенные внешние факторы и приводит к негативному изменению функций органов дыхательных путей. Методики выявления этого заболевания сложные и занимают много времени, что неразрывно связано с угрозой здоровью пациента. Обычные методы для анализа дыхания, например газовая хроматография и масс-спектроскопия, дорогостоящие и трудоемкие, поэтому требуются новые подходы, отличающиеся низкой стоимостью и быстротой тестирования.

Сенсорная система сотрудников Московского института электронной техники и их зарубежных коллег создана на основе модифицированных углеродных нанотрубок, из которых можно изготовить гибкие и эластичные проводящие пленки. Главная задача разработки – имитировать систему обоняния живых существ.

В исследовании эффективности новой системы участвовали 12 больных с ХОБЛ и 9 здоровых людей в соответствии с правилами клинических испытаний. Система обнаружила всех людей с хронической болезнью легких, уловив у них повышенную концентрацию выдыхаемого диоксида азота. Содержание газа составляет менее одной молекулы на миллион молекул выдыхаемого воздуха, что говорит о высокой чувствительности разработанных сенсоров.

Сегодня ученые стремятся сделать разработку более компактной, а также обучить ее распознавать больше веществ.

Плата матрицы электронного носа из восьми датчиков. Источник: Sonia Freddi et al / Advanced Healthcare Materials, 2020

“ОЖИДАЕМЫЕ” И “НЕОЖИДАЕМЫЕ” ОТКРЫТИЯ | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

‹

›

АНКЕТА “ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА”

1. Охарактеризуйте, пожалуйста, состояние области науки, в которой вы работаете, каким оно было примерно 20 лет назад? Какие тогда проводились исследования, какие научные результаты явились самыми значительными? Какие из них не потеряли актуальности на сегодняшний день (что осталось в фундаменте здания современной науки)?

2. Охарактеризуйте сегодняшнее состояние той области науки и техники, в которой вы трудитесь. Какие работы последних лет вы считаете самыми главными, имеющими принципиальное значение?

3. На какие рубежи выйдет ваша область науки через 20 лет? Какие кардинальные проблемы, по-вашему, могут быть решены, какие задачи будут волновать исследователей в конце первой четверти XXI века?

Двадцать лет назад, празднуя пятидесятилетний юбилей журнала (он был основан в 1890 году, возобновлен в 1934-м), редакция обратилась к авторам с просьбой ответить на короткую анкету “Вчера, сегодня, завтра”, имея в виду проблемы науки, ее достижения и перспективы на будущее. В этом году, отмечая семидесятилетие, мы повторили анкету, обозначив ее формулой “±20” (см. “Наука и жизнь” № 9, 2004 г. ). Публикуем первые ответы на нее.

Я уже много лет связан с “Наукой и жизнью” и рад, что журнал, несмотря на трудные времена, сохранил известное влияние и продолжает приносить пользу. Поэтому решил откликнуться на просьбу ответить на анкету. Точнее, сделаю несколько замечаний в связи с анкетой. Дело в том, что область науки, которой я занимаюсь, это физика и астрономия. Очевидно, для того чтобы выполнить просьбу редакции и охарактеризовать состояние этой области 20 лет назад и теперь, нужно написать целую книгу или по крайней мере большую статью. Частично я это уже сделал. Конкретно, посмотрите первую статью в моей книге “О науке, о себе и о других” (М.: Физматлит, 2003), которая, кстати, в свое время нашла некоторое отражение и на страницах “Науки и жизни” (см. № 11, 12, 1999 г. – Прим. ред.). Итак, сделаю лишь несколько замечаний.

Самые крупные или, точнее, важные в принципиальном отношении достижения в области физики и астрономии за последние несколько лет (скажем, несколько округляя, за 10 лет), это обнаружение того факта, что космические гамма-всплески, о которых впервые сообщили в печати в 1973 году, в основном генерируются очень далеко во Вселенной (как говорят, на космологических расстояниях). По-видимому, источником этих всплесков являются в большинстве случаев очень мощные сверхновые звезды или, правильнее сказать, вспышки этих звезд. Второе достижение – это доказательство существования нейтринных осцилляций и тем самым того факта, что по крайней мере один из трех видов известных нейтрино (речь идет об электронном, мюонном и тау-нейтрино) имеет отличную от нуля массу покоя (см. “Наука и жизнь” № 3, 2002 г. – Прим. ред.). Третье открытие – обнаружение так называемой “темной энергии” во Вселенной, причем плотность материи, связанной с этой “темной энергией” в космическом пространстве, в настоящее время в 15-20 раз выше плотности барионной материи (см. “Наука и жизнь” № 3, 2004 г. – Прим. ред.). Конечно, за последнее десятилетие в физике и астрономии сделано и многое другое, но упомянутые три открытия особенно важны и принципиальны. Должен также пояснить, что в области физики элементарных частиц (или, по другой терминологии, физики высоких энергий) в последние годы наблюдается некоторое затишье, что связано в основном с отсутствием новых ускорителей. Сейчас в ЦЕРНе (Швейцария) строится Большой адронный коллайдер (LHC), в котором будут сталкиваться встречные пучки протонов с энергией 7 Тэв. Можно надеяться, что этот ускоритель вступит в строй в 2007 или 2008 году. Есть шанс с его помощью обнаружить новые, пока еще гипотетические частицы (так называемые суперсимметричные частицы, а также бозоны хиггса). Но, конечно, нет гарантии, что эти частицы существуют в природе и тем более рождаются при энергиях, которые будут достигнуты на новом ускорителе (см. “Наука и жизнь” № 1, 1996 г. – Прим. ред.). Это, так сказать, “ожидаемые открытия”. Разумеется, возможны и какие-нибудь “неожидаемые” открытия, и тогда, если они произойдут, физика элементарных частиц снова выйдет на передний план.

В области более прозаической физики тоже, несомненно, будет сделано немало. По моему мнению, самым интересным и важным было бы создание или обнаружение комнатнотемпературных сверхпроводников (КТСП). Напомню, что сверхпроводимость открыта (на примере ртути с критической температурой Т_с ≈ 4 К)* в 1911 году. Постепенно открывали (и получали) сверхпроводники со все более высокими значениями Т_с. Так, в 1973 году добрались до материала Nb₃Ge c T_c ≈ 24 К. Начиная с 1964 года интенсивно велись поиски так называемых высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), для которых Т_с > Т_N2 = 77,4 К (это температура кипения жидкого азота при атмосферном давлении). Поиски увенчались успехом в 1987 году. В настоящее время ВТСП уже все шире применяются в технике, несмотря на то, что соответствующие материалы (купраты) трудно использовать для получения проволоки. Кстати, до сих пор, несмотря на огромные усилия, механизм сверхпроводимости в купратах еще как следует не выяснен.

Наивысшее достигнутое уже несколько лет назад значение Тс для купратов составляет 135 К (под большим давлением получено даже значение 164 К). Но вот можно ли получить сверхпроводник с Т_с ~ 300 К ~ 10-20°С (это и была бы КТСП)? Совершенно неясно. Можно только сказать, что физикам в настоящее время неизвестен запрет на создание КТСП. Вместе с тем есть опасения, что при комнатных температурах создание сверхпроводников не в каких-то экзотических условиях (скажем, не при высоких давлениях и, конкретно, не для металлического водорода) все же очень затруднительно, а в принципе и невозможно. Тем интереснее! Я ждал создания ВТСП целых 22 года и дождался, хотя перспективы их получения были аналогичны тем, которые сегодня касаются КТСП. Но, поскольку мне уже 88 лет, считаю очень маловероятным, что дождусь создания КТСП, даже если это вообще когда-нибудь произойдет. У читателей “Науки и жизни” шансов услышать о создании КТСП уже, как мне кажется, немало. В любом случае они в ближайшее десятилетие узнают об очень многих важных и интересных достижениях в области физики и астрономии. А в области биологии и медицины можно ожидать даже еще бо’льших успехов. Те, кто этого не понимает, просто слепы и глухи. К счастью, от такой слепоты и глухоты жизнь поможет излечиться.

19 сентября 2004 г.

* Проводник сверхпроводит лишь при температуре Т с. При Т > Т_с уже появляется сопротивление.

10 научных открытий, которые звучат как фантастика » BigPicture.ru

Пришло время в очередной раз присесть, сложить руки, глубоко вздохнуть и посмотреть на некоторые из заголовков научных статей, на которые мы, возможно, ранее не обращали внимания. Ученые постоянно создают какие-то новые разработки в различных областях, таких как нанотехнологии, генная терапия или квантовая физика, и это всегда открывает новые горизонты.

Заголовки научных статей все больше напоминают названия рассказов из научно-фантастических журналов.

Спонсор поста: http://www.esmedia.ru/plazma.php: Аренда плазменных панелей. Недорого.

Ученые создали темпоральные кристаллы, для которых не действуют законы симметрии времени

Согласно первому закону термодинамики, создание вечного двигателя, который будет работать без дополнительного источника энергии, невозможно. Однако в начале этого года физикам удалось создать конструкции, называемые темпоральными кристаллами, которые ставят этот тезис под сомнение.

Темпоральные кристаллы выступают в качестве первых реальных примеров нового состояния материи, называемого «неравновесным», в котором атомы имеют переменную температуру и никогда не находятся в тепловом равновесии друг с другом. Темпоральные кристаллы имеют атомную структуру, которая повторяется не только в пространстве, но и во времени, что позволяет им поддерживать постоянные колебания без получения энергии. Это происходит даже в стационарном состоянии, которое является самым низшим энергетическим состоянием, когда движение теоретически невозможно, поскольку оно требует затрат энергии.

Так что же, кристаллы времени нарушают законы физики? Строго говоря, нет. Закон сохранения энергии работает только в системах с симметрией во времени, которая подразумевает, что законы физики одинаковы везде и всегда. Однако темпоральные кристаллы нарушают законы симметрии времени и пространства. И не только они. Магниты тоже иногда считаются природными асимметричными объектами, потому что у них есть северный и южный полюса.

Еще одна причина, по которой темпоральные кристаллы не нарушают законов термодинамики, заключается в том, что они не полностью изолированы. Иногда их нужно «подталкивать» — то есть давать внешний импульс, после получения которого они уже начнут менять свои состояния снова и снова. Возможно, что в будущем эти кристаллы найдут широкое применение в области передачи и хранения информации в квантовых системах. Они могут сыграть решающую роль в квантовых вычислениях.

«Живые» крылья стрекозы

В энциклопедии Merriam-Webster говорится, что крыло — это подвижный придаток из перьев или мембраны, используемый птицами, насекомыми и летучими мышами для полета. Оно не должно быть живым, но энтомологи из Кильского университета в Германии сделали несколько потрясающих открытий, которые говорят об обратном — по крайней мере относительно некоторых стрекоз.

Насекомые дышат с помощью трахейной системы. Воздух проникает в организм через отверстия, называемые дыхальцами. Затем он проходит через сложную сеть трахей, которые доставляют воздух ко всем клеткам тела. Однако сами крылья состоят почти полностью из мертвой ткани, которая высыхает и становится полупрозрачной либо покрывается цветными узорами. Области мертвой ткани пронизывают прожилки, и это единственные компоненты крыла, являющиеся частью дыхательной системы.

Однако когда энтомолог Рейнер Гильермо Феррейра посмотрел на крыло самца стрекозы Zenithoptera через электронный микроскоп, он увидел крошечные ветвистые трахейные трубки. Это был первый случай, когда нечто подобное было замечено в крыле насекомого. Для определения того, является ли эта физиологическая особенность свойственной только этому виду или, возможно, встречается и у других стрекоз или даже у других насекомых, потребуется много исследований. Возможно даже, что это единичная мутация. Наличие обильных запасов кислорода может объяснить яркие сложные синие узоры, свойственные крыльям стрекозы Zenithoptera, которые не содержат синего пигмента.

Древний клещ с кровью динозавра внутри

Мы часто находим удивительные вещи, сохранившиеся внутри янтаря, но этот год преподнес нам суперприз. Ученые из Мьянмы обнаружили кусочки янтаря, которым 99 миллионов лет, и внутри них содержались паразиты, подобные современным клещам. Один из них запутался в пере динозавра, еще двое были найдены в кусочке гнезда динозавра, а четвертый оказался заполненным кровью динозавров внутри.

Конечно, это заставило людей сразу подумать о сценарии из «Парка юрского периода» и о возможности использования крови, чтобы воссоздать динозавров. К сожалению, в ближайшее время этого не случится, потому что извлечь образцы ДНК из найденных кусочков янтаря невозможно. Дискуссии о том, как долго может продержаться молекула ДНК, все еще не окончены, но даже по самым оптимистичным оценкам и в самых оптимальных условиях срок их жизни не более нескольких миллионов лет.

Но, хотя клещ, названный Deinocrotondraculi («Ужасный Дракула»), и не помог восстановить динозавров, он все равно остается крайне необычной находкой. Теперь мы знаем не только то, что у пернатых динозавров водились древние клещи, но и то, что они заражали даже гнезда динозавров.

Модификация генов взрослого человека

На сегодняшний день вершиной генной терапии являются «короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами», или CRISPR (от английского clustered regularly interspaced short palindromic repeats). Семейство последовательностей ДНК, которые в настоящее время составляют основу технологии CRISPR-Cas9, теоретически может навсегда изменить ДНК человека.

В 2017 году генная инженерия сделала решительный рывок вперед — после того как команда из Протеомического исследовательского центра в Пекине объявила, что успешно использовала CRISPR-Cas9 для устранения болезнетворных мутаций жизнеспособных человеческих эмбрионов. Другая команда, из лондонского Института Фрэнсиса Крика, прошла противоположный путь и впервые использовала эту технологию для преднамеренного создания мутаций в человеческих эмбрионах. В частности, они «отключили» ген, способствующий развитию эмбрионов в бластоцисты.

Исследования показали, что технология CRISPR-Cas9 работает — и довольно успешно. Однако это вызвало активные этические дебаты о том, насколько далеко можно заходить в использовании этой технологии. Теоретически это может привести к «дизайнерским детям», которые могут обладать интеллектуальными, спортивными и физическими характеристиками в соответствии с характеристиками, заданными родителями.

Отбросив этику в сторону, в ноябре этого года исследования зашли еще дальше, когда CRISPR-Cas9 впервые испытали на взрослом человеке. 44-летний Брэд Мадду из Калифорнии страдает синдромом Хантера, неизлечимой болезнью, которая в конечном итоге может привести его к инвалидному креслу. Ему вводили миллиарды копий корректирующего гена. Пройдет несколько месяцев, прежде чем можно будет определить, оказалась ли процедура успешной.

Что было раньше — губка или гребневики?

Новый научный отчет, который был опубликован в 2017 году, должен раз и навсегда положить конец давней дискуссии о происхождении животных. Согласно исследованию, губки являются «сестрами» всех животных в мире. Это связано с тем, что губки были первой группой, которая отделилась в процессе эволюции от примитивного общего предка всех животных. Это произошло примерно 750 миллионов лет назад.

Ранее велись горячие дебаты, которые сводились к двум основным кандидатам: вышеупомянутым губкам и морским беспозвоночным под названием гребневики. В то время как губки — простейшие существа, которые сидят на дне океана и питаются, пропуская и отфильтровывая воду через свой организм, гребневики более сложные. Они напоминают медузу, способны двигаться в воде, могут создавать световые узоры и имеют простейшую нервную систему. Вопрос о том, кто из них был первым, — это вопрос о том, как выглядел наш общий предок. Это считается важнейшим моментом в отслеживании истории нашей эволюции.

Хотя результаты исследования смело провозглашают, что вопрос урегулирован, всего за несколько месяцев до этого было опубликовано другое исследование, в котором говорилось, что нашими эволюционными «сестрами» являются гребневики. Следовательно, еще слишком рано говорить о том, что последние результаты можно считать достаточно надежными, чтобы подавить любые сомнения.

Еноты прошли древний тест на интеллект

В шестом веке до нашей эры древнегреческий писатель Эзоп написал или же насобирал множество басен, которые в наше время известны как «Басни Эзопа». Среди них была басня под названием «Ворона и кувшин», в которой описывается, как хотевшая пить ворона бросала в кувшин камешки, чтобы поднять уровень воды и наконец напиться.

Несколько тысяч лет спустя ученые поняли, что эта басня описывает хороший способ тестирования интеллекта животных. Эксперименты показали, что подопытные животные понимали причину и следствие. Вороны, как и их сородичи, грачи и сойки, подтвердили истинность басни. Обезьяны также прошли этот тест, кроме того, в этом году к списку добавились и еноты.

Во время теста по басне Эзопа восемь енотов получили емкости с водой, на поверхности которой плавал зефир. Уровень воды был слишком низким, чтобы его достать. Двое из испытуемых успешно набросали в емкость камней, чтобы поднять уровень воды и получить желаемое.

Другие подопытные нашли свои собственные креативные решения, которых исследователи никак не ожидали. Один из енотов, вместо того, чтобы бросать в емкость камни, взобрался на емкость и начал раскачиваться на ней из стороны в сторону, пока не опрокинул. В другом тесте, с использованием вместо камней плавающих и тонущих шариков, эксперты надеялись, что еноты будут использовать тонущие шарики и отбрасывать плавающие. Вместо этого некоторые животные стали многократно окунать в воду плавающий шарик, пока поднявшаяся волна не прибила кусочки зефира к борту, что облегчило их извлечение.

Физики создали первый топологический лазер

Физики из Калифорнийского университета в Сан-Диего утверждают, что создали новый тип лазера — «топологический», луч которого может принимать любую сложную форму без рассеивания света. Устройство работает на основе концепции топологических изоляторов (материалов, которые внутри своего объема являются диэлектриками, но проводят ток по поверхности), которая получила Нобелевскую премию по физике в 2016 году.

Обычно в лазерах для усиления света используются кольцевые резонаторы. Они более эффективны, чем резонаторы с острыми углами. Однако на этот раз исследовательская группа создала топологическую полость с использованием фотонного кристалла в качестве зеркала. В частности, были использованы два фотонных кристалла с различными топологиями, один из которых являлся звездообразной ячейкой в квадратной решетке, а другой — треугольной решеткой с цилиндрическими воздушными отверстиями. Член команды Бубакар Канте сравнил их с бубликом и кренделем: хотя они оба — хлеб с отверстиями, различное количество отверстий делает их различными.

Как только кристаллы попадают в нужное место, луч принимает желаемую форму. Управляется эта система с помощью магнитного поля. Оно позволяет менять направление, в котором излучается свет, тем самым создавая световой поток. Непосредственное практическое применение этого способно увеличить скорость оптической связи. Однако в перспективе это рассматривается как шаг вперед в создании оптических компьютеров.

Ученые открыли экситониум

Физики всего мира с большим энтузиазмом отнеслись к открытию новой формы материи, названной экситониум. Эта форма представляет собой конденсат из квазичастиц, экситонов, которые являются связанным состоянием свободного электрона и электронной дырки, которая образовывается в результате того, что молекула потеряла электрон. Более того, физик-теоретик из Гарварда Берт Гальперин предсказал существование экситониума еще в 1960-х годах, и с тех пор ученые пытались доказать его правоту (или ошибку).

Подобно многим крупным научным открытиям, и в этом открытии была изрядная доля случайности. Команда исследователей из Университета штата Иллинойс, которая обнаружила экситониум, на самом деле осваивала новую технологию, называемую спектроскопией потерь энергии в электронном потоке (M-EELS), — созданную специально для идентификации экситонов. Однако открытие состоялось, когда исследователи проводили всего лишь калибровочные тесты. Один член команды вошел в комнату, пока все остальные смотрели на экраны. Они сказали, что зафиксировали «легкий плазмон», предшественник экситонной конденсации.

Руководитель исследования профессор Питер Аббамонт сравнил это открытие с бозоном Хиггса — оно не будет иметь непосредственного использования в реальной жизни, но показывает, что наше нынешнее понимание квантовой механики находится на правильном пути.

Ученые создали нанороботов, которые убивают рак

Исследователи из Университета Дарема утверждают, что создали нанороботов, которые способны выявить раковые клетки и убить их всего за 60 секунд. В ходе увенчавшегося успехом испытания, проведенного в университете, крошечным роботам потребовалось от одной до трех минут, чтобы проникнуть через наружную мембрану в раковую клетку простаты и немедленно уничтожить ее.

Нанороботы в 50 000 раз меньше диаметра человеческого волоса. Они активируются светом и вращаются со скоростью от двух до трех миллионов оборотов в секунду, чтобы получить возможность проникнуть через оболочку клетки. Когда они достигают своей цели, то могут либо уничтожить ее, либо внедрить в нее полезный терапевтический агент.

До сих пор нанороботы испытывались только на отдельных клетках, но обнадеживающие результаты побудили ученых перейти к опытам на микроорганизмах и мелких рыбешках. Дальнейшая цель — перейти к грызунам, а затем и к людям.

Межзвездный астероид может быть инопланетным космическим аппаратом

Прошла всего пара месяцев с тех пор, как астрономы радостно объявили об открытии первого межзвездного объекта, пролетающего через Солнечную систему, астероида под названием Оумуамуа. С тех пор они наблюдали много странных вещей, происходивших с этим небесным телом. Иногда оно вело себя так необычно, что ученые считают — объект может оказаться космическим кораблем инопланетян.

Прежде всего настораживает его форма. Оумуамуа имеет форму сигары с отношением длины к диаметру как десять к одному, чего ни разу не видели ни в одном из наблюдаемых астероидов. Сначала ученые подумали, что это комета, но затем поняли, что это не так, потому что объект не оставлял за собой хвоста по мере приближения к Солнцу. Более того, некоторые эксперты утверждают, что скорость вращения объекта должна была развалить любой нормальный астероид. Складывается впечатление, что он был специально создан для межзвездных путешествий.

Но если он создан искусственно, то что это может быть? Одни говорят, что это инопланетный зонд, другие считают, что это может быть космический корабль, двигатели которого пришли в неисправность, и теперь он плывет через космос. В любом случае участники таких программ, как SETI и BreakthroughListen, считают, что Оумуамуа требует дальнейшего исследования, поэтому нацеливают на него свои телескопы и прослушивают любые радиосигналы.

Пока гипотеза об инопланетянах никак не подтвердилась, первоначальные наблюдения SETI ни к чему не привели. Многие исследователи по-прежнему пессимистично оценивают шансы, что объект может быть создан инопланетянами, но в любом случае исследования будут продолжены.

Смотрите также: Ученые нашли самое старое животное на земле: этой полярной акуле уже 512 лет

А вы знали, что у нас есть Instagram и Telegram?

Подписывайтесь, если вы ценитель красивых фото и интересных историй!

Страница не найдена – Портал Продуктов Группы РСС

Сообщите нам свой адрес электронной почты, чтобы подписаться на рассылку новостного бюллетеня. Предоставление адреса электронной почты является добровольным, но, если Вы этого не сделаете, мы не сможем отправить Вам информационный бюллетень. Администратором Ваших персональных данных является Акционерное Общество PCC Rokita, находящееся в Бжег-Дольном (ул. Сенкевича 4, 56-120 Бжег-Дольный, Польша ). Вы можете связаться с нашим инспектором по защите личных данных по электронной почте: .

Мы обрабатываем Ваши данные для того, чтобы отправить Вам информационный бюллетень – основанием для обработки является реализация нашей законодательно обоснованной заинтересованности или законодательно обоснованная заинтересованность третьей стороны – непосредственный маркетинг наших продуктов / продуктов группы PCC .

Как правило, Ваши данные мы будем обрабатывать до окончания нашего с Вами общения или же до момента, пока Вы не выразите свои возражения, либо если правовые нормы будут обязывать нас продолжать обработку этих данных, либо мы будем сохранять их дольше в случае потенциальных претензий, до истечения срока их хранения, регулируемого законом, в частности Гражданским кодексом.

В любое время Вы имеете право:

• выразить возражение против обработки Ваших данных;
• иметь доступ к Вашим данным и востребовать их копии;
• запросить исправление, ограничение обработки или удаление Ваших данных;
• передать Ваши персональные данные, например другому администратору, за исключением тех случаев, если их обработка регулируется законом и находится в интересах администратора;
• подать жалобу Президенту Управления по защите личных данных.

Получателями Ваших данных могут быть компании, которые поддерживают нас в общении с Вами и помогают нам в ведении веб-сайта, внешние консалтинговые компании (такие как юридические, маркетинговые и бухгалтерские) или внешние специалисты в области IT, включая компанию Группы PCC .

Больше о том, как мы обрабатываем Ваши данные Вы можете узнать из нашего Полиса конфиденциальности.

GISMETEO: Научные открытия 2021 года, которые могут стать сенсацией – Наука и космос

Открытия 2021 года в области физики, космоса, происхождения жизни могут перевернуть научные представления, если будут полностью доказаны.

Антизвезды

Современная космология утверждает, что большая часть антивещества во Вселенной давно разрушилась. Однако за десятилетие наблюдений астрономы обнаружили 14 объектов, гамма-излучение которых имеет характерные для антизвезд энергии, вырабатываемые при взаимодействии вещества и антивещества. Это интригующее открытие доказать будет сложно, так как свет от таких звезд, за исключением гамма-спектра, не отличается от света обычных.

Скрытые частицы

Во время лабораторного эксперимента огромный магнит окружили миллиардом мюонов, неустойчивых элементарных частиц с отрицательным зарядом. Скорость колебания ориентации магнитных полюсов мюонов не совпала с тем, что предсказывают существующие теории. Ученые полагают, что в процесс вмешались скрытые частицы, повлиявшие на магнитные свойства мюонов. Бросающее вызов традиционной физической модели открытие пока что требует больше данных.

Кривизна Вселенной

Гигантская дуга из галактик, охватывающая более трех миллиардов световых лет, которую обнаружили ученые, противоречит теории равномерного распределения материи во Вселенной. Для человеческого глаза дуга невидима, и вывод о ее наличии был сделан на основе анализа 40 тысяч квазаров — ярких галактических ядер, что заставляет скептиков сомневаться в ее существовании.

© A. LOPEZ

Раннее прибытие человека

Рядом с ископаемыми останками животных, найденных в мексиканской пещере прошлой весной, ученые нашли заостренные камни, похожие на инструменты человека. Возраст ископаемых от 33 000 до 28 000 лет, и это означает, что прибытие людей в Америку произошло на более чем 15 000 лет раньше, чем считалось. Кроме того, в Нью-Мексико были обнаружены окаменелые человеческие следы возрастом от 23 000 до 21 000 лет. Если датировка будет подтверждена, то окажется, что люди жили в Северной Америке в разгар последнего ледникового периода.

© DAVID BUSTOS/NATIONAL PARK SERVICE, BOURNEMOUTH UNIV.

Древнейшие окаменелости животных

Обнаружение крохотных трубочек в породах возрастом 890 миллионов лет может сдвинуть дату происхождения животных на 350 миллионов лет, если подтвердится, что они принадлежат морским губкам. Считается, что в периоде, о котором идет речь, не было жизни, так как в атмосфере не хватало кислорода.

© E.C. TURNER/NATURE 2021

Внегалактическая планета

Астрономы сообщили об обнаружении первой планеты за пределами Млечного Пути, которая находится в другой галактике (Водоворот), удаленной от нас на 28 миллионов световых лет. В случае с такими далекими экзопланетами традиционные методы поиска не работают, поэтому был использован поиск по рентгеновскому излучению двойной звездной системы. Вывод о присутствии планеты делается на основе наблюдений за этим рентгеновским изучением, которое она блокирует, когда проходит мимо.

Галактика Водоворот © S. BECKWITH/STSCI, THE HUBBLE HERITAGE TEAM/STSCI/AURA, NASA, ESA

Больше интересного — в нашем «Инстаграме». Подписывайтесь!

Гисметео в «Инстаграме»

Названы важнейшие научные достижения 2021 года — Российская газета

Ученые, следуя современной моде, составляют научные “хит-парады” уходящего года. Своих лидеров называют как авторитетные журналы, в частности Science и Nature, так и многие другие издания, в том числе сетевые.

Фото: Юлия Майорова

Безоговорочным чемпионом, как и год назад, стали матричные РНК-вакцины от COVID-19. Более того, они считаются одним из важнейших достижений в медицине за последние 20 лет. Такие вакцины активируют иммунитет к вирусу, обеспечивая организму надежную защиту. Матричные РНК легко модифицировать под любой новый штамм вируса, а также использовать для борьбы с разными инфекциями, например малярией, раком, ВИЧ и т. д. И не случайно достижением года названа новая вакцина на основе матричной РНК против малярии, которая ежегодно уносит из жизни до полумиллиона человек.

Еще один лидер научных хит-парадов последних лет – Марс. А в этом году полеты туда вообще стали космической модой.

Американский марсоход Perseverance “высадил” на Марс вертолет, который является первым внеземным летательным аппаратом.

Он занимается отбором проб грунта, которые будут доставлены на Землю, чтобы найти ответ на давний вопрос: есть или была ли жизнь на Марсе? К американцу присоединился марсоход первой китайской марсианской миссии Zhurong, а ранее на орбиту прибыл спутник Hope, отправленный Объединенными Арабскими Эмиратами.

Редактор для гена

Как и в пришлом году, среди главных достижений названа технология редактирования генома CRISPR-Cas9. (В прошлом году она получила Нобелевскую премию). Почему ее отметили и в этом? Дело в том, что, по мнению ученых, успешные эксперименты на животных еще не дают повода применять технологию на людях. Здесь совсем иные требования. И все же в этом году такая операция проведена. С помощью CRISPR-Cas9 впервые успешно отредактирован ген, вызывающий редкую тяжелую болезнь – транстиретиновый амилоидоз. Это работа названа прорывом в медицине.

Отмечено еще одно исследование биологов. Они создали гибридные эмбрионы человека и макаки, которые прожили вне организма до 20 дней. Такие эмбрионы называют химерными. Они необходимы ученым для изучения ранних стадий развития человека, моделирования будущего течения болезней и изучения новых лекарств, а в будущем – для создания потенциально трансплантируемых клеток, тканей и органов.

Искусственное сердце

Американские хирурги впервые провели успешную трансплантацию искусственного сердца Aeson. Оно имеет две желудочковые камеры и четыре клапана и, как настоящий орган, питается от внешнего устройства. Сердце сделано из биосовместимых материалов, полностью заменяет естественное сердце. Хотя оно не предназначено для постоянного использования, а временно служит примерно полгода до пересадки полноценного сердца.

Абсолютным лидером всех опросов, как и год назад, стали матричные РНК-вакцины от COVID-19. Фото: Сергей Куксин

По мнению экспертов, новые литий-металлические аккумуляторы могут изменить расстановку сил на авторынке. Их энергетическая плотность почти в два раза больше, чем у традиционных литий-ионных батарей. В итоге электромобили заряжаются теперь гораздо быстрее, а главное – заряда хватает на 80 процентов дольше.

Важное достижение связано с археологией. На этот раз речь не о новой сенсационный находке, а новом инструменте их изучения. Ученым удалось извлечь ядерную ДНК из остатков возрастом более 1 млн лет. Это позволит более детально изучить информацию о вымерших биологических видах.

Солнце на Земле

Важнейшее событие произошло в термоядерном синтезе. Впервые термоядерный реактор выработал больше энергии, чем затратили на его работу. Этот результат, по мнению многих специалистов, является историческим результатом в исследованиях термоядерного синтеза. Его готовили и ждали несколько десятилетий энтузиасты термояда, доказывая скептикам, что технология “Солнца на Земле” – это реальность.

Конечно, в число престижных разработок попал и искусственный интеллект. Речь о том, что для многих исследований важно знать и предсказывать структуру белков. Для этого применяются супердорогие и сложнейшие микроскопы и синхротроны. И вот британские исследователи объявили, что им удалось решить задачу, вообще не привлекая супертехнику. Искусственный интеллект сумел смоделировать более 350 тысяч белковых структур. Это может стать революцией для всех, кто занимается науками о жизни.

Научный рейтинг россиян

Что касается достижений российских ученых в Год науки и технологий, то здесь, по мнению его организаторов, выделяются наши вакцины против ковида, запуск Байкальского глубоководного нейтринного телескопа, создание сети карбоновых полигонов, стыковка российского модуля “Наука” с Международной космической станцией, пуск реактора ПИК для изучения объектов микромира и многих других исследований, начало строительства ЦКП “Сибирский кольцевой источник фотонов”, спуск на воду научно-исследовательского судна “Пионер-М” с технологией безэкипажного судовождения.

Собранный марсоходом Perseverance грунт отправят на Землю, чтобы найти ответ на давний вопрос: есть или была ли жизнь на Марсе? Фото: NASA

А кому свой голос отдает широкая российская аудитория? Такое исследование провел телеканал “Наука”. Картина получилась любопытной. Третий год подряд рейтинг наиболее известных россиянам научных событий возглавляют новости, связанные с изменением климата и глобальным потеплением. А ведь считается, что не мы, а европейцы более всего озабочены климатом. Во всяком случае, в курсе последних изменений климата две трети опрошенных телеканалом зрителей.

Среди других интересующих россиян новостей – создание системы нейрокомпьютерных интерфейсов. Она позволит миллионам инвалидов по всему миру вновь поговорить с родными и взаимодействовать с обществом. В число важнейших научных событий 2021 года также попали запуск на Байкале нейтринного телескопа, посадка марсохода Perseverance на Марсе, запуск космического корабля NASA для атаки астероида, первое прямое наблюдение учеными света “черной дыры”, открытие нового вида Homo longi в Китае.

Между тем

В этом году жюри конкурса РАН по популяризации науки назвало победителей в трех номинациях. В номинации “Лучшая научно-популярная книга об экологии, охране окружающей среды и сохранении биоразнообразия” премию присудили профессору биофака МГУ Андрею Журавлеву за книгу “Похождения видов. Вампироноги, паукохвосты и другие переходные формы в эволюции животных”. В номинации “Лучший авторский курс, направленный на популяризацию науки в школе” лауреатами стали доцент физфака МГУ Владимир Сурдин и его “Курс видео-лекций “Астрономия для старших школьников”, а также коллектив МПГУ, ставший авторами программы допобразования “Физическая гостиная”. “Лучший проект поддержки гражданской науки” – проект “Региональный исследовательский конкурс для любителей природы “Биоразнообразие Новосибирской области: редкие виды, белые пятна”” сотрудника Центрального сибирского ботанического сада СО РАН Александра Дубынина.

Мнение

Александр Сергеев, президент РАН:

Год науки и технологий имеет важнейшее значение для повышения престижа ученого. И он эту миссию успешно выполнил. Что касается других результатов этого года, то выделил бы три. Это переформатирование Российского общества “Знание”, которое в этом году стало одним из основных популяризаторов науки. Второе – создание Национального центра физики и математики в Сарове. Это научно-технологический центр будущего. Третье достижение – Международная премия ЮНЕСКО-России им. Менделеева, которую совместно учредили ЮНЕСКО и РАН. Она в этом году присуждена нашему выдающемуся ученому Юрию Цолаковичу Оганесяну. Как известно, его именем назван 118-й элемент Периодической таблицы Менделеева “оганесон”.

В рамках прошедшего Общего собрания РАН, посвященного проблемам пандемии, были названы последние результаты исследований российских ученых. Одним из важнейших признано создание препарата для блокировки вируса за счет не антител, а блокировки поверхности клетки. Важное значение имеет прошедший в РАН конгресс “Направления национального научно-технологического прорыва 2030”. Его важнейший итог: назрела необходимость создания инновационной системы в стране, чтобы превращение знаний в инновации стало нормой.

Борис Шустов, член-корреспондент РАН:

Что касается моих научных интересов, связанных с изучением космоса, то я бы выделил два достижения. Прежде всего это работы российско-германской орбитальной астрофизической обсерватории “Спектр-РГ”. С ее помощью создана подробная карта Вселенной в рентгеновском диапазоне. Это важнейший результат, который имеет большое значение для изучения космоса. Другое достижение – открытие первой межзвездной кометы астрономом Геннадием Борисовым. Ее диаметр около 20 км, скорость 30 км/с, находится на границе созвездий Рака и Рыси. Комета названа 2I/Borisov. Это вообще второй межзвездный объект, открытый за всю историю наблюдений, и первая межзвездная комета.

Десять лучших ньюсмейкеров десятилетия по физике

1 января принесло не только новый год, но и целое новое десятилетие. Обычно в этом выпуске APS News оглядываются на самые важные новости за последние 12 месяцев. Однако с наступлением нового десятилетия мы хотели уделить этому выпуску время и выделить не только крупнейших ньюсмейкеров физики 2009 года, но и крупнейших ньюсмейкеров последних десяти лет. Это истории, которые могут иметь или не иметь наиболее длительное физическое значение, и могут иметь или не иметь наибольшее влияние в сообществе физиков, но они представляют собой новости физики, которые общественность читала и слышала в более широких средствах массовой информации в течение последнее десятилетие.

Большой адронный коллайдер . Обладая потенциалом для создания встречных пучков в 7 ТэВ, это самый мощный ускоритель частиц в мире. Имея окружность 17 миль, это также самый большой ускоритель частиц в мире. Строительство обошлось более чем в 6 миллиардов долларов, и это самый дорогой научный проект в истории. С миллионами отдельных прецизионных деталей это самая сложная машина в мире. С этим современным чудом науки связано так много записей, что это, возможно, самая насыщенная физикой история в истории.

После почти пятнадцати лет разработки и строительства ускоритель был впервые запущен в сентябре 2008 года с большой помпой. Чуть более недели спустя у него произошел критический сбой, когда электрическая неисправность вызвала крупную утечку жидкого гелия, в результате чего более пятидесяти его сверхпроводящих магнитов вышли из строя. Капитальный ремонт остановил коллайдер более чем на год. Однако в ноябре 2009 года он перезапустился, на этот раз не торопясь, чтобы разогреться. Теперь сталкивающиеся частицы с энергиями выше 2.36 ТэВ, он возобновляет поиск бозона Хиггса.

Десятилетие углерода . За последние десять лет исследования правильно структурированных молекул углерода значительно расширились, став одной из самых горячих областей в области конденсированных сред. Атомы углерода, расположенные в гексагональных решетках, показали замечательные электронные и структурные свойства. Многие специалисты в этой области говорят, что эти материалы способны произвести революцию в электронике в следующем столетии. При тщательном манипулировании углеродными нанотрубками и графеном можно создавать микроскопические провода, диоды, полупроводники и многое другое, уменьшая электронику до беспрецедентного уровня.В то же время эти наноструктуры необычайно прочны и при дальнейшем развитии могут быть использованы для создания материалов беспрецедентной прочности. Было даже высказано предположение, что нанотрубки могут служить тросом, который тянется от поверхности Земли к орбитальному спутнику для предлагаемого космического лифта.

Материалы с отрицательным показателем преломления . За последние несколько лет были достигнуты огромные успехи в создании метаматериалов, которые могут заставить объекты казаться исчезающими.Британские ученые впервые предложили способ создания композитных материалов, рассеивающих свет вокруг объекта, в 2006 году. С тех пор ученые всего мира разрабатывают способы его создания. Создав первый прототип, способный перенаправлять микроволны, команда из Университета Дьюка создала материал, способный перенаправлять длины волн почти всего электромагнитного спектра. Все это время пресса бурно сравнивала способность материала преломлять свет с мантией-невидимкой Гарри Поттера, с маскирующим устройством из «Звездного пути» или с костюмом-невидимкой Хищника.

Микроволновый датчик анизотропии Wilkinson . Космическое микроволновое фоновое излучение — это оставшееся тепло Большого взрыва, которое пронизывает Вселенную. Миссия Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (более известная как WMAP) была разработана для картирования тонких изменений температуры фонового излучения. Запущенный в июне 2001 года, он имел инструменты, которые могли измерять информацию о космическом микроволновом фоне в 40 раз точнее, чем его предшественник, спутник для исследования космического фона (COBE).После одного года наблюдений WMAP вернул настолько точную карту космического фона, что ученые смогли провести точные измерения постоянной Хаббла и состава Вселенной и смогли определить возраст Вселенной в 13,7 миллиарда лет. . С тех пор WMAP продолжает повышать точность своих измерений и, по плану, будет работать до сентября 2010 года.

Квантовая телепортация . Воспользовавшись так называемым жутким действием на расстоянии, присущим квантовой запутанности, физики смогли передавать квантовую информацию от одной системы к другой на макроскопические расстояния. Первая такая телепортация произошла в 1998 году в Калифорнийском технологическом институте, когда два фотона запутались друг с другом. В течение следующего десятилетия команды, работавшие по всему миру, перешли к магнитным полям и, в конечном счете, к целым атомам. В феврале 2009 года команда Объединенного квантового института UMD/NIST объявила, что им удалось телепортировать информацию между двумя атомами, разнесенными более чем на метр. При любом упоминании о телепортации СМИ снова изобилуют сравнениями со «Звездным путем».

Кварк-глюонная плазма .В течение первых трех минут после Большого взрыва странная форма материи, известная как кварк-глюонная плазма, пронизывала все пространство. По сути, это густой суп из высокоэнергетических кварков и глюонов, слабо взаимодействующих друг с другом, кварк-глюонная плазма требует таких огромных энергий, которых не существовало с момента зарождения Вселенной. В феврале 2000 года ЦЕРН представил убедительные доказательства того, что им наконец-то удалось воссоздать эту экзотическую форму материи путем столкновения ионов свинца высокой энергии с мишенями из золота и свинца. В результате температуры, более чем в 100 000 раз выше, чем в центре Солнца, было достаточно, чтобы на долю секунды разрушить прочные связи между кварками и глюонами внутри некоторых нуклонов. Открытие было подтверждено в 2005 году группами RHIC в Брукхейвене, и оно также станет основной областью исследований на LHC.

Датчик силы тяжести B . Запущенный в апреле 2004 года с большой помпой, Gravity Probe B нес на борту четыре сферических сверхпроводящих гироскопа для измерения геодезического эффекта и сопротивления системы отсчета в общей теории относительности.Четыре гироскопа преподносились как самые совершенные из когда-либо созданных сфер, полностью круглые с вариацией ширины не более 40 атомов. Однако после запуска стало очевидно, что покрытие сфер было менее совершенным, вызывая небольшой крутящий момент на вращающихся сферах, который угрожал разрушить весь эксперимент. Команда упорствовала, кропотливо работая над извлечением ценных данных. На апрельском собрании APS 2007 года команда объявила, что они впервые наблюдали геодезический эффект в данных. Однако в мае 2008 года НАСА было вынуждено прекратить финансирование команды. После получения информации из внешних источников, в том числе от основателя Capital One Financial и королевской семьи Саудовской Аравии, команда продолжила работу, очистив свои измерения геодезического эффекта в семнадцать раз, а также, наконец, сумев обнаружить перетаскивание кадра.

Свет выключен . В вакууме свет — самая быстрая вещь во Вселенной, движущаяся со скоростью почти 300 000 километров в секунду.Когда он проходит через другие материалы, такие как вода или стекло, он немного замедляется. В 2001 году две независимые группы физиков, одна в Гарварде, другая в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики, фактически полностью остановили свет. Команды направили лазер связи через облако переохлажденных атомов рубидия. Энергия светового луча запасалась в виде атомной спиновой волны внутри возбужденных атомов, о которой можно было вспомнить позднее. С момента первого эксперимента свет эффективно останавливался и сохранялся до 20 миллисекунд.

Прямые доказательства темной материи . Астрономы, отслеживающие движение двух сталкивающихся галактик в скоплении Пули, объявили в августе 2006 года, что у них есть первое прямое свидетельство темной материи. Используя компьютеры для моделирования движения наблюдаемых звезд и газа при столкновении, физики смогли продемонстрировать, что существует значительное количество массы, которую визуальное обнаружение не может объяснить. Эти наблюдения только подтвердили наличие темной материи, а не того, что на самом деле могло бы состоять из загадочного вещества.В настоящее время исследовательские группы по всему миру надеются, что специально разработанные детекторы скоро обнаружат настоящую частицу темной материи.

Достижения в области вычислительной техники . Высокоскоростные суперкомпьютеры меняют то, как делается современная физика. Самые быстрые в мире суперкомпьютеры теперь могут выполнять более квадриллиона вычислений в секунду. Используя эти инструменты, биофизики смогли нанести на карту сложные биологические структуры, такие как кровеносная система человека или нейронные сети, с беспрецедентной точностью. Физики теперь могут рассчитывать турбулентность и потоки жидкости лучше, чем когда-либо считалось возможным. Суперкомпьютеры — незаменимый инструмент для физиков, важность которого со временем будет только возрастать.

Какое значение для будущего науки имеют три крупнейших открытия десятилетия в области физики

Это событие, наблюдаемое детектором ATLAS в ЦЕРНе в 2017 году, показывает одновременное образование бозона Хиггса… [+] и Z-бозона. Две синие дорожки — это высокоэнергетические электроны, соответствующие Z-бозону, а их энергия соответствует массе 93.6 ГэВ. Оба голубых конуса представляют собой струи, в которых большое количество частиц создается благодаря адронизации кварков. В частности, это можно проследить до пары нижний-антинижний кварк, которая является кандидатом Хиггса. Реконструированная инвариантная масса кандидата Хиггса из этого события составляет 128,1 ГэВ, что согласуется со свойствами бозона Хиггса.

Эксперимент ATLAS / ЦЕРН

С научной точки зрения 2010-е годы были чрезвычайно плодотворным десятилетием. Наши знания об экзопланетах — планетах, которые вращаются вокруг звезд за пределами нашей собственной — резко возросли, дав тысячи новых открытий и беспрецедентное понимание того, что там находится. Спутник «Планк» и наши крупномасштабные структурные исследования выявили темную энергию, а улучшенные астрономические данные показали нам загадку о расширяющейся Вселенной. Лазеры стали быстрее и мощнее; квантовое превосходство было достигнуто впервые; мы исследовали Плутон и дальше, а наши самые дальние космические корабли наконец вышли в межпланетное пространство.

Но три достижения в области физики стоят на голову выше остальных и имеют огромное значение для будущего науки. Открытие бозона Хиггса, прямое обнаружение гравитационных волн и первое изображение горизонта событий черной дыры произвели революцию в науке в 2010-х годах и будут продолжать влиять на физику в ближайшие десятилетия.

Теперь все частицы и античастицы Стандартной модели обнаружены напрямую с помощью . .. [+] последнее препятствие, бозон Хиггса, упал на БАК в начале этого десятилетия. Все эти частицы могут быть созданы при энергиях LHC, а массы частиц приводят к фундаментальным константам, абсолютно необходимым для их полного описания. Эти частицы могут быть хорошо описаны физикой квантовых теорий поля, лежащих в основе Стандартной модели, но они не описывают все, как темная материя или почему в сильных взаимодействиях нет СР-нарушения.

Э. Сигел / За пределами Галактики

1.) Открытие бозона Хиггса . С кварками, заряженными лептонами, нейтрино и их аналогами из антивещества, уже открытыми до 2010-х годов, фермионный сектор Стандартной модели уже был завершен. Мы уже открыли и измерили свойства всех калибровочных бозонов: бозонов W и Z, глюонов и фотона. Остался только бозон Хиггса — последняя из частиц, ожидаемых Стандартной моделью.

Большой адронный коллайдер, самый мощный ускоритель частиц, когда-либо созданный человечеством, был построен с явной целью обнаружения этой частицы. Достигнув энергии, невиданной ранее в земных ускорителях, и объединив это с большим числом протон-протонных столкновений, чем когда-либо прежде, ученые смогли, наконец, открыть самую неуловимую фундаментальную частицу природы.

О первом надежном 5-сигма обнаружении бозона Хиггса было объявлено несколько лет назад коллаборациями CMS… [+] и ATLAS. Но бозон Хиггса производит не одиночный «всплеск» в данных, а, скорее, расплывчатую выпуклость из-за присущей ему неопределенности в массе.2 — загадка для теоретической физики, но экспериментаторам не о чем беспокоиться: она существует, мы можем ее создать, а теперь мы можем измерить и изучить ее свойства.

Коллаборация CMS, «Наблюдение за дифотонным распадом бозона Хиггса и измерение его свойств», (2014)

Нам удалось не только создать и обнаружить бозон Хиггса, но и измерить ряд его свойств. В том числе:

• его масса, имеющая эквивалентную энергию 125-126 ГэВ,
• его спин, который равен нулю, что делает его единственной когда-либо наблюдаемой фундаментальной скалярной частицей,
• и его коэффициенты ветвления, которые показывают нам, как вероятностно, что бозон Хиггса распадается на различные наборы частиц.

Помимо открытия бозона Хиггса, эти детальные измерения этих свойств позволили нам сравнить теорию с экспериментом и задаться вопросом, насколько успешно Стандартная модель предсказала поведение бозона Хиггса. По состоянию на 2019 год и полный набор данных, которые были собраны и проанализированы совместными усилиями CMS и ATLAS, все, что мы видели, на 100% согласуется с тем, что бозон Хиггса обладает точными свойствами, предсказанными теоретически.

Наблюдаемые каналы распада Хиггса по сравнению ссоглашение Стандартной модели, включая последние данные из ATLAS… [+] и CMS. Согласие поражает и в то же время разочаровывает. К 2030-м годам на БАК будет примерно в 50 раз больше данных, но точность многих каналов распада по-прежнему будет известна лишь с точностью до нескольких процентов. Будущий коллайдер может увеличить эту точность на несколько порядков, обнаружив существование потенциально новых частиц.

Андре Давид, через Твиттер

Это само по себе огромная головоломка. С одной стороны, у нас есть множество загадок о Вселенной, которые не могут объяснить частицы, поля и взаимодействия Стандартной модели. Мы не знаем причину возникновения темной материи, темной энергии, инфляции или бариогенеза, но только то, что Стандартная модель не может объяснить это сама по себе. У нас нет решения множества других загадок, от сильной проблемы CP до масс нейтрино и объяснения того, почему частицы имеют те массы покоя, которые у них есть.

Ученые планируют запустить Большой адронный коллайдер в 2030-х годах, параллельно проводя ряд экспериментов с более низкими энергиями.Но если они не дадут ответа или хотя бы убедительного намека, человечество столкнется с противоречивым вопросом: должны ли мы построить более совершенный коллайдер следующего поколения, чтобы выйти за рамки того, чему нас может научить Большой адронный коллайдер? На карту поставлено будущее физики элементарных частиц и возможность окончательно разгадать эти тайны.

Когда у вас есть два гравитационных источника (т. е. массы), которые вдохновляют и в конечном итоге сливаются, это… [+] движение вызывает излучение гравитационных волн.2, и будет видеть эти волны во всех направлениях, независимо от того, обращены ли они лицом или ребром, или где-то посередине.

НАСА, ЕКА и А. Фейлд (STScI)

2.) Прямое обнаружение гравитационных волн . Когда Эйнштейн выдвинул общую теорию относительности в 1915 году, было множество следствий, которые не были в достаточной мере проработаны в этой новой парадигмальной системе. Однако после десятилетий теоретической работы стало ясно, что по мере того, как массы перемещаются по Вселенной, кривизна пространства-времени меняется, и массы, движущиеся через пространство-время, кривизна которого меняется со временем, должны излучать новую форму излучения: гравитационные волны.

Хотя косвенные последствия этого излучения уже давно появились в данных о пульсарах, конечной целью всегда было прямое обнаружение этой ряби. Когда в 2015 году появилось новое поколение детекторов гравитационных волн, возглавляемое коллаборацией LIGO, родилась целая новая область: гравитационно-волновая астрономия. Впервые эта рябь оставляла наблюдаемые, идентифицируемые сигналы в созданных человеком детекторах, напрямую обнаруживая их существование.

Неподвижное изображение визуализации сливающихся черных дыр, которые наблюдали LIGO и Virgo… [+] конец Run II. По мере того, как горизонты черных дыр скручиваются и сливаются, излучаемые гравитационные волны становятся громче (больше по амплитуде) и выше по тону (выше по частоте). Сливающиеся черные дыры имеют массу от 7,6 до 50,6 масс Солнца, при этом при каждом слиянии теряется около 5% общей массы. На частоту волны влияет расширение Вселенной.

Тересита Рамирес/Джеффри Лавлейс/Коллаборация SXS/Коллаборация LIGO-Virgo

Непосредственно уже наблюдались два типа сигналов: сигналы, соответствующие спирали и слиянию двойных черных дыр, и сигналы, соответствующие слиянию двух нейтронных звезд. Первый, безусловно, является наиболее частым типом сигнала, который видит LIGO, обнаруживая черные дыры в диапазоне масс, который никогда раньше не наблюдался, и рассказывая нам о популяционной статистике этих звездных остатков, в то время как последний также приходит вместе с электромагнитными сигналами. , что позволяет определить происхождение самых тяжелых элементов во Вселенной.

Детекторы

, такие как LIGO и Virgo, уже были модернизированы, что увеличило их диапазон и чувствительность, и этот текущий запуск может выявить не только новые обнаружения, но и новые классы объектов, которые генерируют гравитационные волны, такие как слияния нейтронных звезд и черных дыр, черные дыры с более легкими массами, чем когда-либо прежде, или, возможно, даже пульсарные землетрясения, сверхновые звезды или что-то совершенно удивительное.

Когда два плеча имеют точно одинаковую длину и через них не проходит гравитационная волна,… [+] сигнал нулевой, а интерференционная картина постоянна. При изменении длины плеча сигнал является реальным и колебательным, а интерференционная картина меняется со временем предсказуемым образом.

Космическая площадка НАСА

По мере того, как 2010-е годы уступают место 2020-м и далее, детекторы гравитационных волн будут продолжать увеличиваться в размерах, чувствительности и масштабах, открывая возможность обнаружения сигналов, о которых мы сегодня можем только мечтать.Объекты, падающие в сверхмассивные черные дыры, находятся на нашем горизонте, как и гравитационные волны, порожденные в последние моменты инфляции: фазы Вселенной, которая предшествовала горячему Большому взрыву и привела к нему.

До недавнего времени человечество даже не было уверено в существовании гравитационных волн. Мы не были уверены, что эти сигналы появятся в наших приборах или что наши теоретические предсказания совпадут с реальностью. Последние четыре года показали нам, что не только Эйнштейн был прав, но и существует целая Вселенная, которую можно исследовать за пределами обнаружения электромагнитных (световых) сигналов. Этот век обещает стать веком астрономии нового типа: гравитационно-волновой астрономии. Как далеко мы пойдем с этим, зависит только от нас.

Первое опубликованное изображение Телескопа Горизонта Событий достигло разрешения 22,5 угловых микросекунд, что… [+] позволило массиву разрешить горизонт событий черной дыры в центре M87. Телескоп с одной тарелкой должен иметь диаметр 12 000 км, чтобы достичь такой же резкости. Обратите внимание на различия между изображениями от 5/6 апреля и изображениями от 10/11 апреля, которые показывают, что детали вокруг черной дыры со временем меняются.Это помогает продемонстрировать важность синхронизации различных наблюдений, а не просто их усреднения по времени.

Сотрудничество с телескопом Event Horizon

3.) Прямое обнаружение горизонта событий черной дыры . Это достижение, самое последнее из трех, датируется только апрелем 2019 года, когда было опубликовано знаменитое «бубликовое» изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики Мессье 87. Требование сотен ученых использовать многие петабайты данных, собранных одновременно с помощью радиотелескопов и массивов радиотелескопов по всему миру, эта картина является лишь верхушкой айсберга.

Конечно, здорово впервые увидеть горизонт событий и подтвердить еще одно предсказание общей теории относительности Эйнштейна. Это невероятное техническое достижение, использующее технику, которая стала технически возможной только с появлением новых массивов, таких как ALMA. Примечательно, что так много обсерваторий по всему миру смогли координировать друг с другом эти наблюдения. Но это не самая большая история.

На этой диаграмме показано расположение всех телескопов и массивов телескопов, использованных в Событии 2017… [+] Наблюдения телескопа Horizon за M87. Только Телескоп Южного полюса не смог получить изображение M87, так как он расположен не в той части Земли, чтобы когда-либо увидеть центр этой галактики. Каждое из этих мест оснащено атомными часами, среди прочего оборудования.

НРАО

Наиболее примечательным фактом во всем этом является то, что мы исследуем структуры, которые постоянно меняются со временем, вплоть до точности, которую невозможно было вообразить еще несколько лет назад.Разрешение телескопа Event Horizon эквивалентно телескопу с одной тарелкой диаметром 12 000 километров: размер человеческого кулака на Луне показался бы человеку на Земле.

Как и в примере с человеческим кулаком, структуры, которые мы наблюдаем, постоянно меняются, но это всего лишь мгновенный снимок во времени. Изображения черной дыры от 5/6 апреля выглядят похожими друг на друга, но отличаются от изображений от 10/11 апреля, демонстрируя, что фотоны, которые мы наблюдаем, меняются со временем.

В самом ближайшем будущем мы ожидаем, что сможем выделить сигналы вспышек черных дыр, падающего вещества, изменений в аккреционном потоке и карт не только радиоизлучения, но и поляризации этого света. Но в более отдаленном будущем мы можем начать запускать в космос должным образом оборудованные радиотелескопы, синхронизировать их с нашими наземными обсерваториями и расширить базовую линию (и, следовательно, разрешение) Телескопа Горизонта Событий до гораздо большей точности.

Ориентация аккреционного диска либо лицом (два изображения слева), либо ребром (два изображения справа)… [+] панели) могут сильно изменить то, как черная дыра выглядит для нас. Мы пока не знаем, существует ли универсальное выравнивание или набор случайных выравниваний между черными дырами и аккреционными дисками.

«К горизонту событий — сверхмассивная черная дыра в центре Галактики», класс. Квантовая гравитация, Фальке и Маркофф (2013)

В ближайшие десятилетия мы будем измерять не просто одну или две сверхмассивные черные дыры во Вселенной, а десятки или даже сотни.Вполне возможно, что черные дыры звездной массы также войдут в складку, поскольку они содержатся в нашей собственной галактике и поэтому кажутся относительно большими. Возможно даже, что мы получим сюрприз, и черные дыры, которые кажутся тихими, будут демонстрировать радиосигнатуры, которые, в конце концов, смогут уловить эти массивы телескопов.

Существует четкий путь к продолжению исследования Вселенной, и все, на что он опирается, — это расширение того, что мы уже делаем. Мы не знаем, какие тайны хранит природа за уже исследованными рубежами, но мы знаем точно одно: если мы не будем смотреть, мы никогда не научимся.

Вот 20 величайших научных открытий десятилетия.

2010-е подходят к концу, и мы можем оглянуться на эпоху, полную открытий. За последние 10 лет ученые всего мира добились значительного прогресса в понимании человеческого тела, нашей планеты и окружающего нас космоса. Более того, наука в 2010-х годах стала более глобальной и совместной, чем когда-либо прежде. В наши дни большие прорывы, скорее всего, будут сделаны группами из 3000 ученых, а не группами из трех человек.

Так много всего произошло благодаря стольким, что авторы и редакторы National Geographic решили не сводить последнее десятилетие к нескольким открытиям. Вместо этого мы собрались вместе, чтобы определить 20 тенденций и вех, которые мы сочли особенно заслуживающими внимания и которые, по нашему мнению, подготовят почву для новых удивительных открытий в грядущем десятилетии.

Обнаружение первых гравитационных волн

В 1916 году Альберт Эйнштейн предположил, что когда объекты с достаточной массой ускоряются, они иногда могут создавать волны, которые движутся сквозь 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 поиски занимали исследователей на протяжении десятилетий. Хотя убедительные намеки на волны впервые появились в 1970-х годах, никто не обнаруживал их напрямую до 2015 года, когда базирующаяся в США обсерватория LIGO почувствовала толчок отдаленного столкновения двух черных дыр. Открытие, о котором было объявлено в 2016 году, открыло новый способ «услышать» космос.

В 2017 году LIGO и европейская обсерватория Virgo ощутили еще одну серию толчков, 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 важные данные дали ученым беспрецедентный взгляд на то, как работает гравитация и как образуются такие элементы, как золото и серебро.

Встряхивание генеалогического древа человека

Несмотря на примитивность в некоторых отношениях, лицо, череп и зубы (видимые на этой реконструкции) демонстрируют достаточно современные черты, чтобы оправдать отнесение H. naledi к роду Homo. Художник Джон Гурч потратил около 700 часов, реконструируя голову по сканам костей, используя мех медведя вместо волос.

ФОТОГРАФИЯ МАРКА ТИССЕНА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

За это десятилетие были достигнуты многочисленные успехи в понимании нашей сложной истории происхождения, включая новые даты известных окаменелостей, 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 в южноафриканской пещерной системе «Колыбель человечества» обнаружены окаменелости нового вида: Homo naledi , гоминида, чья «мозаичная» анатомия напоминает как современных людей, так и гораздо более древних родственников.Последующее исследование также показало, что H. naledi удивительно молод, живя по крайней мере между 236 000 и 335 000 лет назад.

В Азии накопились и другие замечательные открытия. В 2010 году команда ученых объявила, что ДНК, извлеченная из древней сибирской кости мизинца, не похожа ни на одну из ДНК современного человека, что стало первым свидетельством существования темной линии, которую теперь называют денисовцами. В 2018 году в Китае были обнаружены каменные орудия возрастом 2,1 миллиона лет, что подтверждает, что производители инструментов 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 новообретенные каменные орудия на Сулавеси появились еще до прибытия современных людей, что предполагает присутствие третьего, неопознанного островного гоминида в Юго-Восточной Азии.

Революция в изучении древней ДНК

Поскольку технологии секвенирования ДНК совершенствовались в геометрической прогрессии, 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 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, девушки, которая умерла на территории нынешней Мексики 13 000 лет назад. Ее останки являются одними из старейших неповрежденных человеческих скелетов, когда-либо найденных в Америке. Также в 2010 году исследователи объявили о первом наброске генома неандертальца, предоставив первое убедительное генетическое доказательство того, что от одного до четырех процентов всей ДНК современных неафриканцев происходит от этих близких родственников.

В 2018 году ученые, изучающие древнюю ДНК, сделали еще одно поразительное открытие: кость возрастом 90 000 лет принадлежала девочке-подростку, мать которой была неандерталькой, а отец денисовцем, что сделало ее первым гибридом древнего человека, когда-либо найденным. В другой находке ученые сравнили ДНК денисовцев с ископаемыми белками, чтобы подтвердить, что денисовцы когда-то жили в Тибете, расширив известный ареал загадочной группы. По мере того, как область изучения древней ДНК совершенствовалась, росло и ее отношение к этическим проблемам, таким как необходимость участия сообщества и репатриация останков коренных народов.

Обнаружение тысяч новых экзопланет

Человеческие знания о планетах, вращающихся вокруг далеких звезд, совершили гигантский скачок в 2010-х годах, 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 общего количества. Среди величайших достижений Кеплера: первая подтверждённая каменистая экзопланета. Его преемник TESS, запущенный в 2018 году, начинает исследование ночного неба и уже обнаружил 34 подтвержденных экзопланеты.

Наземные исследования также были в ходу. В 2017 году исследователи объявили об открытии TRAPPIST-1, звездной системы, расположенной всего в 39 световых годах от нас, в которой находятся семь колоссальных планет размером с Землю, большинство из которых находится вокруг любой звезды, кроме Солнца. За год до этого проект Pale Red Dot объявил об открытии Проксимы b, планеты размером с Землю, которая вращается вокруг Проксимы Центавра, ближайшей к Солнцу звезды, находящейся всего в 4,25 световых года от нас.

Вступление в эпоху Crispr

Инструмент для взлома ДНК открывает путь к эволюции.

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 будущий соответствующий вирус, а затем нарезать ДНК вируса на ленточки. В 2012 году исследователи предложили использовать Crispr-Cas9 в качестве мощного инструмента генетического редактирования, поскольку он точно разрезает ДНК способами, которые ученые могут легко настроить.В течение нескольких месяцев другие команды подтвердили, что этот метод работает с ДНК человека. С тех пор лаборатории всего мира стремились идентифицировать подобные 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 проблемы, 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 отредактировал с помощью Crispr, — первых людей, родившихся с наследственными изменениями в ДНК. Объявление вызвало призывы к глобальному мораторию на наследуемые «зародышевые» изменения у людей.

Видеть космос так, как никогда раньше

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

ФОТОГРАФИЯ СОТРУДНИЧЕСТВА С EVENT HORIZON TELESCOPE

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

2010-е годы принесли с собой несколько важных наблюдений, которые произвели революцию в наших исследованиях Вселенной. В 2013 году Европейское космическое агентство запустило космический корабль Gaia, который собирает измерения расстояний для более чем миллиарда звезд Млечного Пути, а также данные о скорости более чем 150 миллионов звезд. Набор данных помог ученым снять 3D-фильм о нашей родной галактике, предоставив беспрецедентный взгляд на то, как галактики формируются и меняются с течением времени.

В 2018 году ученые опубликовали окончательную версию измерений слабого послесвечения ранней Вселенной, сделанных спутником «Планк», которые содержат важные сведения о космических компонентах, структуре и скорости расширения. Удивительно, но скорость расширения, которую видел Планк, отличается от сегодняшней, что является потенциальным «кризисом в космологии», для объяснения которого может потребоваться новая физика. Также в 2018 году масштабное исследование темной энергии выпустило первую порцию данных, которые помогут в поиске скрытых паттернов в структуре нашей вселенной.А в апреле 2019 года ученые с телескопом Event Horizon представили первое в истории изображение силуэта черной дыры благодаря масштабным глобальным усилиям, направленным на то, чтобы заглянуть в сердце галактики M87.

Демонстрация древнего искусства

Рабочий измеряет каменные кольца в пещере Брюникель во Франции, которые, возможно, были построены неандертальцами.

ФОТОГРАФИЯ Этьена ФАБРА, SSAC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Открытия со всего мира подтвердили, что искусство — или, по крайней мере, рисование — было более старым и более глобальным явлением, о котором когда-то думали.В 2014 году исследователи показали, что трафареты рук и рисунок «свинья-олень» в пещерах Сулавеси Марош имеют возраст 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 40 000 до 52 000 лет, что еще больше отодвинуло истоки фигуративной живописи. И еще одна находка 2018 года в Южной Африке, каменный отщеп, который был заштрихован около 73 000 лет назад, вполне может быть самым старым каракулем в мире.

Другие противоречивые находки вызвали споры о художественных способностях неандертальцев. В 2018 году исследователи обнаружили пигменты и перфорированные морские раковины, найденные в Испании, которым было 115 000 лет, когда в Европе жили только неандертальцы. В том же году другое исследование показало, что некоторым наскальным рисункам в Испании 65 000 лет. Многие специалисты по наскальному искусству оспаривают находку, но если она подтвердится, это может быть первым свидетельством наскальных рисунков неандертальцев. А в 2016 году исследователи объявили, что во французской пещере есть причудливые круги сталагмитов, образовавшиеся около 176 000 лет назад.Если пещерные медведи не сделали их каким-то образом, возраст кругов предполагает еще большую работу рук неандертальцев.

Первые межзвездные открытия

Историки будущего могут оглянуться на 2010-е годы как на межзвездное десятилетие: впервые наш космический корабль проткнул завесу между Солнцем и межзвездным пространством, и нас впервые посетили объекты, образовавшиеся вокруг далеких звезд .

В августе 2012 года зонд НАСА «Вояджер-1» пересек внешнюю границу гелиосферы, пузыря заряженных частиц, испускаемого нашим Солнцем.«Вояджер-2» присоединился к своему близнецу в межзвездной среде в ноябре 2018 года и по пути получил новаторские 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 пришельца — высокоактивную комету, которая теперь носит его имя.

Открывая двери в древние цивилизации

Когда была обнаружена гробница Христа?

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

В 2010-х годах археологи сделали много выдающихся открытий. В 2013 году британские исследователи наконец нашли тело короля Ричарда III — под тем, что сейчас является автостоянкой. В 2014 году исследователи объявили, что в перуанском храмовом комплексе Кастильо-де-Уармей до сих пор находится нетронутая королевская гробница. В 2016 году археологи обнаружили первое филистимское кладбище, открыв беспрецедентное окно в жизнь самых печально известных и загадочных людей еврейской Библии. В следующем году исследователи объявили, что иерусалимская церковь Гроба Господня датируется более 1700 лет назад первым христианским императором Рима, что, по-видимому, подтверждает, что она построена на месте, определенном Римом как место захоронения Христа.А в 2018 году группы, работающие в Перу, объявили о крупнейшем из когда-либо обнаруженных мест массовых жертвоприношений детей, в то время как другие ученые, исследующие Гватемалу, обнаружили более 60 000 недавно идентифицированных древних зданий майя с помощью бортовых лазеров.

Крупные археологические находки также были обнаружены 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 родственный корабль H.РС. Террор . В 2017 году усилия под руководством соучредителя Microsoft Пола Аллена обнаружили давно потерянную базу данных U.S.S. Indianapolis , затонувший в 1945 году и ставший одной из самых смертоносных катастроф в истории военно-морского флота США. Проект морской морской археологии Черного моря обнаружил более 60 исторических кораблекрушений на дне Черного моря, в том числе нетронутое судно возрастом 2400 лет, обнаруженное в 2018 году. А в 2019 году официальные лица Алабамы объявили об обнаружении давно потерянного Clotilda. , последний корабль, переправлявший порабощенных африканцев в США.

Открытие новых горизонтов в Солнечной системе

В июле 2015 года зонд НАСА «Новые горизонты» успешно завершил многолетнюю миссию по посещению ледяного мира Плутон, отправив на Землю первые в истории изображения потрясающе разнообразной поверхности карликовой планеты. А в первый день 2019 года New Horizons осуществил самый дальний пролет из когда-либо предпринятых, когда он сделал первые снимки ледяного тела Аррокот, первобытного остатка с младенчества Солнечной системы.

Чуть ближе к дому космический корабль NASA Dawn прибыл к Весте, второму по величине телу в поясе астероидов, в 2011 году.Нанеся на карту этот мир, Dawn устремился на орбиту карликовой планеты Цереры, самого большого объекта пояса астероидов, став первой миссией, когда-либо вращавшейся вокруг карликовой планеты, и первой на орбите двух разных внеземных тел. Ближе к концу десятилетия OSIRIS-REx НАСА 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 Западной Африке в 2014–2016 годах представители органов здравоохранения и фармацевтическая компания Merck ускорили разработку rVSV-ZEBOV, экспериментальной вакцины против лихорадки Эбола.После очень успешного полевого испытания в 2015 году европейские официальные лица одобрили вакцину в 2019 году, что стало важной вехой в борьбе со смертельной болезнью. Несколько знаковых исследований также открыли новые возможности для предотвращения распространения ВИЧ. Исследование, проведенное в 2011 году, показало, что профилактический прием антиретровирусных препаратов значительно снижает распространение ВИЧ среди гетеросексуальных пар, что подтверждается последующими исследованиями, в которых участвовали однополые пары.

Расширение репродуктивных возможностей

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

ФОТОГРАФИЯ LEYUN WANG

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

В 2016 году клиницисты объявили о рождении «ребенка от трех родителей», выращенного из спермы отца, клеточного ядра матери и яйцеклетки третьего донора, у которой было удалено ядро. Терапия, которая остается спорной с этической точки зрения, направлена ​​на устранение нарушений в митохондриях матери. В одном исследовании 2018 года были созданы предшественники человеческой спермы или яйцеклеток из перепрограммированных клеток кожи и крови, а другое показало, что редактирование генов может позволить двум однополым мышам зачать детенышей. А в 2018 году китайские ученые объявили о рождении двух клонированных макак, что стало первым случаем, когда примат был клонирован, как овца Долли. Хотя исследователи заявляют, что этот метод не будет использоваться на людях, вполне возможно, что он сработает и с другими приматами, включая нас.

Отслеживание бозона Хиггса

Бозон Хиггса возникает в результате столкновения протонов на иллюстрации.

Иллюстрация Moonrunner Design Ltd., National Geographic

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

Как материя приобретает массу? В 1960-х и 1970-х годах физики, в том числе Питер Хиггс и Франсуа Энглер, предложили решение в виде нового энергетического поля, которое пронизывает Вселенную и теперь называется полем Хиггса. Это теоретическое поле также пришло с связанной с ним фундаментальной частицей, которую сейчас называют бозоном Хиггса. В июле 2012 года поиски, длившиеся несколько десятилетий, закончились, когда две команды на Большом адронном коллайдере ЦЕРН объявили об обнаружении бозона Хиггса. Открытие дополнило последнюю недостающую часть Стандартной модели, впечатляюще успешной — хотя и неполной — теории, описывающей три из четырех фундаментальных сил в физике и все известные элементарные частицы.

Переписывание учебников по палеонтологии

В этом десятилетии произошел взрыв в нашем понимании доисторической жизни, поскольку ученые находили потрясающие новые окаменелости, расширяя свои аналитические инструменты. В 2010 году исследователи при поддержке Национального географического общества опубликовали первую полную реконструкцию цвета тела динозавра, основанную на обнаружении окаменелых пигментов.С тех пор палитра расширилась, так как палеонтологи обнаружили камуфляж динозавра, перья, которые варьировались от черного до синего и переливающейся радуги, и красноватую кожу на одной из лучших когда-либо окаменелостей бронированного динозавра. И совершив выдающийся подвиг химического расследования, исследователи проанализировали сохранившиеся молекулы жира 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 позволяют предположить, что это был полуводный хищник — первый известный среди динозавров.Год спустя команда из Китая представила потрясающую окаменелость Yi qi , действительно странного пернатого динозавра с перепончатыми крыльями, как у летучей мыши. Также в последнее десятилетие резко возрос интерес ученых к янтарю Мьянмы возрастом 99 миллионов лет, в котором были обнаружены пернатый хвост динозавра, примитивный птенец и всевозможные беспозвоночные, застрявшие в окаменевшей древесной смоле.

Поиск строительных блоков жизни в других мирах

За последние 10 лет космические миссии дали нам более сложный взгляд на органические молекулы на основе углерода в других мирах, которые являются необходимыми ингредиентами для жизни, какой мы ее знаем.Миссия Европейского космического агентства «Розетта» вышла на орбиту и приземлилась на комете 67P Чурюмова-Герасименко. Данные, собранные в период с 2014 по 2016 год, позволили нам удивительно внимательно взглянуть на сырье, которое древние удары могли принести на Землю. До того, как зонд НАСА «Кассини» умер в 2017 году, он подтвердил, что водянистые шлейфы спутника Сатурна Энцелада содержат большие органические молекулы, что является ключом к тому, что там есть все необходимое для жизни. А в 2018 году НАСА объявило, что его марсоход Curiosity обнаружил на Марсе органические соединения, а также причудливый сезонный цикл уровня метана в атмосфере красной планеты.

Климатическая тревога звучит громче, чем когда-либо

13-летняя Александрия Вилласенор пропускает школу по пятницам, чтобы бастовать во имя изменения климата. Каждую неделю, в любую погоду, она сидит на скамейке перед зданием Организации Объединенных Наций в Нью-Йорке со своими плакатами, привлекая внимание к проблеме изменения климата. 15 марта Вилласенор и другие молодые активисты со всей страны организовали глобальную школьную забастовку в защиту климата. Несанкционированное использование запрещено.

В течение этого десятилетия содержание углекислого газа в атмосфере достигло беспрецедентного для современности уровня, а температура соответствовала рекордным значениям. 9 мая 2013 г. глобальные уровни CO2 впервые в истории человечества достигли 400 частей на миллион, а к 2016 г. уровни CO2 оставались выше этого порога. В результате весь мир ощутил всплеск потепления; 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 спровоцировало глобальное обесцвечивание кораллов.Кораллы по всему миру вымерли, в том числе в некоторых частях Большого Барьерного рифа. В 2019 году Австралия объявила обитающую на острове меломис Брамбл-Кей вымершим из-за повышения уровня моря, первого известного млекопитающего, утраченного из-за современного изменения климата.

В серии важных докладов ученые всего мира убедительно привлекли внимание к изменению климата Земли, рискам, которые оно представляет, и необходимости реагировать. В 2014 году Межправительственная группа экспертов по изменению климата опубликовала свою пятую оценку реальности и последствий изменения климата, а год спустя страны мира заключили Парижское соглашение, глобальное климатическое соглашение, целью которого является удержание потепления ниже 2 градусов по Цельсию, которое мировые лидеры и ученые считают опасным порогом.В октябре 2018 года МГЭИК опубликовала еще один мрачный отчет, в котором изложены огромные издержки потепления 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 возглавляют молодежные активисты.

Открытие и повторное открытие видов

Современные биологи идентифицируют новые виды с невероятной скоростью, называя в среднем 18 000 новых видов в год. За последнее десятилетие ученые впервые описали несколько харизматичных видов млекопитающих, таких как мьянманская курносая обезьяна, гигантская крыса Вангуну и олингито, первое новое хищное животное в Западном полушарии с конца 1970-х годов. Ряды других групп животных также пополнялись, поскольку ученые описывали новообретенных рыб с «руками», крошечных лягушек размером меньше десяти центов, гигантских флоридских саламандр и многих других. Кроме того, некоторые животные, такие как вьетнамская саола и китайская илийская пищуха, были снова замечены после того, как пропали без вести в течение многих лет.

Но наряду с этими многочисленными находками ученые подсчитали экспоненциальную скорость современного вымирания. В 2019 году ученые предупредили, что четверть групп растений и животных находятся под угрозой исчезновения, предполагая, что до миллиона видов, как известных, так и неизвестных науке, сейчас находятся под угрозой вымирания, причем некоторые из них в ближайшие десятилетия.

Начало новой эры космических полетов

2010-е годы стали ключевым 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 «Тяньгун-1». В 2014 году индийская марсианская орбитальная миссия прибыла на красную планету, что сделало Индию первой страной, успешно достигшей Марса с первой попытки. В 2019 году израильская некоммерческая организация SpaceIL предприняла первую попытку высадки на Луну, финансируемую из частных источников, а китайская миссия «Чанъэ-4» совершила первую мягкую посадку на обратной стороне Луны.Мировой отряд астронавтов также стал более разнообразным: Тим Пик стал первым профессиональным британским астронавтом, Айдын Аимбетов стал первым постсоветским казахстанским космонавтом, а Объединенные Арабские Эмираты и Дания отправили своих первых астронавтов в космос. Более того, астронавты НАСА Джессика Меир и Кристина Кох совершили первый выход в открытый космос исключительно женщин.

В США, после того как в 2011 году была запущена последняя миссия космического корабля “Шаттл”, образовавшуюся пустоту заняли частные компании. 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 вертикально посадили их обратно на Землю, что стало важной вехой для более дешевых запусков с низким уровнем выбросов. Земная орбита.

Увидеть животных с неожиданной стороны

ЭКСКЛЮЗИВ: Обнаружена «светящаяся» морская черепаха

Смотреть: Исследователь National Geographic Дэвид Грубер обнаружил у Соломоновых островов биофлуоресцентную морскую черепаху.

Последнее десятилетие выявило необычные черты и поведение в животном мире. В 2015 году исследователь National Geographic Дэвид Грубер обнаружил, что морские черепахи-ястребы флуоресцируют зеленым и красным цветом — первая биофлуоресценция, когда-либо зарегистрированная у рептилий. В 2016 году исследователи показали, что гренландская акула может прожить не менее 272 лет, что делает ее самым долгоживущим из известных позвоночных. Наше понимание использования инструментов животными также улучшилось: одно исследование 2019 года впервые показало, что висайские бородавчатые свиньи используют инструменты, а несколько исследований показали, что бразильские капуцины использовали инструменты по крайней мере 3000 лет, что является самым старым из таких нечеловеческих записей, обнаруженных за пределами США. Африка. В 2018 году биологи из Кении впервые с 1909 года наблюдали чрезвычайно редкое наблюдение черного леопарда в Африке. единицы? На протяжении десятилетий ученые постепенно пересматривали классические единицы с точки зрения универсальных констант, например, используя скорость света для определения длины метра.Но научная единица массы, килограмм, осталась привязанной к «Le Grand K», металлическому цилиндру, хранящемуся на объекте во Франции. Если бы масса этого слитка по какой-либо причине менялась, ученым пришлось бы перекалибровать свои инструменты. Больше ничего: 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 все наши научные единицы теперь основаны на универсальных константах, что обеспечивает более точную эру измерений.

Десять лучших научных открытий десятилетия | Наука

Это десять самых больших успехов, сделанных учеными за последние десять лет. Фотоиллюстрация Мейлан Солли

Каждый год публикуются миллионы новых научно-исследовательских работ, проливающих свет на все: от эволюции звезд до продолжающихся последствий изменения климата, пользы для здоровья (или вреда) кофе и склонности вашей кошки игнорировать вас.С таким большим количеством исследований, проводимых каждый год, может быть трудно понять, что важно, что интересно, но в значительной степени незначительно, а что просто является плохой наукой. Но в течение десятилетия мы можем оглянуться назад на некоторые из наиболее важных и впечатляющих областей исследований, которые часто выражались в многочисленных выводах и исследовательских работах, которые привели к истинному распространению знаний. Вот десять самых больших успехов, сделанных учеными за последние десять лет.

Новые человеческие родственники

Череп Australopithecus sediba из Южной Африки, ископаемого голотипа этого вида.Фото Бретта Элоффа. Предоставлено Университетом Профбергера и Витса через Wikicommons под лицензией CC BY-SA 4.0.

Генеалогическое древо человека значительно расширилось за последнее десятилетие, когда в Африке и на Филиппинах были обнаружены окаменелости новых видов гоминидов. Десятилетие началось с открытия и идентификации Australopithecus sediba , вида гоминидов, который жил почти два миллиона лет назад на территории современной Южной Африки. Мэтью Бергер, сын палеоантрополога Ли Бергера, наткнулся на первую окаменелость вида, правую ключицу, в 2008 году, когда ему было всего 9 лет.Затем команда обнаружила другие окаменелости человека, мальчика, включая хорошо сохранившийся череп, и A. sediba , описанный 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 современных людей.

Также обнаруженный в Южной Африке группой под руководством Бергера, Homo naledi жил гораздо позже, примерно 335 000–236 000 лет назад, что означает, что он мог пересекаться с нашим собственным видом, Homo sapiens. Этот 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 небольшая мозговая оболочка (примерно одна треть размера Homo sapiens ) и большое тело для того времени, вес около 100 фунтов и рост до пяти футов. Меньший по размеру Homo luzonensis (от трех до четырех футов ростом) жил на Филиппинах от 50 000 до 67 000 лет назад, пересекаясь с несколькими видами гоминидов.Первые окаменелости H. luzonensis были первоначально идентифицированы как Homo sapiens, , но анализ 2019 года показал, что кости принадлежали совершенно неизвестному виду.

Эти три основные находки, сделанные за последние десять лет, позволяют предположить, что кости большего числа видов древних родственников человека, вероятно, спрятаны в пещерах и осадочных отложениях мира и ждут, когда их обнаружат.

Измерение космоса Изображение окружающей среды вокруг черной дыры в центре Мессье 87, массивной галактики в соседнем скоплении галактик Девы.Эта черная дыра находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли и имеет массу в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца. Сотрудничество Event Horizon Telescope и др.

Когда Альберт Эйнштейн впервые опубликовал общую теорию относительности в 1915 году, он, вероятно, и представить себе не мог, что 100 лет спустя астрономы будут проверять предсказания теории с помощью самых сложных инструментов, когда-либо созданных, и теория выдержит все проверки. Общая теория относительности описывает Вселенную как «ткань» пространства-времени, искривленную большими массами. Именно это искривление вызывает гравитацию, а не внутреннее свойство массы, как считал 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, эти пульсации могут быть обнаружены даже земными астрономами. В сентябре 2015 года коллаборация LIGO и Virgo впервые обнаружила гравитационные волны, распространяющиеся от пары сливающихся черных дыр.3 миллиарда световых лет от нас. С тех пор два инструмента обнаружили несколько дополнительных гравитационных волн, в том числе одну от двух сливающихся нейтронных звезд.

Еще одно предсказание общей теории относительности — в котором, как известно, сомневался сам Эйнштейн — это существование черных дыр вообще или точек гравитационного коллапса в пространстве с бесконечной плотностью и бесконечно малым объемом. Эти объекты поглощают всю материю и свет, попадающие слишком близко, создавая диск из перегретого материала, падающий в черную дыру. В 2017 году коллаборация Event Horizon Telescope — сеть связанных радиотелескопов по всему миру — провела наблюдения, которые позже привели к первому изображению окружающей среды вокруг черной дыры, опубликованному в апреле 2019 года.

Самые жаркие годы в истории

Ученые прогнозируют влияние сжигания угля и ископаемого топлива на температуру планеты уже более 100 лет. В выпуске Popular Mechanics за 1912 год содержится статья под названием «Замечательная погода 1911 года: влияние сжигания угля на климат — что ученые предсказывают на будущее», заголовок которой гласит: «Печи мира сейчас сжигают около 2 000 000 000 тонн угля в год.Когда он сгорает, 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, а эффект действительно значителен. 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 затопляется, смертность от жары в городах растет, а бесчисленные прибрежные и островные сообщества сталкиваются с экзистенциальным кризисом, не говоря уже об экологическом хаосе, вызванном изменением климата, который подавляет способность планеты вытягивать углерод из атмосферы. .

В 2015 году Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИК ООН) достигла консенсуса в отношении мер по борьбе с изменением климата, известного как Парижское соглашение. Основная цель Парижского соглашения — ограничить повышение глобальной температуры на 1,5 градуса по Цельсию по сравнению с доиндустриальным уровнем. Для достижения этой цели потребуются серьезные социальные преобразования, в том числе замена ископаемого топлива чистой энергией, такой как энергия ветра, солнца и атомной энергии; реформирование методов ведения сельского хозяйства для ограничения выбросов и защиты лесных массивов; и, возможно, даже создание искусственных средств удаления углекислого газа из атмосферы.

Редактирование генов Способность модифицировать геномы для предотвращения болезней или изменения физических признаков значительно расширилась за последнее десятилетие. iStock / Natali_Mis

С тех пор, как в начале 1950-х годов была открыта структура двойной спирали ДНК, ученые выдвинули гипотезу о возможности искусственного модифицирования ДНК для изменения функций организма. Первое одобренное испытание генной терапии состоялось в 1990 году, когда четырехлетней девочке удалили собственные лейкоциты, аугментировали генами, вырабатывающими фермент, называемый аденозиндезаминазой (АДА), а затем повторно ввели в ее тело для лечения АДА. дефицит, генетическое состояние, которое препятствует способности иммунной системы бороться с болезнью.Организм пациентки начал вырабатывать фермент АДА, но новые лейкоциты с исправленным геном не вырабатывались, и ей пришлось продолжать 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.Этот метод можно использовать для широкого спектра применений, от увеличения мышечной массы скота до выращивания устойчивых и урожайных культур, до лечения таких заболеваний, как рак, путем удаления клеток иммунной системы пациента, модификации их для лучшей борьбы с болезнью и повторного введения. их в организм 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, в результате чего родились девочки-близнецы — первые дети с отредактированным геномом.Геномы близнецов были изменены, чтобы сделать девочек более устойчивыми к ВИЧ, хотя генетические изменения могли также привести к непреднамеренным изменениям. Эта работа была широко осуждена научным сообществом как неэтичная и опасная, что свидетельствует о необходимости более строгих правил использования этих новых мощных инструментов, особенно когда речь идет об изменении ДНК эмбрионов и использовании этих эмбрионов для рождения живых детей.

Тайны других миров раскрыты Изображение Титана и Сатурна в естественных цветах, полученное космическим кораблем НАСА «Кассини» 6 мая 2012 года на расстоянии примерно 483 000 миль (778 000 километров) от Титана. НАСА / JPL-Калифорнийский технологический институт / Институт космических наук

Космические корабли и телескопы за последнее десятилетие предоставили огромное количество информации о мирах за пределами нашего собственного. В 2015 году зонд «Новые горизонты» прошел мимо Плутона, проведя первые наблюдения за карликовой планетой и ее спутниками. Космический корабль показал удивительно динамичный и активный мир с ледяными горами, достигающими высоты почти 20 000 футов, и изменчивыми равнинами, возраст которых не превышает 10 миллионов лет, а это означает, что геология постоянно меняется.Тот факт, что Плутон, который находится в среднем на расстоянии 3,7 миллиарда миль от Солнца, что примерно в 40 раз превышает расстояние до Земли, настолько геологически активен, предполагает, что даже холодные, далекие миры могут получать достаточно энергии для обогрева своих недр, возможно, с жидкими подземными водами. или даже жизнь.

Чуть ближе к дому космический аппарат «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, питающие кольца Сатурна, наблюдал глобальный шторм, окружающий газовый гигант, нанес на карту большой спутник Титан и нашел некоторые компоненты жизни в шлейфах ледяного материала, извергающегося из водянистого спутника Энцелада. В 2016 году, за год до окончания миссии «Кассини», космический корабль «Юнона» прибыл к Юпитеру, где он измерял магнитное поле и атмосферную динамику самой большой планеты Солнечной системы, чтобы помочь ученым понять, как Юпитер — и все остальное вокруг солнце — первоначально сформированное.

В 2012 году марсоход Curiosity приземлился на Марсе, где он сделал несколько важных открытий, в том числе новые доказательства присутствия воды на красной планете в прошлом, присутствие органических молекул, которые могут быть связаны с жизнью, и загадочные сезонные циклы метана и кислорода. которые намекают на динамичный мир под поверхностью. В 2018 году Европейское космическое агентство объявило, что данные георадара с космического корабля Mars Express предоставили убедительные доказательства существования жидкого резервуара с водой под землей недалеко от южного полюса Марса.

Тем временем два космических телескопа, Kepler и TESS, обнаружили тысячи планет, вращающихся вокруг других звезд. Kepler был запущен в 2009 году и завершил свою миссию в 2018 году, открыв загадочные и далекие планеты, измерив уменьшение света, когда они проходят перед своими звездами. К таким планетам относятся горячие Юпитеры, которые обращаются вокруг своих звезд всего за несколько дней или часов; мини-Нептуны, которые имеют размер между Землей и Нептуном и могут быть газообразными, жидкими, твердыми или иметь некоторую комбинацию; и суперземли, большие каменистые планеты, которые астрономы надеются изучить на наличие признаков жизни.TESS, запущенный в 2018 году, продолжает поиск преемника Кеплера. Космический телескоп уже открыл сотни миров, а до окончания миссии может найти 10 000 или даже 20 000.

Ископаемые пигменты раскрывают цвета динозавров Реконструированный цветовой узор Sinosauropteryx на основе пигментации ископаемого оперения. Фианн М. Смитвик и др. / Актуальная биология 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, жившего в Китае около 120–125 миллионов лет назад, показал, что доисторическое существо имело «красновато-коричневые тона». ” и полосы вдоль хвоста. Вскоре после этого реконструкция всего тела показала окраску маленького пернатого динозавра, жившего около 160 миллионов лет назад, Anchiornis , у которого были черно-белые перья на теле и яркое перо из красных перьев на голове.

Изучение окаменелых пигментов продолжает раскрывать новую информацию о доисторической жизни, намекая на потенциальные стратегии выживания животных, показывая свидетельства противотени и камуфляжа. В 2017 году у удивительно хорошо сохранившегося бронированного динозавра, жившего около 110 миллионов лет назад, Borealopelta , были обнаружены красновато-коричневые тона, помогающие сливаться с окружающей средой. Эта новая способность идентифицировать и изучать цвета динозавров будет продолжать играть важную роль в палеонтологических исследованиях, поскольку ученые изучают эволюцию прошлой жизни.

Новое определение основной единицы массы Весы Киббла NIST-4, электромагнитные весы, используемые для измерения постоянной Планка и, в свою очередь, переопределения килограмма. Дженнифер Лорен Ли / NIST

В ноябре 2018 года ученые-измерители всего мира проголосовали за официальное изменение определения килограмма, основной единицы массы. Вместо того, чтобы основывать килограмм на объекте — цилиндре 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. (Шкала метра была заменена в 1960 году определенным числом длин волн излучения криптона, например, а позже обновлена, чтобы определить метр в соответствии с расстоянием, которое свет проходит за крошечную долю секунды. )

Используя сложную машину для взвешивания, известную как весы Киббла, ученые смогли точно измерить килограмм в соответствии с электромагнитной силой, необходимой для его удержания.Затем это электрическое измерение можно было бы выразить через постоянную Планка — число, первоначально использовавшееся Максом Планком для расчета пучков энергии, исходящих от звезд.

Килограмм был не единственной единицей измерения, определение которой недавно было изменено. Изменения в Международной системе единиц, которые официально вступили в силу в мае 2019 года, также изменили определение ампера, стандартной единицы электрического тока; кельвин единица измерения температуры; и моль, единица количества вещества, используемая в химии.Изменения в килограмме и других единицах измерения позволят проводить более точные измерения небольших количеств материалов, таких как фармацевтические препараты, а также дадут ученым всего мира доступ к основным единицам измерения, а не к их определению в соответствии с объектами, которые необходимо воспроизвести и откалибровать. небольшим количеством лабораторий.

Первое секвенирование генома древнего человека Художественное изображение 1500-летнего водного захоронения в Леванлухте, Финляндия, где была извлечена древняя ДНК.Кертту Майандер

В 2010 году ученые получили новый инструмент для изучения древнего прошлого и людей, населявших его. Исследователи использовали волосы, сохранившиеся в вечной мерзлоте, для секвенирования генома человека, жившего около 4000 лет назад на территории современной Гренландии, и выявили физические черты и даже группу крови представителя одной из первых культур, поселившихся в этой части Земли. 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 — серьезная 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 каменистую кость черепа, очень плотную кость возле уха, для извлечения древней ДНК.

Тысячи древних человеческих геномов были секвенированы с момента первого успеха в 2010 году, раскрывая новые подробности о подъеме и падении потерянных цивилизаций и миграции людей по всему миру.Изучение древних геномов выявило многочисленные 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 кусочка березовой смолы возрастом 5700 лет, используемого в качестве жевательной резинки, который также содержал микробы ее рта и кусочки пищи от одного из ее последних приемов пищи.

Вакцина и новые методы лечения лихорадки Эбола Девушке делают прививку от лихорадки Эбола 22 ноября 2019 года в Гоме, Демократическая Республика Конго.Памела Тулизо / AFP через Getty Images

В этом десятилетии произошла крупнейшая в истории вспышка болезни, вызванной вирусом Эбола. Считается, что эпидемия началась с единственного случая заражения летучими мышами 18-месячного мальчика в Гвинее в декабре 2013 г. Болезнь быстро распространилась на соседние страны, достигнув столиц Либерии и Сьерра-Леоне к июлю 2014 г., обеспечив беспрецедентная возможность передачи заболевания большому количеству людей. Вирус Эбола ставит под угрозу иммунную систему и может вызвать массивное кровотечение и полиорганную недостаточность.По данным CDC, через два с половиной года после первого случая более 28 600 человек были инфицированы, в результате чего погибло не менее 11 325 человек.

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

В дополнение к профилактической вакцине исследователи искали лекарство от лихорадки Эбола у пациентов, которые уже были инфицированы этой болезнью. Два метода лечения, которые включают однократную доставку антител для предотвращения заражения клеток пациента лихорадкой Эбола, недавно продемонстрировали многообещающие клинические испытания в ДРК.Чиновники здравоохранения надеются, что с помощью комбинации вакцин и терапевтических методов лечения вирусная инфекция однажды будет искоренена навсегда.

ЦЕРН обнаружил бозон Хиггса Событие, зарегистрированное с помощью детектора 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 соответствии с CC BY-SA 4.0

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

Часть Стандартной модели говорит о том, что существует универсальное квантовое поле, которое взаимодействует с частицами, сообщая им их массы.В 1960-х годах физики-теоретики, в том числе Франсуа Энглер и Питер Хиггс, описали это поле и его роль в Стандартной модели. Оно стало известно как поле Хиггса, и, согласно законам квантовой механики, все такие фундаментальные поля должны иметь ассоциированную частицу, которая стала известна как бозон Хиггса.

Десятилетия спустя, в 2012 году, две группы, использующие Большой адронный коллайдер в ЦЕРН для проведения столкновений частиц, сообщили об обнаружении частицы с предсказанной массой бозона Хиггса, что предоставило 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 вообще существует любая материя.

Древние цивилизации Антропология Астрофизика Биология Изменение климата Климатология Динозавры наука о планете Земля Генетика Глобальное потепление Здоровье История науки Эволюция человека Происхождение человека Юпитер Марс Лекарство неврология Космическое пространство Палеонтологи Палеонтология Физика Планеты Сатурн Вакцина

Рекомендуемые видео

Как 2010-е навсегда изменили физику

Это десятилетие стало не одним, а рядом поворотных моментов в истории физики.

2010-е годы были невероятным десятилетием для новых знаний, но, что более важно, открытия этого десятилетия — и явное их отсутствие — изменили то, как физики думают о своих областях. Физика элементарных частиц и астрофизика вступили в новую эру, которая изменит то, как исследователи занимаются наукой. Новая технология, основанная на квантовой механике, может ознаменовать собой серьезный сдвиг в вычислительной технике, материаловедении и в том, как мы обращаемся с энергией.

«Такое ощущение, что мы находимся в середине смены парадигмы», — сказала Gizmodo Наталья Торо, доцент кафедры физики элементарных частиц и астрофизики в Стэнфордском университете и Национальной ускорительной лаборатории SLAC.«До сих пор не ясно, куда мы идем, но я думаю, что через 50 лет прошлое десятилетие запомнится как начало серьезного сдвига в нашем понимании физики».

В поисках мельчайших предметов

Это десятилетие принесло радикальные изменения в представления ученых как о большом, так и о малом. Возможно, наиболее примечательно то, что ученые на Большом адронном коллайдере, ускорителе частиц и коллайдере диаметром 17 миль в Женеве, Швейцария, обнаружили доказательства бозона Хиггса, последней частицы, описанной центральной теорией физики элементарных частиц, называемой Стандартной моделью.

До 1964 года некоторые теории довольно хорошо описывали вселенную, но у них была проблема: они предсказывали, что некоторые частицы, о которых уже знали физики, должны быть безмассовыми. Затем шесть ученых (наиболее известный Питер Хиггс) выпустили три статьи, решающие проблему, подробно описывая механизм, с помощью которого масса может возникать в переносящих взаимодействие частицах, называемых калибровочными бозонами, так что эти теории, объясняющие вселенную, по-прежнему будут работать. Этот механизм требовал существования другой частицы, называемой бозоном Хиггса.Несмотря на многочисленные поиски, бозон Хиггса оставался незамеченным — до этого десятилетия.

Большой адронный коллайдер в ЦЕРН, крупнейший из когда-либо построенных научных экспериментов, был запущен в 2008 году. 4 июля 2012 года исследователи по всему миру заполнили аудитории и лекционные залы, чтобы послушать, как исследователи LHC наконец объявили, что они обнаружили доказательства Хиггса в двух детекторах размером со здание эксперимента, названных ATLAS и CMS. Многие рекламировали, что все частицы, предсказанные Стандартной моделью, были найдены, и, таким образом, модель завершена…или было?

«Сказать, что мы завершили Стандартную модель, означает, что мы закончили», — сказала Gizmodo Пэтти Макбрайд, выдающийся ученый из Национальной ускорительной лаборатории Ферми и заместитель представителя CMS Collaboration в CERN. — А мы нет. Множество загадок и, по сути, около 96 процентов вещей во Вселенной до сих пор остаются необъясненными Стандартной моделью.

Большой адронный коллайдер был устрашающе тихим с 2012 года. С тех пор появилось множество интересных результатов проверки Стандартной модели, но после бозона Хиггса не было обнаружено никаких новых частиц.Физики надеялись, что ЦЕРН обнаружит свидетельства существования других частиц, таких как суперпартнеры. Было предсказано, что эти частицы одновременно объяснят, почему гравитация намного слабее других взаимодействий (подумайте — вся гравитация Земли не может помешать магниту холодильника поднять скрепку), а также послужат истинной идентичностью темная материя, таинственный материал, который, кажется, составляет основу Вселенной, но не наблюдался напрямую. И хотя есть еще много данных БАК, которые нужно просеять — и планируется, что БАК получит обновление, чтобы продолжать работать с более высокой частотой столкновений — ученые начинают задаваться вопросом, найдут ли они когда-нибудь доказательства существования этих частиц.

Но отсутствие открытий однажды может стать поворотным пунктом в истории физики. Физики элементарных частиц начали искать частицы новыми способами, например, используя высокоточные эксперименты, которые проверяют различные предсказания Стандартной модели, ища небольшие, но статистически значимые отклонения от того, что предсказывает теория, а не высокоэнергетические суперколлайдеры грубой силы. .   Это также побуждает теоретиков мыслить нестандартно в поисках новых объяснений таких вещей, как темная материя.

«Подталкивать [ускорители частиц] к более высоким энергиям» для поиска новых частиц становится все сложнее с технической точки зрения, Джош Фриман, профессор кафедры астрономии и астрофизики Чикагского университета и глава отдела физики элементарных частиц в Фермилабе, сказал Гизмодо. «Сообщество физиков элементарных частиц осознало, что нам нужно разнообразие подходов… Это будет сложной проблемой. Когда у вас есть сложная проблема, вы хотите задействовать все инструменты, которые есть в вашем наборе инструментов, потому что новая физика довольно скромна.”

Колебание самого пространства-времени

Это десятилетие также произвело революцию в физике в самых больших масштабах. Более века назад общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала, что высокоэнергетические события могут излучать возмущения, которые колеблются со скоростью света в самом пространстве-времени, называемые гравитационными волнами. Ученые долго искали гравитационные волны, создаваемые сверхновыми или двойными черными дырами, вращающимися вокруг друг друга и сталкивающимися. Косвенные свидетельства волн впервые стали появляться с открытием двойного пульсара (разновидность вращающейся нейтронной звезды) под названием PSR 1913+16.Через несколько лет ученые поняли, что ее орбитальный период уменьшается именно так, как предсказывала общая теория относительности, такая система будет терять энергию на производство гравитационных волн. Но, несмотря на другие обыски, прямых улик найти не удалось.

То есть до этого десятилетия. 14 сентября 2015 г., в 5:51 утра по восточному времени, два L-образных объекта, каждый из которых состоит из пары туннелей длиной более мили со стороны и сходятся под прямым углом, один в штате Вашингтон, а другой в Луизиане, зафиксировали смещение их лазеров в фазе друг с другом на детекторе.Эти колебания были результатом того, что две черные дыры, масса которых в 29 и 36 раз превышает массу Солнца, закручивались друг в друга по спирали, а затем сливались на расстоянии 1,3 миллиарда световых лет, излучая свои гравитационные волны на Землю.

Последовали новые наблюдения, но, возможно, еще более новаторское открытие было сделано в 2017 году, когда детекторы, к которым теперь присоединился аналогичный эксперимент Virgo в Италии, измерили гравитационные волны в тот же момент, когда телескопы по всему миру зафиксировали вспышки радио, ультрафиолетовое, инфракрасное и оптическое излучение исходят из одной и той же точки неба.Этот всплеск энергии был результатом столкновения двух нейтронных звезд, звездных трупов размером с город. Это единственное событие позволило ученым узнать о происхождении некоторых из самых тяжелых элементов таблицы Менделеева и может однажды помочь закрыть современный «кризис» в физике, связанный с тем, как быстро Вселенная ускоряется.

Это открытие, сменившее парадигму, стало отличительной чертой мультиинформационной астрономии, то есть астрономии, в которой ученые используют как световые волны, так и обнаружение какой-либо другой частицы или волны для наблюдения за источником.Первоначально телескопы использовали только видимый свет, затем другие длины волн электромагнитного излучения, такие как рентгеновские лучи или радиоволны, а теперь дополнительные обсерватории могут включать данные из космоса, поступающие от таких частиц, как нейтрино или гравитационные волны.

«Это золотой век мультимессенджерной астрономии», — сказал Gizmodo Питер Галисон, профессор физики и истории науки Гарвардского университета.

Область черных дыр пережила переломный момент в других отношениях, когда ученые, работающие на Телескопе Горизонта Событий, объединенном радиотелескопами по всему миру, объединились и направили свои тарелки на 6.Черная дыра массой 5 ​​миллиардов солнечных в центре галактики M87. Это дало первое в мире изображение черной дыры, или, точнее, тени, которую черная дыра отбрасывает на вещество позади нее. Хотя исследователи уже давно видели свидетельства существования этих искажающих свет объектов — массивных бегемотов, искажающих пространство-время настолько сильно, что свет не может избежать их притяжения, — наблюдение дало лучший прямой обзор одного из них. Ученые надеются, что это открытие положило начало новой эре науки о черных дырах и позволило им лучше понять гигантские струи материи, которые сверхмассивные черные дыры извергают из своих центров.

«[Черные дыры] могут формировать явления космологического масштаба», — сказал Галисон. «Мы видим эти объекты, излучающие свет лишь крошечную часть времени, прошедшего после Большого взрыва. Они подобны маякам на краю видимой вселенной, которые направляют к нам свои лучи. Понимание происхождения этих струй имеет большое значение для лучшего понимания… объектов, которые могут формировать распределение материи в галактиках».

Физика в реальном мире

Возможно, невоспетым героем как астрофизики, так и физики элементарных частиц в этом десятилетии является все более широкое использование алгоритмов машинного обучения для сортировки огромных наборов данных.Изображение черной дыры не существовало бы без машинного обучения, и в этом десятилетии его использование в физике элементарных частиц переживает «поворотный момент», сказал Торо Gizmodo.

Это десятилетие также положило начало новой эре технологий, основанных на особенностях физики элементарных частиц, таких как квантовые компьютеры. «Я думаю, что в этом десятилетии квантовый компьютер определенно превратился из научной фантастики в нечто, похожее на то, что вот-вот станет реальностью», — сказал Gizmodo Питер Шор, математик Массачусетского технологического института, стоящий за алгоритмом факторинга Шора.

Эти квантовые устройства были широко предложены Ричардом Фейнманом в 1981 году. Они предназначены для решения определенных проблем, с которыми обычные компьютеры не могут справиться, используя причудливую, извращенную вероятностную математику атомов, а не обычную логику. В частности, ученые надеются, что однажды им удастся смоделировать поведение молекул или запустить определенные сложные алгоритмы, используя новые математические приемы. По сути, это как если бы эти машины просто генерировали распределения вероятностей, подбрасывая монеты   , которые можно подталкивать в воздухе импульсами энергии, и, в отличие от обычных правил вероятности, эти квантовые вероятности могут иметь отрицательные знаки, когда вы складываете «монеты» вместе. , что приводит к более сложным распределениям вероятностей, чем у обычных перевернутых монет.

Только в 2007 году физики Йельского университета изобрели «трансмоновый кубит», петлю из сверхпроводящего провода, которая действует как искусственный атом и наименьшая единица квантовых вычислений. Сегодня IBM и Google разработали машины с более чем 50 кубитами, которые начинают демонстрировать ускорение по сравнению со способностями классических компьютеров для решения определенных задач. Между тем, другие компании представили устройства аналогичного размера, основанные на атомах, удерживаемых на месте с помощью лазеров. Также выросла целая экосистема стартапов, предлагающих программные инструменты или аппаратные компоненты для этих машин.

Могут пройти десятилетия, прежде чем эти машины предложат какие-либо преимущества по сравнению с классическими компьютерами, помимо того, что они будут причудливыми генераторами случайных чисел. Их невероятно трудно контролировать, прежде чем они потеряют свою квантовость из-за случайных вибраций или излучения внешнего мира. Они по-прежнему могут выдавать неправильные результаты — например, ноль в двоичной строке вместо единицы. В настоящее время исследователи работают над исправлением ошибок, объединяя несколько кубитов вместе, чтобы создать мега «логический» кубит, не подверженный ошибкам.По-настоящему «отказоустойчивый» универсальный квантовый компьютер, о котором мечтают физики, может потребовать миллионы кубитов, чтобы полностью реализовать свой потенциал.

Но физики надеются, что они могут найти применение этим маленьким шумным устройствам, которые все еще делают что-то интересное, даже если делают это не очень хорошо. Еще в 2017 году физик Калифорнийского технологического института Джон Прескилл заявил, что мы вступили в новую эру квантовых вычислений, называемую эрой шумных квантовых технологий промежуточного масштаба (NISQ).

В этом десятилетии ученые также внедрили странности квантовой механики в новую сенсорную технологию, а ученые из Китая запустили спутник, который использовал математику квантовой механики для шифрования видеозвонка между Китаем и Австрией.Переходя от квантовой науки к материаловедению, исследователи, возможно, создали первый материал, который проводит электричество без сопротивления почти при комнатной температуре — еще одно открытие, которое готовилось десятилетиями. И только в прошлом году ученые обнаружили, что они могут включать и выключать сверхпроводимость в двух листах графена одним поворотом, открытие, которое с тех пор породило поток последующих работ в двумерных системах.

---

Возможно, 2010-е годы были не лучшим временем в истории физики — в начале 20-го века были сделаны десятки новых открытий, многие из которых полностью изменили представление ученых о Вселенной в самых больших и малых масштабах.Он также не преподнес сюрпризов, и многие из его открытий были сделаны в течение многих лет. Но нельзя отрицать, что историки, оглядываясь назад на это десятилетие, увидят сдвиг парадигмы во всей физике, включая новые технологии, экспериментальные методы и способы мышления, изменившие ход истории.

Макбрайд сказал: «Я думаю, что это было замечательное десятилетие для физики».

Лауреаты Нобелевской премии по физике

1901 г.	Вильгельм Конрад Рентген	Германия	открытие рентгеновских лучей
1902 г.	Хендрик Антон Лоренц	Нидерланды	исследование влияния магнетизма на излучение
	Питер Зееман	Нидерланды	исследование влияния магнетизма на излучение
1903 г.	Анри Беккерель	Франция	открытие спонтанной радиоактивности
	Мари Кюри	Франция	исследования радиационных явлений, открытых Беккерелем
	Пьер Кюри	Франция	исследования радиационных явлений, открытых Беккерелем
1904 г.	Лорд Рэлей	У.К.	открытие аргона
1905 г.	Филипп Ленард	Германия	исследование катодных лучей
1906 г.	Сэр Дж.Дж. Томсон	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	исследования электропроводности газов
1907 г.	А.А. Майкельсон	НАС.	спектроскопические и метрологические исследования
1908 г.	Габриэль Липпманн	Франция	фотографическое воспроизведение цветов
1909 г.	Фердинанд Браун	Германия	развитие беспроводной телеграфии
	Гульельмо Маркони	Италия	развитие беспроводной телеграфии
1910 г.	Йоханнес Дидерик ван дер Ваальс	Нидерланды	исследования по уравнению состояния газов и жидкостей
1911 г.	Вильгельм Вена	Германия	открытия, касающиеся законов, управляющих тепловым излучением
1912 г.	Нильс Дален	Швеция	изобретение автоматических регуляторов освещения береговых маяков и световых буев
1913 г.	Хайке Камерлинг-Оннес	Нидерланды	исследование свойств вещества при низких температурах; производство жидкого гелия
1914 г.	Макс фон Лауэ	Германия	открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах
1915 г.	сэр Лоуренс Брэгг	У.К.	анализ кристаллической структуры с помощью рентгеновских лучей
	Сэр Уильям Брэгг	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	анализ кристаллической структуры с помощью рентгеновских лучей
1917 г.	Чарльз Гловер Баркла	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	открытие характеристического рентгеновского излучения элементов
1918 г.	Макс Планк	Германия	открытие элементарных квантов
1919 г.	Йоханнес Старк	Германия	открытие эффекта Доплера в лучах положительных ионов и разделение спектральных линий в электрическом поле
1920 г.	Шарль Эдуард Гийом	Швейцария	обнаружение аномалий в сплавах
1921 г.	Альберт Эйнштейн	Швейцария	работа в области теоретической физики
1922 г.	Нильс Бор	Дания	исследование строения атома и излучения
1923 г.	Роберт Эндрюс Милликен	У.С.	работы по элементарному электрическому заряду и фотоэффекту
1924 г.	Карл Манне Георг Зигбан	Швеция	работа в области рентгеновской спектроскопии
1925 г.	Джеймс Франк	Германия	открытие закономерностей воздействия электрона на атом
	Густав Герц	Германия	открытие закономерностей воздействия электрона на атом
1926 г.	Жан Перрен	Франция	работа над прерывистой структурой материи
1927 г.	Артур Холли Комптон	У.С.	открытие изменения длины волны рассеянного рентгеновского излучения
	C.T.R. Уилсон	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	способ сделать видимыми пути электрически заряженных частиц
1928 г.	Сэр Оуэн Уилланс Ричардсон	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	работы по эмиссии электронов горячими металлами
1929 г.	Луи де Бройль	Франция	открытие волновой природы электронов
1930 г.	Сэр Чандрасекхара Венката Раман	Индия	работа над рассеиванием света; открытие эффекта комбинационного рассеяния
1932 г.	Вернер Гейзенберг	Германия	создание квантовой механики
1933 г.	П.ЯВЛЯЮСЬ. Дирак	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	введение волновых уравнений в квантовую механику
	Эрвин Шредингер	Австрия	введение волновых уравнений в квантовую механику
1935 г.	сэр Джеймс Чедвик	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	открытие нейтрона
1936 г.	Карл Дэвид Андерсон	У.С.	открытие позитрона
	Виктор Фрэнсис Гесс	Австрия	открытие космического излучения
1937 г.	Клинтон Джозеф Дэвиссон	НАС.	экспериментальная демонстрация явления интерференции в кристаллах, облученных электронами
	Сэр Джордж Пэджет Томсон	У.К.	экспериментальная демонстрация явления интерференции в кристаллах, облученных электронами
1938 г.	Энрико Ферми	Италия	раскрытие искусственных радиоактивных элементов, полученных нейтронным облучением
1939 г.	Эрнест Орландо Лоуренс	У.С.	изобретение циклотрона
1943 г.	Отто Стерн	НАС.	открытие магнитного момента протона
1944 г.	Исидор Исаак Раби	НАС.	резонансный метод регистрации различных свойств атомных ядер
1945 г.	Вольфганг Паули	Австрия	открытие принципа запрета электронов
1946 г.	Перси Уильямс Бриджмен	У.С.	открытия в области физики высоких давлений
1947 г.	Сэр Эдвард Виктор Эпплтон	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	открытие слоя Appleton в верхних слоях атмосферы
1948 г.	Патрик М.С. Блэкетт	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	открытия в области ядерной физики и космического излучения
1949 г.	Юкава Хидэки	Япония	предсказание существования мезонов
1950 г.	Сесил Фрэнк Пауэлл	У.К.	фотографический метод изучения ядерных процессов; открытия, касающиеся мезонов
1951 г.	Сэр Джон Дуглас Кокрофт	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	работы по трансмутации атомных ядер ускоренными частицами
	Эрнест Томас Синтон Уолтон	Ирландия	работы по трансмутации атомных ядер ускоренными частицами
1952 г.	Феликс Блох	У.С.	открытие ядерного магнитного резонанса в твердых телах
	Э. М. Перселл	НАС.	открытие ядерного магнитного резонанса в твердых телах
1953 г.	Фриц Зернике	Нидерланды	метод фазово-контрастной микроскопии
1954 г.	Макс Борн	У.К.	статистические исследования атомных волновых функций
	Вальтер Боте	Западная Германия	изобретение метода совпадения
1955 г.	Поликарп Куш	НАС.	измерение магнитного момента электрона
	Уиллис Юджин Лэмб мл.	НАС.	открытия в спектре водорода
1956 г.	Джон Бардин	НАС.	исследования полупроводников и изобретение транзистора
	Уолтер Х. Браттейн	НАС.	исследования полупроводников и изобретение транзистора
	Уильям Б.Шокли	НАС.	исследования полупроводников и изобретение транзистора
1957 г.	Цунг-Дао Ли	Китай	обнаружение нарушений принципа паритета
	Чен Нин Ян	Китай	обнаружение нарушений принципа паритета
1958 г.	Павел Алексеевич Черенков	У.ССР	открытие и интерпретация эффекта Черенкова
	Илья Михайлович Франк	СССР	открытие и интерпретация эффекта Черенкова
	Игорь Евгеньевич Тамм	СССР	открытие и интерпретация эффекта Черенкова
1959 г.	Оуэн Чемберлен	У.С.	подтверждение существования антипротона
	Эмилио Сегре	НАС.	подтверждение существования антипротона
1960 г.	Дональд А. Глейзер	НАС.	развитие пузырьковой камеры
1961 г.	Роберт Хофштадтер	У.С.	определение формы и размера атомных нуклонов
	Рудольф Людвиг Мессбауэр	Западная Германия	открытие эффекта Мессбауэра
1962 г.	Лев Давидович Ландау	СССР	вклад в понимание конденсированных состояний материи
1963 г.	Дж.Ханс Д. Йенсен	Западная Германия	развитие оболочечной теории строения атомных ядер
	Мария Гепперт Майер	НАС.	развитие оболочечной теории строения атомных ядер
	Юджин Пол Вигнер	НАС.	принципы взаимодействия протонов и нейтронов в ядре
1964 г.	Николай Геннадьевич Басов	У.ССР	работы в области квантовой электроники, ведущие к созданию приборов, основанных на принципах мазера-лазера.
	Александр Михайлович Прохоров	СССР	работы в области квантовой электроники, ведущие к созданию приборов, основанных на принципах мазера-лазера.
	Чарльз Хард Таунс	У.С.	работы в области квантовой электроники, ведущие к созданию приборов, основанных на принципах мазера-лазера.
1965 г.	Ричард П. Фейнман	НАС.	основные принципы квантовой электродинамики
	Джулиан Сеймур Швингер	НАС.	основные принципы квантовой электродинамики
	Томонага Шиничиро	Япония	основные принципы квантовой электродинамики
1966 г.	Альфред Кастлер	Франция	открытие оптических методов исследования резонансов Герца в атомах
1967 г.	Ганс Альбрехт Бете	У.С.	открытия, касающиеся производства энергии звездами
1968 г.	Луис В. Альварес	НАС.	работа с элементарными частицами, открытие резонансных состояний
1969 г.	Мюррей Гелл-Манн	НАС.	классификация элементарных частиц и их взаимодействий
1970 г.	Ханнес Альфвен	Швеция	работы по магнитогидродинамике, антиферромагнетизму и ферримагнетизму
	Луи-Эжен-Феликс Неэль	Франция	работы по магнитогидродинамике, антиферромагнетизму и ферримагнетизму
1971 г.	Деннис Габор	У.К.	изобретение голографии
1972 г.	Джон Бардин	НАС.	развитие теории сверхпроводимости
	Леон Н. Купер	НАС.	развитие теории сверхпроводимости
	Джон Роберт Шриффер	У.С.	развитие теории сверхпроводимости
1973 г.	Лео Эсаки	Япония	туннелирование в полупроводниках и сверхпроводниках
	Ивар Гиавер	НАС.	туннелирование в полупроводниках и сверхпроводниках
	Брайан Д.Джозефсон	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	туннелирование в полупроводниках и сверхпроводниках
1974 г.	Энтони Хьюиш	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	работа в радиоастрономии
	сэр Мартин Райл	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	работа в радиоастрономии
1975 г.	Ааге Н.Бор	Дания	работа над атомным ядром, которая проложила путь к ядерному синтезу
	Бен Р. Моттельсон	Дания	работа над атомным ядром, которая проложила путь к ядерному синтезу
	Джеймс Рейнуотер	НАС.	работа над атомным ядром, которая проложила путь к ядерному синтезу
1976 г.	Бертон Рихтер	У.С.	открытие нового класса элементарных частиц (пси, или Дж)
	Сэмюэл К.С. Тинг	НАС.	открытие нового класса элементарных частиц (пси, или Дж)
1977 г.	Филип В. Андерсон	НАС.	вклад в понимание поведения электронов в магнитных некристаллических твердых телах
	Сэр Невилл Ф.Мотт	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	вклад в понимание поведения электронов в магнитных некристаллических твердых телах
	Джон Х. Ван Флек	НАС.	вклад в понимание поведения электронов в магнитных некристаллических твердых телах
1978 г.	Петр Леонидович Капица	У.ССР	изобретение и применение гелиевого ожижителя
	Арно Пензиас	НАС.	открытие космического микроволнового фонового излучения, подтверждающее теорию большого взрыва
	Роберт Вудро Вильсон	НАС.	открытие космического микроволнового фонового излучения, подтверждающее теорию большого взрыва
1979 г.	Шелдон Ли Глэшоу	У.С.	объединение электромагнетизма и слабых взаимодействий субатомных частиц
	Абдус Салам	Пакистан	объединение электромагнетизма и слабых взаимодействий субатомных частиц
	Стивен Вайнберг	НАС.	объединение электромагнетизма и слабых взаимодействий субатомных частиц
1980 г.	Джеймс Уотсон Кронин	У.С.	демонстрация одновременного нарушения симметрии сопряжения заряда и инверсии четности
	Вэл Логсдон Фитч	НАС.	демонстрация одновременного нарушения симметрии сопряжения заряда и инверсии четности
1981 г.	Николаас Блумберген	У.С.	применение лазеров в спектроскопии
	Артур Леонард Шавлов	НАС.	применение лазеров в спектроскопии
	Кай Манне Бёрье Зигбан	Швеция	электронная спектроскопия для химического анализа
1982 г.	Кеннет Геддес Уилсон	У.С.	анализ непрерывных фазовых переходов
1983 г.	Субрахманьян Чандрасекар	НАС.	вклад в понимание эволюции и деволюции звезд
	Уильям А. Фаулер	НАС.	вклад в понимание эволюции и деволюции звезд
1984 г.	Саймон ван дер Меер	Нидерланды	открытие субатомных частиц W и Z, что поддерживает электрослабую теорию
	Карло Руббиа	Италия	открытие субатомных частиц W и Z, что поддерживает электрослабую теорию
1985 г.	Клаус фон Клитцинг	Западная Германия	открытие квантованного эффекта Холла, позволяющее точно измерять электрическое сопротивление
1986 г.	Герд Бинниг	Западная Германия	разработка электронных микроскопов
	Генрих Рорер	Швейцария	разработка электронных микроскопов
	Эрнст Руска	Западная Германия	разработка электронных микроскопов
1987 г.	Дж.Георг Беднорц	Западная Германия	открытие новых сверхпроводящих материалов
	Карл Алекс Мюллер	Швейцария	открытие новых сверхпроводящих материалов
1988 г.	Леон Макс Ледерман	НАС.	исследование субатомных частиц
	Мелвин Шварц	У.С.	исследование субатомных частиц
	Джек Стейнбергер	НАС.	исследование субатомных частиц
1989 г.	Ганс Георг Демельт	НАС.	разработка методов выделения атомов и субатомных частиц для изучения
	Вольфганг Пауль	Западная Германия	разработка методов выделения атомов и субатомных частиц для изучения
	Норман Фостер Рэмси	У.С.	разработка атомных часов
1990 г.	Джером Исаак Фридман	НАС.	открытие кварков
	Генри Уэй Кендалл	НАС.	открытие кварков
	Ричард Э. Тейлор	Канада	открытие кварков
1991 г.	Пьер-Жиль де Женн	Франция	открытие общих закономерностей поведения молекул
1992 г.	Жорж Шарпак	Франция	изобретение детектора, который отслеживает субатомные частицы
1993 г.	Рассел Алан Халс	У.С.	определение двойных пульсаров
	Джозеф Х. Тейлор-младший	НАС.	определение двойных пульсаров
1994 г.	Бертрам Н. Брокхаус	Канада	разработка методов рассеяния нейтронов
	Клиффорд Г.Шулл	НАС.	разработка методов рассеяния нейтронов
1995 г.	Мартин Льюис Перл	НАС.	открытие субатомной частицы тау
	Фредерик Рейнс	НАС.	открытие нейтрино
1996 г.	Дэвид М.Ли	НАС.	открытие сверхтекучести в изотопе гелий-3
	Дуглас Д. Ошерофф	НАС.	открытие сверхтекучести в изотопе гелий-3
	Роберт С. Ричардсон	НАС.	открытие сверхтекучести в изотопе гелий-3
1997 г.	Стивен Чу	У.С.	процесс захвата атомов лазерным охлаждением
	Клод Коэн-Таннуджи	Франция	процесс захвата атомов лазерным охлаждением
	Уильям Д. Филлипс	НАС.	процесс захвата атомов лазерным охлаждением
1998 г.	Роберт Б.Лафлин	НАС.	открытие дробного квантового эффекта Холла
	Хорст Л. Штормер	НАС.	открытие дробного квантового эффекта Холла
	Дэниел С. Цуй	НАС.	открытие дробного квантового эффекта Холла
1999 г.	Герардус ‘т Хофт	Нидерланды	изучение квантовой структуры электрослабых взаимодействий
	Мартинус Дж.Г. Вельтман	Нидерланды	изучение квантовой структуры электрослабых взаимодействий
2000 г.	Жорес И. Алферов	Россия	разработка быстрых полупроводников для использования в микроэлектронике
	Джек С. Килби	У.С.	разработка интегральной схемы (микрочипа)
	Герберт Кремер	Германия	разработка быстрых полупроводников для использования в микроэлектронике
2001 г.	Эрик А. Корнелл	НАС.	достижение конденсации Бозе-Эйнштейна в разбавленных газах щелочных атомов; ранние фундаментальные исследования свойств конденсатов
	Вольфганг Кеттерле	Германия	достижение конденсации Бозе-Эйнштейна в разбавленных газах щелочных атомов; ранние фундаментальные исследования свойств конденсатов
	Карл Э.Виман	НАС.	достижение конденсации Бозе-Эйнштейна в разбавленных газах щелочных атомов; ранние фундаментальные исследования свойств конденсатов
2002 г.	Рэймонд Дэвис-младший	НАС.	обнаружение нейтрино
	Риккардо Джаккони	У.С.	основополагающие открытия космических источников рентгеновского излучения
	Косиба Масатоши	Япония	обнаружение нейтрино
2003 г.	Алексей Абрикосов	НАС.	открытия относительно сверхпроводимости и сверхтекучести при очень низких температурах
	Виталий Л.Гинзбург	Россия	открытия относительно сверхпроводимости и сверхтекучести при очень низких температурах
	Энтони Дж. Леггетт	НАС.	открытия относительно сверхпроводимости и сверхтекучести при очень низких температурах
2004 г.	Дэвид Дж. Гросс	У.С.	открытие асимптотической свободы в теории сильного взаимодействия
	Х. Дэвид Полицер	НАС.	открытие асимптотической свободы в теории сильного взаимодействия
	Фрэнк Вильчек	НАС.	открытие асимптотической свободы в теории сильного взаимодействия
2005 г.	Рой Дж.Глаубер	НАС.	вклад в область оптики
	Джон Л. Холл	НАС.	вклад в развитие лазерной спектроскопии
	Теодор В. Хенш	Германия	вклад в развитие лазерной спектроскопии
2006 г.	Джон С.Мазер	НАС.	открытие формы черного тела и анизотропии космического микроволнового фонового излучения
	Джордж Ф. Смут	НАС.	открытие формы черного тела и анизотропии космического микроволнового фонового излучения
2007 г.	Альберт Ферт	Франция	открытие гигантского магнитосопротивления
	Питер Грюнберг	Германия	открытие гигантского магнитосопротивления
2008 г.	Кобаяси Макото	Япония	открытие происхождения нарушенной симметрии, которая предсказывает существование по крайней мере трех семейств кварков в природе
	Маскава Тосихидэ	Япония	открытие происхождения нарушенной симметрии, которая предсказывает существование по крайней мере трех семейств кварков в природе
	Ёичиро Намбу	У.С.	открытие механизма спонтанной нарушенной симметрии в субатомной физике
2009 г.	Уиллард Бойл	Канада/США	изобретение ПЗС-сенсора, полупроводниковой схемы формирования изображения
	Чарльз Као	Великобритания/США	достижения в области передачи света в волокнах для оптической связи
	Джордж Э.Смит	НАС.	изобретение ПЗС-сенсора, полупроводниковой схемы формирования изображения
2010	Андре Гейм	Нидерланды	эксперименты с двумерным материалом графеном
	Константин Новоселов	Россия/У.К.	эксперименты с двумерным материалом графеном
2011	Сол Перлмуттер	НАС.	открытие ускоряющегося расширения Вселенной посредством наблюдений далеких сверхновых
	Брайан П. Шмидт	США/Австралия	открытие ускоряющегося расширения Вселенной посредством наблюдений далеких сверхновых
	Адам Г.Рисс	НАС.	открытие ускоряющегося расширения Вселенной посредством наблюдений далеких сверхновых
2012	Серж Арош	Франция	разработка методов, позволяющих измерять и манипулировать отдельными квантовыми системами
	Дэвид Дж.Вайнленд	НАС.	разработка методов, позволяющих измерять и манипулировать отдельными квантовыми системами
2013	Франсуа Энглер	Бельгия	теоретическое открытие механизма, способствующего пониманию происхождения массы субатомных частиц
	Питер Хиггс	У.К.	теоретическое открытие механизма, способствующего пониманию происхождения массы субатомных частиц
2014	Акасаки Исаму	Япония	изобретение эффективных синих светодиодов, которые позволили создать яркие и энергосберегающие источники белого света.
	Амано Хироси	Япония	изобретение эффективных синих светодиодов, которые позволили создать яркие и энергосберегающие источники белого света.
	Сюдзи Накамура	У.С.	изобретение эффективных синих светодиодов, которые позволили создать яркие и энергосберегающие источники белого света.
2015	Кадзита Такааки	Япония	открытие осцилляций нейтрино, которые показывают, что нейтрино имеют массу
	Артур Б. Макдональд	Канада	открытие осцилляций нейтрино, которые показывают, что нейтрино имеют массу
2016	Дэвид Таулесс	У.К.	теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи
	Дункан Холдейн	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи
	Майкл Костерлиц	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	теоретические открытия топологических фазовых переходов и топологических фаз материи
2017	Барри С.Бариш	НАС.	решающий вклад в детектор лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории и наблюдение гравитационных волн
	Кип С. Торн	НАС.	решающий вклад в детектор лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории и наблюдение гравитационных волн
	Райнер Вайс	У.С.	решающий вклад в детектор лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории и наблюдение гравитационных волн
2018	Артур Эшкин	НАС.	изобретение оптического пинцета и его применение в биологических системах
	Жерар Муру	Франция	изобретение метода генерации сверхкоротких оптических импульсов высокой интенсивности
	Донна Стрикленд	Канада	изобретение метода генерации сверхкоротких оптических импульсов высокой интенсивности
2019	Джеймс Пиблз	Канада/У.С.	теоретические открытия в физической космологии
	Мишель Майор	Швейцария	открытие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды солнечного типа
	Дидье Кело	Швейцария	открытие экзопланеты, вращающейся вокруг звезды солнечного типа
2020	Рейнхард Гензель	Германия	открытие сверхмассивного компактного объекта в центре Галактики Млечный Путь
	Андреа Гез	У.С.	открытие сверхмассивного компактного объекта в центре Галактики Млечный Путь
	Роджер Пенроуз	СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО.	открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности
2021	Клаус Хассельманн	Германия	разработка основы человеческих знаний о климате Земли и о том, как человечество влияет на него
	Манабэ Сюкуро	Япония/У.С.	разработка основы человеческих знаний о климате Земли и о том, как человечество влияет на него
	Джорджио Паризи	Италия	открытие взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах от атомного до планетарного масштаба

10 научных прорывов 2021 года, о которых вам нужно знать

В новостях науки 2021 года доминировал Covid-19 по уважительной причине, и следующий год, вероятно, будет таким же.Но пандемия — это не все, с чем столкнулась наука в 2021 году. В этом году было много интересных и важных научных прорывов, о многих из которых мы еще услышим в ближайшие годы.

Вступая в новый год на фоне растущего числа случаев заболевания Омикроном, давайте сделаем шаг назад и посмотрим, как далеко мы продвинулись в области науки с помощью этих 10 научных новостей и научных прорывов 2021 года:

1. Covid -19 вакцина

Разработка вакцин против Covid-19 на самом деле является частью научных новостей 2020 года, но они были выпущены в 2021 году.

Вакцины Pfizer и Moderna Covid-19 были развернуты для экстренного применения у взрослых в рекордно короткие сроки в декабре прошлого года, а в феврале 2021 года последовала однократная вакцина Johnson & Johnson.

Вакцина Covid-19 теперь доступна для детей в возрасте пяти лет.

До этого самым быстрым периодом от разработки до развертывания вакцины была вакцина против эпидемического паротита в 1960-х годах, и на это ушло четыре года.

2. Вакцина против малярии для детей

Малярия по-прежнему остается одной из самых опасных болезней на планете, от которой ежегодно умирает около полумиллиона человек.Более половины из них — дети в возрасте до пяти лет.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) в октябре одобрила первую в мире вакцину против малярии для детей, которая также является первой вакциной против любого паразитарного заболевания.

Mosquirix — торговая марка препарата — стоимость разработки и испытаний с 1987 года составила более 750 миллионов долларов США.

Новая вакцина борется с самым смертоносным из пяти возбудителей малярии и вводится в виде серии из четырех инъекций. Этот научный прорыв может предотвратить около 5 лет.3 миллиона случаев малярии каждый год.

3. Запуск телескопа Джеймса Уэбба

Космический телескоп Джеймса Уэбба, крупнейший и самый мощный из когда-либо созданных космических телескопов, запущен в декабре.

Он преодолеет почти 1 миллион миль за 30 дней до стабильного места в космосе, а затем еще шесть месяцев потребуется, чтобы развернуть свои инструменты, отрегулировать и откалибровать.

Работа по созданию телескопа была начата в 1996 году НАСА, Канадским космическим агентством и Европейским космическим агентством и стоила около 500 миллионов долларов США.Запуск несколько раз откладывался.

В течение следующих нескольких десятилетий он будет отслеживать орбиту Земли вокруг Солнца. Ранее невидимые части Вселенной теперь можно было бы наблюдать, и они могли бы делать то, что космический телескоп Хаббла не может.

Вскоре люди смогут увидеть возможные признаки жизни на другой планете, наблюдать за рождением звезд и узнать, как образовались ранние галактики.

4. Новые находки на Марсе

В феврале 2021 года на Марс прибыли три миссии, воспользовавшиеся выравниванием орбит Земли и Марса, что происходит раз в 26 месяцев.

Орбитальный аппарат «Надежда» Объединенных Арабских Эмиратов предназначен для изучения прошлого и настоящего климата Марса с орбиты путем наблюдения за ежедневными, ежемесячными и ежегодными изменениями Красной планеты.

Китайское национальное космическое агентство (CNSA) Tianwen-1 обследовало поверхность Марса с орбиты, а затем посадило марсоход Zhurong на большой равнине Утопия на Марсе. Цель состояла в том, чтобы проверить способность Китая передвигаться по поверхности Марса.

Посадочный модуль НАСА Perseverance, который основан на конструкции Curiosity, но оснащен набором инструментов для бурения и хранения образцов породы, проведет следующие несколько лет, путешествуя по кратеру Джезеро.

Он соберет до 43 образцов горных пород, которые будут отправлены обратно в тайники в миссии «Возвращение образцов», которая все еще находится в стадии планирования.

Одним из самых больших научных открытий на Марсе является испытание, чтобы увидеть, сможем ли мы пролететь сквозь марсианскую атмосферу.

Вертолет Изобретательности, который появился вместе с Настойчивостью в качестве демонстрационной миссии, представляет собой небольшой вертолет, похожий на дрон. На данный момент пройдено более 2 км.

В путешествии Настойчивости помогает Вертолет Изобретательности, который ведет разведку впереди и выделяет потенциальные опасности или интересные объекты с помощью оборудованной камеры.

В этом году на Марсе ОАЭ научились выходить на орбиту, Китай научился приземляться, а НАСА научилось летать.

5. Ближе, чем когда-либо, к обнаружению ET

Кембриджские исследователи в статье, опубликованной в августе, предположили существование мира, попадающего в категорию гикейских планет, которые могут поддерживать жизнь.

Мир, о котором они говорили, примерно в 2,6 раза больше Земли, с богатой водородом атмосферой, горячей и покрытой океанами. Люди не смогли бы выжить в таком мире, но другие существа смогли бы.

Поскольку легче обнаружить биосигнатуры с гикейских планет (таких как метилхлорид и диметилсульфид), чем с земноподобных планет (таких как кислород, метан и т. д.), возможно обнаружить и подтвердить внеземную жизнь в следующие две или три слезы.

Многие экзопланеты, о которых мы уже знаем, принадлежат к классу гикейских планет.

6. Редактирование генов CRISPR, введенное в кровь

Концепция редактирования генов быстро набирает обороты, и в июне 2021 года редактор генов CRISPR Cas-9 был введен непосредственно в кровоток пациенту с редким наследственным заболеванием.

Обычно клетки извлекаются у пациента, и CISPR работает с ними в лабораторных условиях, прежде чем отредактированные гены возвращаются в организм.

Это трудоемкий и дорогостоящий процесс, и часто после этого пациентам часто приходится проходить химиотерапию.

Этот случай, касающийся ранее неизлечимого состояния транстиретинового амилоидоза, был быстрым и успешным, и лечение даже привело к снижению деструктивных белков, которые накапливаются в тканях и органах человека с этим заболеванием.

7. Новые виды ранних людей

Девяносто лет назад в Китае была обнаружена окаменелость черепа, которую семья спрятала до тех пор, пока фермер не передал ее университетскому музею в 2018 году.

Исследователи из Китая проанализировали способность используя датирование серий урана и рентгеновскую флуоресценцию, и объявил его новым видом ранних людей.

У черепа был большой череп, который мог вместить большой мозг, толстые брови и почти квадратные глазницы, что отличало его от других видов Homo.

Homo longi или «человек-дракон», как назвали этот новый вид, ранее предполагалось, что это человек более позднего плейстоцена, присоединившийся к Homo sapiens и неандертальцам.

Тем не менее, до сих пор продолжаются споры о том, следует ли называть его новым видом, и нам нужно дождаться, пока окаменелости руды заполнят пробелы в ранней истории человечества.

Связанный с этим научный прорыв 2021 года связан с палеонтологами-неандертальцами из Мадрида, которые создали 3D-модели структур уха неандертальцев, заявив, что они, возможно, могли говорить и слышать, как Homo sapiens, современный человеческий вид.

Наши представления о ранних человеческих видах, безусловно, меняются по мере того, как мы обнаруживаем больше данных,

8. Самый мощный квантовый процессор

Квантовые компьютеры могут за секунды делать то, на что лучшим современным суперкомпьютерам потребовалось бы несколько дней или недель. процесс.

Квантовый компьютер использует законы квантовой физики для невероятных вычислительных возможностей, которые могут революционизировать метеорологию, кибербезопасность, производство, национальную оборону и многое другое.

В ноябре 2021 года IBM выпустила свой 127-кубитный Eagle. Это самый мощный квантовый процессор.

Позже компания Quantinuum запустила облачную платформу кибербезопасности под названием Quantum Origin, первый в мире коммерческий продукт, основанный на квантовых вычислениях.

Теперь квантовые вычисления будут быстро развиваться.

9. Люди влияют на эволюцию животных

Люди прямо или косвенно влияют на эволюцию животных.Исследования показали резкое увеличение количества безбивневых африканских слонов после многих лет браконьерской деятельности.

Это связано с тем, что во время гражданской войны в Мозамбике с 1977 по 1992 год браконьеры убили так много слонов с гигантскими бивнями, что именно самки без огромных бивней чаще передавали свои гены.

До войны около 20 процентов слонов не имели бивней, а сейчас около половины самок слонов лишены бивней.

Помимо убийства животных, одним из косвенных способов воздействия на эволюцию животных благодаря людям является то, как они справляются с повышением температуры, вызванным глобальным потеплением.

Исследование, опубликованное в журнале Trends in Ecology and Evolution, показало, что у летучих мышей отрастают большие крылья, а у кроликов – более длинные уши. Оба этих фактора, вероятно, рассеивают больше тепла в окружающий воздух.

Science Advances опубликовали больше доказательств по этому поводу. Скорее всего, в результате повышения температуры и изменения характера осадков 77 видов птиц из отдаленного участка тропических лесов Амазонки стали меньше весить и иметь более длинные крылья в течение 40 лет.

10. Разработано искусственное сердце из титана

Ученые пытаются построить искусственное сердце уже более 50 лет. Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) ежегодно уносят около 17,9 миллионов жизней во всем мире и являются основной причиной смерти во всем мире.

Австралийская исследовательская группа создала BiVACOR, титановое сердце, в котором используется технология вращающихся дисков.

Оно работает не так, как человеческое сердце, но пытается превзойти эволюцию, создав более совершенный механизм для перекачивания крови по человеческому телу.Он имеет круглый насос, подвешенный между магнитами в искусственном сердце из титана.

Полное испытание на людях еще предстоит провести. До сих пор он только временно тестировался на пациентах с пересаженным сердцем и подвергался испытаниям на животных.

Читать: Ученые обнаружили новую челюстную мышцу после вскрытия голов 12 человеческих трупов

Читать: 30 Невероятных фактов о человеческом теле