Открытия за последние 10 лет по физике: от бозона Хиггса до первых CRISPR-детей

от бозона Хиггса до первых CRISPR-детей

Святослав Иванов Новостной редактор

С каждым годом наука развивается всё быстрее и быстрее — увеличение финансирования исследований привлекает всё больше молодых специалистов в академическую среду, а развитие искусственного интеллекта позволяет упростить рутинные обработки данных и ускорить процессы сбора информации. «Хайтек» вместе с VK запускает специальный проект о самых интересных научных открытиях за последнее десятилетие. Проголосовать за самое интересное достижение можно здесь.

Читайте «Хайтек» в

2010

Григорий Перельман доказал гипотезу Пуанкаре

Математический институт Клэя в 2010 году присудил российскому математику Григорию Перельману Премию тысячелетия — аналог Нобелевской премии, только в области математики. Перельман получил премию в размере $1 млн за первое верное доказательство премии Пуанкаре, при этом институту пришлось пойти на изменение своих же принципов — обычно ее дают только за публикации в рецензируемых журналах, тогда как Перельман просто опубликовал несколько препринтов на сайте arXiv.org.

Гипотеза Пуанкаре говорит о том, что всякое односвязное компактное трехмерное многообразие без края гомеоморфно трехмерной сфере. При этом сформулированная еще в 1904 году математиком Анри Пуанкаре гипотеза была доказана Перельманом в серии статей в 2002-2003 годах. Но Математический институт Клэя наградил Перельмана только в 2010 году, поскольку российский ученый не публиковался в рецензируемых изданиях и не доделал свое исследование — этим занимались американские и китайские математики.

Анри Пуанкаре является одним из родоначальников топологии — раздела математики, которая изучает свойства поверхностей, не меняющиеся при определенных деформациях. Например, воздушный шар можно с легкостью деформировать в различные фигуры, как это и делают дети. При этом, чтобы сделать бублик (или тор, как говорится в геометрии), придется разрезать шарик и скрутить из него этот объект. Топология как раз изучает свойства этих поверхностей, которые не меняются при деформации, поскольку они гомеоморфны.

Открытие Денисовских людей

В марте 2010 года в журнале Nature появилась публикация российских ученых, которые утверждали, что открыли новый вид древнего человека — Денисовский человек, или денисовец (Homo denisovensis).

Первый фрагмент денисовцев найден в Денисовой пещере в Солонешенском районе Алтайского края. Считается, что более 40 тыс. лет назад Homo denisovensis населяли ареал, пересекающийся по времени и месту с территориями в Азии, где жили неандертальцы и современные люди.

При этом Денисовский человек был немного крупнее Homo, а приемы, которые использовались им для обработки камней 45 тыс. лет назад, применялись затем только в конце Бронзового века.

Впервые запущен Falcon 9 от SpaceX

4 июня 2010 года компания SpaceX Илона Маска провела первый успешный тестовый полет своей многоразовой ракеты Falcon 9.

Во время тестирования Falcon 9 успешно достигла орбиты Земли. При этом запуск должен был состояться за неделю до этого пуска, однако инженеры перенесли его буквально за несколько секунд до старта из-за проблем с двигателем.

Falcon 9 во время тестового запуска вывела на орбиту урезанную версию грузового корабля Dragon, который впоследствии стал перевозить грузы на МКС. Во время этого запуска компания SpaceX проверяла, как корабль будет реагировать на взлет и сможет ли ракета вывести аппарат такой формы в космос.

2011

Китай запустил первую орбитальную станцию Tiangong-1

29 сентября 2011 года Китай стал первой страной после России и США, которая запустила в космос пилотируемый аппарат класса орбитальной станции.

Целью запуска Tiangong-1 стало изучение возможностей стыковки китайских кораблей в открытом космосе и развитие китайских технологий. Власти КНР называли этот проект тестовым в рамках создания полноценного аналога МКС.

Tiangong-1 провела на орбите более восьми лет — сход с орбиты состоялся 2 апреля 2018 года. После этого Китай запускал еще небольшую станцию Tiangong-2 на орбиту, но ее сход в атмосферу Земли состоялся в июне 2019 года.

Эффективность антиретровирусной терапии для предотвращения распространения ВИЧ

В августе 2011 года в журнале New England Journal of Medicine было опубликовано большое исследование об эффективности антиретровирусной терапии для предотвращения распространения вируса иммунодефицита человека.

Международный проект HPTN 052 для изучения передачи ВИЧ был запущен в 2007 году. В нем приняли участие 1,7 тыс. гетеросексуальных пар из девяти стран — Бразилии, Индии, Таиланда, США, Ботсваны, Кении, Малави, ЮАР и Зимбабве.

Важной чертой эксперимента было наличие одного ВИЧ-положительного в паре. Согласно исследованию, применение антиретровирусных препаратов не только сдерживает развитие ВИЧ, но и на 96% снижает риск передачи вируса другим людям. Испытания проходили более четырех лет.

Kepler открыл первую маленькую экзопланету

НАСА объявило об открытии первой маленькой скалистой экзопланеты 11 января 2011 года.

Небольшая экзопланета Kepler-10b, найденная человечеством, была в 1,4 раза больше Земли и в 4,6 раза тяжелее. Найти экзопланету такого размера было крайне сложно, отмечали ученые, поскольку подобный объект, проходя перед своей материнской звездой, перекрывал всего не более 0,1% света.

При этом Kepler был запущен в 2009 году именно для поиска таких планет, которые могли бы быть обитаемы, с каменистой структурой — как Земля, Марс или Венера.

2012

Физики из CERN открыли бозон Хиггса

В июле 2012 года физики из CERN открыли бозон Хиггса — последнюю неоткрытую тогда частицу Стандартной модели, без которой нельзя было объяснить существование массы всех остальных частиц. Именно поэтому бозон Хиггса называют частицей бога.

Многие эксперты считают открытие бозона Хиггса главным событием в физике, которое пока произошло даже не за последнее десятилетие, а с начала XXI века.

Найден первый динозавр с перьями

Китайские ученые впервые нашли динозавра, кожный покров которого мог быть покрыт перьями.

Долгое время художники и ученые могли только догадываться о том, как выглядят динозавры. При этом их силуэт еще можно было восстановить из костей, но цвет кожи и ее структура были неизвестны.

Благодаря работе с ДНК китайским ученым удалось восстановить внешний вид одного маленького динозавра — Microraptor. Им оказалось небольшое существо размером с ворону, покрытое черными перьями.

2013

Ученые получили первые пробы воды из озера Восток в Антарктиде

10 января 2013 года российские ученые во время буровых работ извлекли из скважины первый образец прозрачного льда, образовавшегося из воды реликтового озера Восток в Антарктиде — крупнейшего в регионе.

Вода и керн были получены с глубины 3 406 м. Озеро Восток в Антарктиде считается уникальной водной экосистемой, которая была изолирована от земной атмосферы и поверхностной биосферы на протяжении миллионов лет.

Открытие озера Восток в Антарктиде считается последним великим географическим открытием XX века.

Voyager-1 впервые вышел в межзвездное пространство

В 2013 году межпланетный зонд Voyager-1 пересек границы гелиосферы и вышел за пределы Солнечной системы в межзвездное пространство.

Путешествие от Земли до границы гелиосферы заняло у зонда более 36 лет. Voyager-1 стал первым искусственным объектом, которому удалось выйти в межзвездное пространство. Сейчас таких объектов уже три — Voyager-1, Voyager-2 и зонд New Horizons.

При этом разные ученые в течение нескольких лет ошибочно заявляли, что данные Voyager-1 показывают о выходе спутника из Солнечной системы, а СМИ каждый раз писали сенсационные новости. Однако официальное объявление НАСА появилось только в сентябре 2013 года.

Ученые впервые зарегистрировали нейтрино высоких измерений из дальнего космоса

Ученые из проекта нейтринного телескопа IceCube, находящегося на Южном полюсе на глубине около 2 450 м, объявили о первой регистрации нейтрино высоких измерений, попавших на Землю из дальнего космоса.

Благодаря глубинам льда IceCube позволяет улавливать движение нейтрино без помех. За два года наблюдений ученым удалось зафиксировать 200 тыс. нейтринных событий — в среднем одно событие за шесть минут, но почти все они были вызваны частицами нейтрино низких энергий — то есть тех, что в огромном количестве производятся на Солнце или даже образуются в атмосфере Земли под воздействием солнечных лучей.

При этом 28 событий были вызваны космическими нейтрино. Два из них — мощностью 1 000 тераэлектронвольт, а одно — 2 000 тераэлектронвольт. Для сравнения, самый мощный на Земле ускоритель частиц Большой адронный коллайдер пока не может развить мощность выше 14 тераэлектронвольт.

2014

Модуль «Филы» совершил посадку на поверхность кометы 67P/Чурюмова-Герасименко

В ноябре 2014 года спускаемый модуль «Филы» совершил первую в истории посадку на комету 67P/Чурюмова-Герасименко.

Посадку можно назвать успешной только частично — модуль после приземления отскочил от поверхности кометы на несколько сотен метров, после чего уже снова смог опуститься на нее.

Спуск стал первой в истории человечества посадкой искусственного объекта на комету. После этого — в 2016 году — посадку на комету совершил и зонд «Розетта», который доставил «Филы» к комете.

Индийская миссия «Мангальян» вышла на орбиту Марса

Индийская космическая миссия «Мангальян», или Mars Orbiter Mission вышла на орбиту Марса.

Благодаря миссии «Мангальян» Индия стала первой страной, успешно посадившей спускаемый модуль на Марс с первого раза. Кроме того, запуск марсианской миссии обошелся всего в $76 млн — это самая дешевая межпланетная миссия в истории человечества.

Миссия «Мангальян» изначально планировалась всего на один год, однако благодаря успешному выполнению гравитационных маневров спутник будет заниматься исследованиями на орбите Красной планеты до конца 2020 года.

Проект BICEP2 смог обнаружить гравитационные волны. А потом отказался от открытия

В марте 2014 года ученые из проекта BICEP2 созвали глав Нобелевского комитета для анонса своего открытия — гравитационных волн. Это открытие должно было подтвердить гипотезы, что Вселенная началась с Большого взрыва.

Используя чувствительный микроволновый телескоп около Южного полюса, исследователи обнаружили поляризационную картину на космическом микроволновом фоне (CMB), которую они описали как гравитационные флуктуации, появившиеся в течение первых 10 секунд существования Вселенной.

Ближе к концу года ученые из Университета Макса Планка выпустили публикацию, в которой обвинили ученых в неверной трактовке данных. Оказалось, что телескоп заметил галактическую пыль, а не гравитационные волны.

2015

Принятие Парижского соглашения

12 декабря 2015 года в ходе Конференции по климату в Париже было принято Парижское соглашение — главный действующий договор стран об экологии и изменении климата.

Сейчас Парижское соглашение подписали практически все страны мира, и даже недавно его ратифицировала Россия. Основной целью Парижского соглашения является удерживание роста глобальной средней температуры «намного ниже» 2 °C, а лучше не позволить ей вырасти более чем на 1,5 °C, по сравнению с доиндустриальной эпохой.

Текущие выбросы стран приведут к тому, что к 2100 году температура на Земле вырастет на 4 °C. Это приведет к экологическим последствиям, которые невозможно будет исправить — таянию ледников, повышению температуры океанов и гибели многих видов животных, насекомых и растений.

New Horizons начал изучать Плутон

Автоматическая межпланетная миссия НАСА New Horizons долетела до своей основной цели — Плутона.

По сути, первые снимки Плутона сделала именно миссия New Horizons. Спутник был запущен с Земли еще в 2006 году, а прибыл на орбиту Плутона спустя 11 лет. После этого New Horizons снял все спутники Плутона с расстояния всего 12,5 тыс. км от планеты и обнаружил наличие метанового льда на ней.

Сейчас практически всё изучение Плутона проводится именно на основе данных, полученных с зонда New Horizons.

2016

LIGO и Virgo официально объявили об открытии гравитационных волн

11 февраля 2016 года группа ученых из миссий LIGO и Virgo обнаружила гравитационные волны, то есть сделать как раз то, что не получилось у команды из BICEP2. В 2017 году за это открытие ученые получили Нобелевскую премию по физике.

Существование гравитационных волн впервые было предсказано еще в 1916 году Альбертом Эйнштейном на основании общей теории относительности. Обнаружить гравитационные волны удалось за счет слияния черных дыр 14 сентября 2015 года.

Ребенок от трех родителей

Процедура «трех родителей» — трансплантация митохондрий при экстракорпоральном оплодотворении — была впервые успешно проведена на здоровых эмбрионах человека.

Эмбрион был выращен из спермы отца, ядра клетки матери и яйца третьего донора, у которого было удалено ядро. Ученые полагают, что это позволяет избежать влияния мутаций со стороны матери, которые приводят к диабету или глухоте.

При этом в Мексике в апреле 2017 года родился ребенок, зачатие которого происходило с использованием митохондриальной ДНК третьего человека.

2017

Обнаружен первый межзвездный космический объект 1I/Оумуамуа

19 октября 2017 года телескопом Pan-STARRS был обнаружен объект 1I/Оумуамуа — первое межзвездное тело, пролетающее через Солнечную систему. Изначально оно считалось кометой, но потом было переклассифицировано в астероид. Это первый открытый объект нового класса гиперболических астероидов.

Вероятная область вылета находится в окрестностях Веги в созвездии Лиры. Оумуамуа движется по гиперболической траектории со скоростью 26 км/с. Ученые считают, что Солнечная система — первая планетарная система, мимо которой Оумуамуа пролетел после выброса от своей родительской звезды, произошедшего, возможно, миллиарды лет назад.

При этом ученые из Гарвард-Смитсоновского центра во главе с профессором Ави Лебом высказали предложение, что Оумуамуа может иметь неестественное происхождение. По их мнению, у объекта есть небольшое ускорение, он имеет странную траекторию и высокую отражающую способность. При этом всё научное сообщество отвергает эту гипотезу.

Генетики впервые вывели свиней, чья ДНК полностью очищена от ретровирусов

Американские генетики из Гарвардского университета впервые представили свиней, чья ДНК была полностью была очищена от ретровирусов, опасных для человека.

Это позволит в дальнейшем использовать свиней для выращивания органов для их трансплантации в человека. Ранее это было невозможно по двум причинам — из-за несовместимости свиней и человека на уровне иммунных систем и возможности заражения людей ретровирусами, присутствующими в ДНК свиньи.

Ученые использовали инструмент для редактирования генома CRISPR/Cas9 для того, чтобы убрать следы ретровирусов из ДНК свиньи. С помощью технологии генетики вырезали все 62 версии PERV из генома свиньи, в результате чего ее клетки начали в 1,5 тыс. раз реже передавать PERV-вирусы при пересадке в человеческие ткани, чем они делали раньше.

2018

НАСА запустило на Марс зонд InSight. За этим следили миллионы людей в прямом эфире

НАСА запустило миссию InSight по изучению Марса. Прямой эфир посадки зонда на Марс смотрели миллионы человек — таким образом агентство популяризирует историю изучения Солнечной системы.

InSight стал четвертым модулем, успешно посаженным НАСА на Марс за последние 20 лет. Почти сразу после приземления ровер послал на Землю картинку поверхности Марса.

Сейчас ученые испытывают небольшие сложности в работе InSight — зонд был создан для изучения сейсмической активности планеты, однако бур ровера постоянно натыкается на камни, которые не способен пробить.

Запущен телескоп TESS

НАСА запустило космический телескоп TESS, предназначенный для открытия экзопланет транзитным методом. Разработкой телескопа занимался Массачусетский технологический институт.

Телескоп будет в течение двух лет проводить всесезонные исследования с целью более подробного изучения ранее открытых и обнаружения ранее неизвестных экзопланет на орбитах вокруг ярких звезд. Ученые собираются найти тысячи разных звезд и экзопланет при помощи технологий TESS.

Об открытиях, сделанных с помощью TESS, мы уже писали здесь.

Появление первых отредактированных детей

26 ноября 2018 года китайский ученый Цзянькуй Хэ заявил о появлении первых в мире детей из генетически отредактированных эмбрионов — двойняшек Лулу и Нану. Позже родился третий ребенок, но про него практически ничего не известно.

В своих опытах Хэ применил метод геномного редактирования CRISPR/Cas9 на 16 эмбрионах для устранения возможности дальнейшего заражения ВИЧ. 11 из них использовались для зачатия, в трех случаях это получилось. После появления первых двойняшек Лулу и Наны с измененными генами Хэ заявил, что не будет продолжать свои опыты, поскольку ему нужно убедиться в безопасности экспериментов.

2019

Ученым удалось сделать первый снимок черной дыры

10 апреля 2019 года американские астрономы в ходе пресс-конференции National Science Foundation в Вашингтоне представили первую в истории фотографию тени черной дыры. Снимок сделан с помощью массива телескопов Event Horizon.

На фотографии изображен горизонт событий — видимая граница черной дыры, которая находится в центре галактики М87 на расстоянии 16,4 млн от Земли.

Это первая фотография черной дыры в видимом спектре — раньше ученые только фиксировали свет в различных диапазонах.

Российский астроном-любитель открыл первую в истории человечества межзвездную комету

30 сентября 2019 года российский астроном-любитель Геннадий Борисов обнаружил первую в истории науки межзвездную комету 2I/Borisov.

Сейчас астрофизики по всему миру занимаются вычислением формы орбиты объекта. Уже известно, что в составе кометы обнаружены следы воды, а ее состав сильно похож на состав комет из Солнечной системы. По мере приближения к Солнцу хвост кометы будет увеличиваться, что позволит ученым более детально изучить химический состав этого объекта.

Подробнее о комете читайте в нашем большом материале.

Еврокомиссия одобрила первую в мире вакцину от Эболы

Еврокомиссия выдала официальное одобрение на использование первой в мире вакцины для лечения лихорадки Эбола. Этот шаг позволит ее производителю, компании Merck, упростить поставку вакцины в африканские страны.

Одобрение вакцины, вероятно, поможет справиться со вспышкой Эболы, которая началась в Демократической Республике Конго в 2014 году и продолжается до сих пор. За это время лихорадкой заразились больше 3 тыс. человек, а уровень смертности среди них составил 67%.

До сих пор от лихорадки Эбола не существовало официально одобренной вакцины — все существующие, разрабатываемые с 2014 года, считались экспериментальными.

Ученые изменили эталон килограмма

Международное бюро мер и весов (BIMP) приняло решение отказаться от эталона килограмма, металлического цилиндра из платины и иридия, и заменить его устройством «Баланс Киббла», который измеряет вес на основе константы Планка.

Подробнее об изменении и предпосылках к этому читайте в большом материале «Хайтека».

Ученые создали искусственная мышь

Ученые из Китая смогли впервые добыть яйцеклетки из вспомогательных клеток яичника мыши. Они также показали, что этот метод безопасен и позволяет получить живое потомство, которое, по предварительным исследованиям, не отличается от животных, выведенных естественным путем.

Для репрограммирования исследователи выбрали гранулезу — клеточную оболочку, которая окружает яйцеклетку и вместе с ней выходит в маточную трубу во время овуляции. Исследования показали, что клетки гранулезы могут проявлять свойства стволовых клеток. Эффективность оплодотворения была на уровне 40–50%, ученые смогли вывести пятерых мышат, четверо из которых смогли принести потомство.

10 потрясающих открытий в физике

Изучать физику значит изучать Вселенную. Точнее, как работает Вселенная. Вне всяких сомнений, физика — самая интересная ветвь науки, поскольку Вселенная куда сложнее, чем кажется, и она вмещает в себя все сущее. Иногда мир ведет себя очень странно, и возможно, вы должны быть настоящим энтузиастом, чтобы разделить с нами радость по поводу этого списка. Перед вами десять самых удивительных открытий в новейшей физике, которые заставили многих и многих ученых ломать головы не годами — десятилетиями.

Содержание

• 1 На скорости света время останавливается
• 2 Квантовая запутанность
• 3 Гравитация влияет на свет
• 4 Темная материя
• 5 Наша Вселенная быстро расширяется
• 6 Любая материя — это энергия
• 7 Корпускулярно-волновой дуализм
• 8 Все объекты падают с одинаковой скоростью
• 9 Квантовая пена
• 10 Эксперимент с двойной щелью

На скорости света время останавливается

Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, скорость света неизменна — и равна приблизительно 300 000 000 метров в секунду, вне зависимости от наблюдателя. Это само по себе невероятно, учитывая что ничто не может двигаться быстрее света, но все еще сугубо теоретично. В специальной теории относительности есть интересная часть, которая называется «замедление времени» и которая говорит, что чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас движется время, в отличие от окружения. Если вы будете ехать на автомобиле час, вы постареете немного меньше, чем если бы просто сидели у себя дома за компьютером. Дополнительные наносекунды вряд ли существенно изменят вашу жизнь, но все же факт остается фактом.

Выходит, если двигаться со скоростью света, время вообще застынет на месте? Это так. Но прежде чем вы попытаетесь стать бессмертным, учтите, что двигаться со скоростью света невозможно, если вам не повезло родиться светом. С технической точки зрения движение со скоростью света потребует бесконечного количества энергии.

Квантовая запутанность

Только что мы пришли к выводу, что ничто не может двигаться быстрее, чем со скоростью света. Что ж… и да, и нет. Хотя технически это остается верным, в теории существует лазейка, которую нашли в самой невероятной ветви физики — в квантовой механике.

Квантовая механика, по сути, это изучение физики на микроскопических масштабах, таких как поведение субатомных частиц. Эти типы частиц невероятно малы, но крайне важны, поскольку именно они образуют строительные блоки всего во Вселенной. Можете представить их как крошечные вращающиеся электрически заряженные шарики. Без лишних сложностей.

Итак, у нас есть два электрона (субатомных частиц с отрицательным зарядом). Квантовая запутанность — это особый процесс, который связывает эти частицы таким образом, что они становятся идентичными (обладают одинаковым спином и зарядом). Когда это происходит, с этого момента электроны становятся идентичными. Это означает, что если вы измените один из них — скажем, измените спин — второй отреагирует незамедлительно. Вне зависимости от того, где он находится. Даже если вы его не будете трогать. Влияние этого процесса потрясающее — вы понимаете, что в теории эту информацию (в данном случае, направление спина) можно телепортировать куда угодно во вселенной.

Гравитация влияет на свет

Вернемся к свету и поговорим об общей теории относительности (тоже за авторством Эйнштейна). В эту теорию входит понятие, известное как отклонение света — путь света не всегда может быть прямым.

Как бы это странно ни звучало, это было доказано неоднократно. Хотя у света нет никакой массы, его путь зависит от вещей, у которых эта масса есть — вроде солнца. Поэтому если свет от далекой звезды пройдет достаточно близко к другой звезде, он обогнет ее. Как это касается нас? Да просто: возможно, те звезды, которые мы видим, находятся совсем в других местах. Помните, когда в следующий раз будете смотреть на звезды: все это может быть просто игра света.

Темная материя

Благодаря некоторым теориям, которые мы уже обсудили, у физиков есть довольно точные способы измерения общей массы, присутствующей во Вселенной. Также у них есть довольно точные способы измерения общей массы, которую мы можем наблюдать — но вот незадача, два этих числа не совпадают.

На самом деле, объем общей массы во Вселенной значительно больше, чем общая масса, которую мы можем посчитать. Физикам пришлось искать объяснение этому, и в результате появилась теория, включающая темную материю — таинственное вещество, которое не испускает света и берет на себя примерно 95% массы во Вселенной. Хотя существование темной материи формально не доказано (потому что мы не можем ее наблюдать), в пользу темной материи говорит масса свидетельств, и она должна существовать в той или иной форме.

Наша Вселенная быстро расширяется

Понятия усложняются, и чтобы понять почему, нам нужно вернуться к теории Большого Взрыва. До того как стать популярным телешоу, теория Большого Взрыва была важным объяснением происхождения нашей Вселенной. Если проще: наша вселенная началась со взрыва. Обломки (планеты, звезды и прочее) распространились во всех направлениях, движимые огромной энергией взрыва. Поскольку обломки достаточно тяжелые, мы ожидали, что это взрывное распространение должно замедлиться со временем.

Но этого не произошло. На самом деле, расширение нашей Вселенной происходит все быстрее и быстрее с течением времени. И это странно. Это означает, что космос постоянно растет. Единственный возможный способ объяснить это — темная материя, а точнее темная энергия, которая и вызывает это постоянное ускорение. А что такое темная энергия? Вам лучше не знать.

Любая материя — это энергия

Материя и энергия — это просто две стороны одной медали. На самом деле, вы всегда это знали, если когда-нибудь видели формулу  E = mc². E — это энергия, а m — масса. Количество энергии, содержащейся в конкретном количестве массы, определяется умножением массы на квадрат скорости света.

Объяснение этого явления весьма захватывает и связано с тем, что масса объекта возрастает по мере приближения к скорости света (даже если время замедлится). Доказательство довольно сложное, поэтому можете просто поверить на слово. Посмотрите на атомные бомбы, которые преобразуют довольно небольшие объемы материи в мощные выбросы энергии.

Корпускулярно-волновой дуализм

Некоторые вещи не так однозначны, какими кажутся. На первый взгляд, частицы (например, электрон) и волны (например, свет) кажутся совершенно разными. Первые — твердые куски материи, вторые — пучки излучаемой энергии, или что-то типа того. Как яблоки и апельсины. Оказывается, вещи вроде света и электронов не ограничиваются лишь одним состоянием — они могут быть и частицами, и волнами одновременно, в зависимости от того, кто на них смотрит.

Серьезно. Звучит смешно, но существуют конкретные доказательства того, что свет — это волна, и свет — это частица. Свет — это и то, и другое. Одновременно. Не какой-то посредник между двумя состояниями, а именно и то и другое. Мы вернулись в область квантовой механики, а в квантовой механике Вселенная любит именно так, а не иначе.

Все объекты падают с одинаковой скоростью

Многим может показаться, что тяжелые объекты падают быстрее, чем легкие — это звучит здраво. Наверняка, шар для боулинга падает быстрее, чем перышко. Это действительно так, но не по вине гравитации — единственная причина, по которой получается так, в том, что земная атмосфера обеспечивает сопротивление. Еще 400 лет назад Галилей впервые понял, что гравитация работает одинаково на всех объектах, вне зависимости от их масс. Если бы вы повторили эксперимент с шаром для боулинга и пером на Луне (на которой нет атмосферы), они упали бы одновременно.

Квантовая пена

Ну все. На этом пункте можно тронуться умом.

Вы думаете, что пространство само по себе пустое. Это предположение довольно разумное — на то оно и пространство, космос. Но Вселенная не терпит пустоты, поэтому в космосе, в пространстве, в пустоте постоянно рождаются и гибнут частицы. Они называются виртуальными, но на самом деле они реальны, и это доказано. Они существуют доли секунды, но это достаточно долго, чтобы сломать некоторые фундаментальные законы физики. Ученые называют это явление «квантовой пеной», поскольку оно ужасно напоминает газовые пузырьки в безалкогольном газированном напитке.

Эксперимент с двойной щелью

Выше мы отмечали, что все может быть и частицей, и волной одновременно. Но вот в чем загвоздка: если в руке лежит яблоко, мы точно знаем, какой оно формы. Это яблоко, а не какая-нибудь яблочная волна. Что же определяет состояние частицы? Ответ: мы.

Эксперимент с двумя щелями — это просто невероятно простой и загадочный эксперимент. Вот в чем он заключается. Ученые размещают экран с двумя щелями напротив стены и выстреливают пучком света через щель, чтобы мы могли видеть, где он будет падать на стену. Поскольку свет — это волна, он создаст определенную дифракционную картину, и вы увидите полоски света, рассыпанные по всей стене. Хотя щели было две.

Но частицы должны реагировать иначе — пролетая через две щели, они должны оставлять две полоски на стене строго напротив щелей. И если свет — это частица, почему же он не демонстрирует такое поведение? Ответ заключается в том, что свет будет демонстрировать такое поведение — но только если мы захотим. Будучи волной, свет пролетает через обе щели одновременно, но будучи частицей, он будет пролетать только через одну. Все, что нам нужно, чтобы превратить свет в частицу — измерять каждую частицу света (фотон), пролетающую сквозь щель. Представьте себе камеру, которая фотографирует каждый фотон, пролетающий через щель. Этот же фотон не может пролетать через другую щель, не будучи волной. Интерференционная картина на стене будет простой: две полоски света. Мы физически меняем результаты события, просто измеряя их, наблюдая за ними.

Это называется «эффект наблюдателя». И хотя это хороший способ закончить эту статью, она даже поверхностно не копнула в совершенно невероятные вещи, которые находят физики. Есть куча вариаций эксперимента с двойной щелью, еще более безумные и интересные. Можете поискать их, только если не боитесь, что квантовая механика засосет вас с головой.

New Scientist назвал топ-10 научных открытий десятилетия • AIN.UA

01 Января, 2020, 16:00

12809

Научный журнал New Scientist составил список самых значимых открытий и исследований уходящего десятилетия. В список вошли научные прорывы в физике, астрономии, истории, искусственном интеллекте и медицине.

• Бозон Хиггса. Для этого понадобилось четыре года, усилия тысяч людей и постройка Большого адронного коллайдера, но в 2012 году физики из CERN объявили об открытии бозона Хиггса. Изучение этой частицы помогает объяснить, почему остальные элементарные частицы обладают массой, а также дополняет стандартную модель физики элементарных частиц.
• Методики CRISPR. Относительно дешевую и простую систему «редактирования» ДНК с помощью методик CRISPR начали использовать с 2012 года и с тех пор она становится все популярнее. С ее помощью, в том числе, были созданы первые человеческие дети с редактированным геномом в Китае в 2018 году (об этом эксперименте известно немного, но его факт подтверждали китайские власти).
• Гравитационные волны. В феврале 2016 года группа ученых из проекта LIGO объявили о том, что впервые удалось засечь гравитационные волны. В обсерватории удалось засечь волны, образовавшиеся в результате столкновения около 1,3 млрд лет назад двух черных дыр, которые вращались друг вокруг друга.  Почему это открытие является фундаментальным — мы писали ранее.

• AlphaGo. В уходящем десятилетии ученые добились невероятных успехов в разработках ИИ, но вершиной стал AlphaGo, разработанный DeepMind и победивший мирового чемпиона в «го» Ли Седоля в 2016 году. Из-за этого он отказался от карьеры в этой дисциплине.

• Генная терапия. В 2015 году генная терапия впервые вылечила человека: годовалой пациентке Лайле, страдающей от лейкемии, ввели ее же иммунные клетки (Т-лимфоциты), но подредактированные так, чтобы распознавать и убивать клетки рака.
• Денисовский человек. В 2010 году исследователи объявили о том, что кость пальца человека, найденная в Денисовской пещере в Сибири, генетически отлична как от современных людей, так и от неандертальцев. Ранее ученые считали, что неандертальцы и люди были единственным видом гоминид, населявшим Европу и Азию в позднем плейстоцене.
• Квантовое превосходство. В октябре 2019 года компания Google объявила о достижении квантового превосходства. Это — способность новых типов устройств совершать вычисления, которые невозможно провести на современных компьютерах.
• Открытие Proxima Centauri b. В начале десятилетия человечество знало о примерно 450 планетах за пределами Солнечной системы. Сейчас их число превышает 4000. В 2016 году ученые открыли Proxima Centauri b, ближайшую к Земле экзопланету.

• Пересадка лица. Первая полная пересадка человеческого лица состоялась в 2010 году. Операция продолжалась 24 часа, в результате испанскому фермеру, который случайно в себя выстрелил, удалили все остатки собственного лица, оставив только глаза и язык. Остальное заместили лицом умершего донора.
• Ричард III. В 2012 году группа британских ученых объявила о том, что им удалось идентифицировать останки Ричарда III, английского короля, известного широкой публике в основном благодаря шекспировской пьесе.

# космос

# наука

Projector Creative&Tech Online Institute

Вход / регистрация

или

Запомнить меня

Нажимая “Войти/Зарегистрироваться” вы соглашаетесь с условиями “Пользовательского соглашения” AIN. UA

Забыли пароль?

Восстановление пароля

Пожалуйста, введите ваш e-mail. Вы получите письмо со ссылкой для создания нового пароля.

Назад

Топ-5 самых удивительных научных открытий за последние 10 лет — Вадим Шпильман на vc.ru

1664 просмотров

Прошедшее десятилетие стало одним из самых богатых на научные открытия за всю историю человечества. Исследователи из самых разных научных областей исследовали гипотезы, находили доказательства и посещали такие места, которые заставили переосмыслить не только жизнь на нашей планете, но и всю природу Вселенной.

Именно в это десятилетие мы стали находить вопросы на одно из самых важных проблем, с которой когда-либо сталкивался человеческий вид. Также мы узнали много нового о самых разрушительных объектах, которые только существуют в нашей Вселенной. Ниже я расскажу о пяти самых удивительных научных открытиях за последние десять лет.

№ 1. Плутон. В августе 2006 года Международный астрономический союз принял решение лишить Плутон статуса планеты и ввести новую категорию карликовых планет, в число которых внесли и Плутон. В том же году запустили автоматическую межпланетную станцию NASA «Новые горизонты», предназначенную для изучения Плутона и его естественного спутника Харона. Она достигла места назначения в июле 2015 года. Отправленные на Землю фотографии были просто поразительными: на них были движущиеся ледники, плавающие айсберги и огромное замерзшее море жидкого азота. Так как водяной лед менее плотный, чем азотный, ученые предположили, что эти водные ледяные горы дрейфуют в море жидкого азота и движутся почти как айсберги в Северном Ледовитом океане.

Плутон настолько холодный, что водяной лед здесь играет роль твердого скального основания и присутствуют почти во всех особенностях рельефа, включая холмы и горы. Ну а айсберги, дрейфующие по азотному морю — это оторвавшиеся от поверхности Плутона холмы.

№ 2. Бозон Хиггса. Ради этого научного открытия в Швейцарии было построено самое большое научное сооружение в мире — Большой адронный коллайдер, общая стоимость которого оценивается более чем в 5 млрд долларов. В 2012 году учеными было официально объявлено, что им наконец-то удалось обнаружить бозон Хиггса, так называемую «частицу Бога». Разговоры о ней в научном сообществе начались еще в 1964 году после публикации фундаментальных статей британского физика Питера Хиггса. Ученым был предложен так называемый механизм Хиггса — теория, объясняющая то, как частицы-переносчики слабого взаимодействия приобретают масс. Много лет стандартная теория элементарных частиц этого объяснить не могла. Все дело оказалось в неуловимом бозоне Хиггса, существующем в хиггсовском поле.

Благодаря взаимосвязи бозона с другими частицами, они и приобретают массу. Это открытие положило конец стандартной модели в физике. Многие ученые считают это главным открытием десятилетия.

№ 3. Телескоп «Кеплер». Развитие оптического приборостроения и инженерных технологий позволили открыть огромное число других звезд и планет. Без этих приборов было невозможно сравнить условия на Земле с условиями на других планетах. Все изменилось с запуском телескопа «Кеплер» в 2009 году. Телескоп был оснащен сверхчувствительными фотометром, специально предназначенном для поиска экзопланет, подобных Земле. Результаты работы телескопа оказались просто невероятными. К концу 2010-х было обнаружено больше 4055 экзопланет, и несколько из них теоретически могут быть обитаемыми. Не вызывает сомнений, что в наше десятилетие эти цифры будут только расти.

№ 4. Глобальное изменение климата. На протяжении всей истории планеты Земля климат неоднократно кардинально менялся, когда периоды экстремальной жары сменялись периодами экстремального холода. Нет никаких сомнений в том, что еще при нашей жизни на планете произойдут заметные изменения климата, но в этот раз случай особенный. Главной причиной этих изменений является жизнедеятельность человека. Как никогда до этого, в 2010-х это стало невероятно актуально: научные исследования позволили понять, как именно человек влияет на планету. В одном только 2012 году Гренландия потеряла 400 миллиардов тонн льда, а Антарктида в прошлом десятилетии теряла около 250 миллиардов тонн льда ежегодно. Еще 30 лет назад эти показатели были в 6 раз меньше. При нынешнем темпе таяния льдов ожидается, что к 2010 году уровень мирового океана поднимется на целый метр, если не больше. Все это самым негативным образом скажется на жизнях, как минимум, 630 миллионов людей. Разрушительная жизнедеятельность человека привела к тому, что 40% видов амфибий, 33% морских млекопитающих и 10% насекомых находятся под угрозой вымирания.

№ 5. Черные дыры. Это самые загадочные объекты во всей Вселенной. Благодаря труду ученых за последние десятилетия мы узнали об этом феномене много нового. Оказалось, черные дыры гораздо загадочнее, чем мы предполагали. Черные дыры в большинстве случаев формируются крупными звездами, находящимися в конце своего жизненного цикла. Разрушение звезды приводит к появлению невероятно плотной структуры с высокой силой тяжести, а после этого могут начаться удивительные явления. Например, в 2016 году были обнаружены две столкнувшиеся друг с другом черные дыры. Любопытно, что такое явление было предсказано еще Альбертом Эйнштейном еще в 1916 году в рамках теории относительности. Такое столкновение в виде гравитационных волн полностью меняет всю ткань пространства-времени. Но и это удивительное открытие. Было далеко не главным в прошедшем десятилетии, связанным с черными дырами. Главное состоялось 10 апреля 2019 года. Именно в этот день было впервые опубликовано изображение сверхмассивной черной дыры в галактике Мессье-87 в созвездии Девы, полученное проектом «Телескоп горизонта событий». Эта черная дыра находится примерно на расстоянии 54 млн световых лет от земли. Масса черной дыры настолько огромна, что ее можно сравнить с массой 6,5 млрд наших солнц. Считается, что подобная этой черна дыра находится в центре каждой галактики.

2010-е были потрясающе продуктивным десятилетием для научного мира. Человечеству удалось узнать много нового как о жизни на земле, так и во всей вселенной. Больше полезных статей вы найдете на сайте IQVector.ru.

Национальный образовательный ресурс IQ Vector

Шпильман Вадим Игоревич

Какие научные открытия сделаны в России за последние 20 лет?

Источник: sib-science.info

8 февраля научное сообщество отметило свой профессиональный праздник – День российской науки. “АиФ” задался вопросом: а совершаются ли сейчас открытия в российской науке и какие? Мы попросили прокомментировать наиболее значимые достижения отечественных ученых за последние 20 лет научного сотрудника Центра энергоэффективности НИТУ “МИСиС” , кандидата физ.-мат. наук Андрея Воронина. К слову, некоторые из этих открытий совершались в стенах этого университета.

2002 г. Доказательство гипотезы Пуанкаре.

Задачка эта, касающаяся свойств геометрических объектов, была сформулирована Пуанкаре еще в 1904 г. Ее решил российский математик Григорий Перельман. А известен он стал всему миру даже не решением, а тем, что отказался от премии в миллион долларов, установленной Математическим институтом Клэя за решение этой одной из семи “задач тысячелетия”.

2003 г. Присуждение ученому из России Алексею Абрикосову Нобелевской премии за открытие сверхпроводников.

Абрикосов долгое время руководил кафедрой теоретической физики МИСиС. В начале 1990-х ученый эмигрировал в США. Еще работая в СССР, он открыл явление сверхпроводимости. Для реализации эффекта сейчас требуются очень низкие температуры. Это значит, что можно было бы построить одну сверхмощную электростанцию, а дальше через сверхпроводники на любое расстояние передавать энергию без потерь. Это был бы колоссальный прорыв для человечества.

2004 г. Открытие графена.

Ученые из России Андрей Гейм и Константин Новоселов, занимаясь исследованиями в Университете Манчестера, открыли новый материал толщиной в один атом и стали в 2010 г. лауреатами Нобелевской премии. Гейм и Новоселов получили его, просто отделив скотчем слой графита. Оказалось, что в нем очень необычно ведут себя электроны, поэтому такие монослои углерода можно применять в электронике будущего. К примеру, графен в МИСиС применяется в разработке современных сверхпрочных дорожных покрытий.

2006 г. Создание сверхмощного лазера.

Известно, что с помощью нелинейных оптических кристаллов можно управлять световым лучом, многократно увеличивая его силу. В Институте прикладной физики РАН в Нижнем Новгороде удалось создать такую лазерную установку, выдающую огромную мощность локально. Один импульс лазера в сотни раз превосходит мощность всех электростанций Земли. С помощью этого лазера можно изучать процессы в сверхкритических состояниях (подобные тем, что происходят в ядре Солнца).

2000-2010 г. Синтез сверхтяжелых элементов.

Их семейство было открыто в Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне. Элементы продолжили Периодическую таблицу Менделеева и получили атомные номера – 114, 115, 116, 117 и 118. В этом направлении наши физики самые передовые в мире. А работают в этой области такие культовые личности, как академик Юрий Оганесян, в честь которого был назван последний элемент – оганесон-118. Открытие этих элементов – шаг к пониманию устройства мира, чем, собственно, и занимается фундаментальная физика как наука.

2008 г. Открытие нового подвида людей.

Российские археологи под руководством Анатолия Деревянко обнаружили в горах

Алтая останки костей и зубов первобытных людей, которые жили там 40 тыс. лет назад. Поскольку находка случилась в Денисовой пещере, то неизвестная ранее ветвь человечества получила название денисовцы. Исследования в Институте Макса Планка в Лейпциге подтвердили, что, судя по ДНК, неандертальцы и денисовцы имели общего предка.

2015 г. Обнаружение гравитационных волн.

Их предсказал еще Эйнштейн почти 100 лет назад. Но обнаружены они были только в 2015 г. с помощью детектора ЛИГО (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория). Причем именно советские ученые в свое время предложили, как сделать такой прибор. Гравитационные волны представляют собой искажение пространства и времени. Причина – столкновение двух черных дыр в миллиарде световых лет от Земли.

2017 г. Разработка и регистрация лекарства от смертельной лихорадки Эбола, превосходящего мировые аналоги.

Вспышка инфекции случилась в Африке в 2013 г. и переросла в эпидемию по всему миру. Несмотря на то что в России этой болезни нет, наши ученые умудрились разработать эффективные препараты. Это значит, в РФ сохранилась реально работающая медицинская школа, которая позволяет бороться с вирусными угрозами любого уровня.

2017 г. Создание методов квантовой криптографии ( шифрования информации).

Это совместный проект МИСиС и Российского квантового центра. В сентябре 2019 г. устройство продемонстрировали президенту Путину, наладив с ним квантовую видеосвязь, которую невозможно подслушать. Квантовая криптография основана на законах фундаментальной физики. Как только кто-то захочет взломать защиту, система сразу распознает это и отключится, потому что информация передается на поляризованных фотонах. Измерить поляризацию фотонов злоумышленник не может в принципе, таковы законы природы. Сейчас в технологии инвестируют крупные банки. 2019 г. Запуск космического радиотелескопа “Спектр-РГ”.

Построен в НПО им. Лавочкина для изучения процессов во Вселенной. Известный телескоп “Хаббл” – разработка НАСА. А “Радиоастрон” – чисто российская уникальная установка. Второго такого в мире нет. И это несомненный успех нашего приборостроения и космической отрасли. Обсерватория уникальна тем, что позволяет изучать звезды, скопления галактик, миллиарды черных дыр и т. д. с беспрецедентным разрешением. Прототип “Спектра-РГ” был запущен на орбиту в 2011 г. и проработал до января 2019-го. Новый спутник введен в строй в июле 2019 г.

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

Теги

Новости Фонда

New Scientist назвал 10 лучших открытий десятилетия

2010-е годы ознаменовались огромным прогрессом в науке и технике. Оживите лучшие моменты с нашим окончательным рейтингом десятилетия

Пространство 18 декабря 2019 г.

CERN

В 2010-х произошел огромный скачок в физике, генетике, археологии и технологиях. Вот наш выбор лучших

1. Бозон Хиггса

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

2. CRISPR

Весь потенциал генной инженерии был раскрыт в 2012 году благодаря дешевой и простой системе CRISPR для редактирования ДНК. С тех пор его использование резко возросло, к сожалению, включая широко осуждаемое создание первых детей с отредактированными генами в Китае в 2018 году.

Реклама

Вселенной – был нарушен странной рябью, известной как гравитационные волны. Ровно столетие спустя совместная Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория объявила, что наконец обнаружила эти волны, исходящие от пары сливающихся черных дыр.

4. AlphaGo

Это десятилетие было отмечено достижениями в области искусственного интеллекта, но вершиной машинных достижений стала AlphaGo. Программное обеспечение, разработанное DeepMind, обыграло ведущего игрока Ли Седоля в настольной игре «Го» в потрясающем матче со счетом 4:1 в 2016 году.

5. Генная терапия Лейлы

Другой. Врачи больницы Грейт-Ормонд-Стрит в Лондоне передали малышке Лейле иммунные клетки от донора, которые они генетически модифицировали для уничтожения клеток, вызывающих ее лейкемию, и спасли ей жизнь.

6. Денисовцы

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

7. Квантовое превосходство

Усилия по разработке квантовых компьютеров постепенно наращивались в течение этого десятилетия, кульминацией чего стало объявление Google о квантовом превосходстве в 2019 году. Фирма разработала первый квантовый компьютер, способный выполнять вычисления, с которыми не может сравниться ни один классический суперкомпьютер на Земле.

8. Проксима Центавра b

В начале десятилетия нам было известно около 450 планет за пределами нашей Солнечной системы. Теперь это число увеличилось до более чем 4000. Самым значительным из всех было открытие в 2016 году Проксимы Центавра b, ближайшей из известных экзопланет, на расстоянии 4,2 световых года от Земли.

9. Трансплантация лица

Первая полная трансплантация была проведена в 2010 году. В ходе 24-часовой операции испанскому фермеру, случайно застрелившемуся, удалили остатки лица, оставив только глазные яблоки и язык. Остальное заменили на всю морду мертвого донора.

10. Ричард III

На автостоянке в Лестере, Великобритания, произошла сцена, достойная Шекспира. В 2012 году группа генетиков и историков объявила, что раскопала останки Ричарда III, бывшего короля Англии. На скелете были обнаружены признаки искривления позвоночника, и данные ДНК его потомков подтвердили находку.

Еще по этим темам:

• искусственный интеллект
• генетическая модификация
• бозон Хиггса
• гравитационные волны
• трансплантаты
• денисовцы
• четкий
• Глубокий разум
• пространство
• квантовые вычисления

Какое значение имеют 3 крупнейших физических открытия десятилетия для будущего науки

Это событие, наблюдаемое детектором ATLAS в ЦЕРН в 2017 году, показывает образование как бозона Хиггса, так и Z-бозона. бозон одновременно. Две синие дорожки — это высокоэнергетические электроны, соответствующие Z-бозону, а их энергии соответствуют 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 физике стоят на голову выше остальных, оказывая огромное влияние на будущее 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.

Все частицы и античастицы Стандартной модели теперь обнаружены напрямую, а… [+] последний объект сопротивления, 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 / Beyond The Galaxy

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 невиданных ранее энергий на земных ускорителях и соединив это с большим, чем когда-либо прежде, числом протон-протонных столкновений, ученые смогли, наконец, раскрыть самую неуловимую фундаментальную частицу природы.

О первом надежном обнаружении бозона Хиггса с точностью 5 сигм было объявлено несколько лет назад коллаборациями CMS. 2 представляет собой загадку для теоретической физики, но экспериментаторам не о чем беспокоиться: он существует, мы можем его создать, а теперь мы также можем измерить и изучить его свойства.

The CMS Collaboration, «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. К ним относятся:

• 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.

В дополнение к открытию бозона Хиггса, эти детальные измерения этих свойств позволили нам сравнить теорию с экспериментом и задаться вопросом, насколько успешна Стандартная модель в предсказании поведения 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 бозона Хиггса в сравнении со Стандартной моделью, включая последние данные 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 Twitter

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 увидит эти волны во всех направлениях, независимо от того, обращены ли они лицом к лицу. на или на ребро, или где-нибудь 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 должным образом проработаны в рамках этой новой парадигмы. 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 непосредственное обнаружение этой ряби. Когда в 2015 году появилось новое поколение детекторов гравитационных волн, возглавляемое коллаборацией LIGO, родилась совершенно 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 LIGO и Virgo наблюдали по состоянию на… [+] конец Запуска 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.

Teresita Ramirez/Geoffrey Lovelace/SXS Collaboration/LIGO-Virgo Collaboration

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 радиус действия 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.

Space Place NASA

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 вызвала его.

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.

Event Horizon Telescope Collaboration

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.

NRAO

Самый примечательный факт во всем этом заключается в том, что мы исследуем структуры, которые постоянно меняются со временем, вплоть до точности, невообразимой 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 представляют собой лишь моментальный 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 справа… [+] изображения) может 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. Quantum Grav., Falcke & Markoff (2013)

В ближайшие десятилетия мы будем измерять не просто эволюцию одной или двух сверхмассивных черных дыр 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.

Проложен четкий путь к продолжению исследования Вселенной, и все, от чего он зависит, — 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.

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 время этому выпуску и осветить не только крупнейших ньюсмейкеров физики 2009 года., но крупнейшие ньюсмейкеры физики за последние десять 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, сталкивая частицы с энергией более 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 тщательной обработке углеродные нанотрубки и графен можно использовать для создания микроскопических проводов, диодов, полупроводников и многого другого, уменьшая размеры электроники 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 планируется, что она будет работать до сентября 2010 г.

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 они, наконец, воссоздали эту экзотическую форму материи, столкнув ионы 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 саудовской королевской семьи, 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.

10 величайших научных историй десятилетия

(Изображение предоставлено Лукасом Тейлором/CMS)

Учитывая быстрый темп изменений в технологиях и науке, легко забыть то, чего мы не знали всего несколько лет назад. За последнее десятилетие произошли прорывы в физике, биологии и астрономии, и это лишь некоторые из них. Какие из этих открытий являются наиболее важными, вероятно, судить историкам, но некоторые последствия открытий, сделанных в начале десятилетия, уже начинают давать о себе знать. Вот наш выбор крупнейших научных достижений и удивительных открытий десятилетия.

2010: Первая синтетическая жизнь первый в мире организм с синтетическим геномом

. Ученые из Института Дж. Крейга Вентера собрали геном бактерии Mycoplasma mycoides из более чем миллиона пар оснований ДНК . Затем они вставили этот сконструированный человеком геном в другую бактерию, Mycoplasma capricolum , из которого была удалена ДНК. Механизм M. capricolum вскоре начал претворять в жизнь инструкции этого синтетического генома, размножаясь так же, как M. mycoides .

После этого прорыва ученые продолжали совершенствовать синтетическую биологию. В 2016 году ученые создали самый маленький синтетический микроб с 473 генами. В 2017 году они объявили о создании пяти синтетических хромосом дрожжей 9.0247 ; План состоит в том, чтобы заменить все 16 хромосом в дрожжах синтетическими хромосомами, которые можно было бы настроить для выполнения определенных задач, таких как массовое производство антибиотиков или даже создание мяса, выращенного в лаборатории.

2011: Профилактическое лечение ВИЧ

(Изображение предоставлено Sebastian Kaulitzki/Shutterstock)

Сегодня многие люди подвергаются высокому риску заражения вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) (), который вызывает СПИД. , принимайте ежедневную таблетку, чтобы снизить риск. В 2012 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрило для этой цели лекарство под названием Трувада. Но именно крупное исследование, опубликованное в 2011 году, подготовило почву для кардинальных изменений в профилактике ВИЧ.

Это исследование, которое журнал Science назвал «прорывом года», было первым с 1994 года исследованием, показавшим новый способ предотвращения передачи ВИЧ от одного человека к другому. (В 1994 году исследователи сообщили, что они нашли фармацевтический препарат, помогающий предотвратить передачу ВИЧ от беременной женщины ее плоду.) Исследование началось в 2005 году, и результаты 2011 года были промежуточными. Исследователи обнаружили в этих данных снижение передачи ВИЧ на 96%. Окончательные данные, охватывающие все 10-летнее исследование, , о котором сообщалось в Медицинском журнале Новой Англии в 2016 году , показало снижение передачи ВИЧ на 93%.

2012: Бозон Хиггса

(Изображение предоставлено Лукасом Тейлором/CMS)

(открывается в новой вкладке)

В июле 2012 года ученые, работающие на крупнейшем в мире ускорителе частиц, объявили, что им не по карману. Эксперименты на Большом адронном коллайдере (БАК) наконец-то обнаружили свидетельство последней неоткрытой частицы , предсказанной Стандартной моделью физики.

Найден бозон Хиггса. Это частица, связанная с полем Хиггса, энергетическим полем, лежащим в основе того, почему частицы имеют массу. Частицы набирают массу, преодолевая это трехмерное поле, создавая крошечные возмущения в поле. (Чем сильнее их взаимодействие с полем, тем больше у них масса.) Когда поле испытывает сильное энергетическое вспышку в определенном месте, оно испускает бозон Хиггса . В 2013 г. физики подтвердили, что их наблюдения 2012 г. действительно были неуловимой частицей , которую иногда называют «божественной частицей» из-за ее роли в придании массы всем другим частицам.

Открытие бозона Хиггса поставило перед физиками новые вопросы. Частица была немного легче, чем можно было бы предсказать при некоторых ее взаимодействиях с другими элементарными частицами, а это означает, что либо кто-то ошибся в математике, либо существует 90 246 больше, чем один тип бозона Хиггса 90 247 — возможно, включая более тяжелый бозон Хиггса, который еще не был обнаружен. . Сейчас физики используют БАК для поиска этих возможных тяжелых бозонов Хиггса.

Lucas Taylor/CMS

(Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)

(открывается в новой вкладке)

После почти 35 лет полетов мимо планет и лун зонд NASA Voyager 1 вошел в историю в 2013 году, когда ученые объявили, что космический корабль официально покинул Солнечную систему в августе 2012 года.  

Зонд был запущен с Земли в 1977 году и провел следующее десятилетие, исследуя Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и их спутники. В 2013 году данные, отправленные зондом, свидетельствовали об изменениях электронной плотности вокруг «Вояджера-1» — главный ключ к тому, что у космического корабля было покинул пределы Солнечной системы . “Вояджер-1” будет продолжать отправлять на Землю информацию о межзвездном пространстве примерно до 2025 года. После этого ему предстоит долгая и тихая -летняя пенсия в глубоком космосе -го, с возможностью того, что, возможно, когда-нибудь какая-нибудь инопланетная форма жизни заметит маленький зонд и его золотая пластинка , капсула времени, содержащая изображения людей, карты нашей Солнечной системы и другие подсказки о существовании цивилизации на Земле.

2014: Гравитационные волны

(Изображение предоставлено Shutterstock)

До 2014 года у ученых были только косвенные доказательства Большого Взрыва , теории, описывающей ошеломляющее расширение пространства, произошедшее 13,8 миллиарда лет назад. и породила нашу вселенную. Но в 2014 году ученые впервые наблюдали прямое свидетельство этого космического расширения, которое некоторые назвали «дымящимся пистолетом» для начала Вселенной.

Это свидетельство пришло в виде гравитационных волн, буквальной ряби в пространстве-времени, оставшейся после первой доли секунды после Большого Взрыва. Эта рябь вызвала изменения в поляризации космического микроволнового фона, который представляет собой излучение, оставшееся от ранней Вселенной. Изменения поляризации называются В-модами. Именно эти B-моды ученые обнаружили с помощью телескопа Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2) в Антарктиде.

С тех пор гравитационные волны продолжают раскрывать тайны Вселенной, такие как динамика столкновений черных дыр и столкновений между нейтронными звездами . Гравитационные волны могут даже помочь окончательно определить , насколько быстро расширяется Вселенная .

2015: Первое редактирование человеческих эмбрионов CRISPR

(Изображение предоставлено Shutterstock)

(открывается в новой вкладке)

Возможно, самая большая биомедицинская история десятилетия — это появление технологии редактирования генов под названием CRISPR из относительной неизвестности. Эта технология основана на естественных защитных механизмах некоторых бактерий; это серия повторяющихся последовательностей генов, связанных с ферментом Cas9, который действует как пара молекулярных ножниц. Последовательности генов могут быть отредактированы так, чтобы поставить цель на определенный сегмент ДНК, направляя фермент Cas9, чтобы войти и начать отрезать.

Используя эту систему, ученые могут легко стирать и вставлять фрагменты ДНК в живые организмы, что имеет очевидные последствия для лечения генетических заболеваний и, возможно, приводит к созданию детей на заказ. Первый шаг на этом потенциальном пути был сделан в 2015 году, когда ученые из Университета Сунь Ятсена в Китае объявили, что они сделали первые в мире генетические модификации человеческих эмбрионов с использованием CRISPR . Эмбрионы были нежизнеспособны, и процедура была успешной лишь частично, но эксперимент был первым, который подтолкнул этическую линию, которую научное сообщество обсуждает по сей день.

2016: экзопланета обнаружена в обитаемой зоне прочь — он потенциально может принять жизнь.

Это не означает, что планета , получившая название Проксима b , наверняка пригодна для жизни, но она находится в обитаемой зоне своей звезды, то есть вращается вокруг своей звезды на расстоянии, на котором может существовать жидкая вода. поверхность планеты. Планета вращается вокруг Проксимы Центавра; колебания в движении этой звезды, когда планета проходила мимо, намекали на существование Проксимы b.

С момента открытия ученые наблюдали сверхвспышки с высокой радиацией от Проксимы Центавра, взрывающие экзопланету, резко снижает шансы на выживание жизни на Проксиме b . Однако они также обнаружили, что вокруг Проксимы b может вращаться больше планет.

2017: Древнейшие окаменелости Homo sapiens отодвигают виды назад на 100 000 лет

Homo sapiens бродил по планете? Открытие, о котором было объявлено в 2017 году, отодвинуло сроки на 300 000 лет.

Это на 100 000 лет больше, чем считалось ранее. Исследователи обнаружили костей возрастом 300 000 лет в пещере в Марокко , где во время охоты могли укрыться не менее пяти особей. Место открытия — в северной, а не в восточной Африке, где были найдены самые старые окаменелости Homo sapiens — намекает на то, что наш вид, возможно, не эволюционировал сначала в восточной Африке, а затем распространился где-то еще. Вместо этого у Homo sapiens может быть эволюционировал по всему континенту .

2018: Первые живые младенцы CRISPR

Всего через три года после первого редактирования нежизнеспособных человеческих эмбрионов с помощью CRISPR кто-то пересек еще одну линию редактирования генов. На этот раз китайский ученый по имени Цзянькуй Хэ объявил, что он отредактировал геномы двух эмбрионов, которые затем были имплантированы с помощью ЭКО (экстракорпорального оплодотворения) в матку матери и родились: девочки-близнецы, первых в мире младенцев CRISPR .

Он отредактировал ген под названием CCR5 — изменение, которое теоретически должно сделать детей менее уязвимыми к заражению ВИЧ. Многие ученые были потрясены тем, что Он решился на редактирование генов в этом контексте, особенно с учетом доступных и менее технологически интенсивных методов предотвращения ВИЧ (таких как профилактическое антиретровирусное лечение). Позже данные, опубликованные исследователями, показали, что они действительно вызвали ранее неизвестную мутацию у девочек, а не , воспроизводящий известную мутацию .

Потенциальные побочные эффекты для девочек пока неизвестны, как и судьба ученого, который занимался редактированием. В январе 2019 года газета The New York Times сообщила, что ему, вероятно, будут предъявлены уголовные обвинения в Китае, хотя было неясно, по каким законам ему могут быть предъявлены обвинения.

2019 г.: первое изображение черной дыры Они не убегают за пределы своего горизонта событий, они также в некотором роде невидимы.

До этого года: Ученые впервые получили изображение черной дыры . Объектом портрета была черная дыра в центре галактики Мессье 87, ширина которой равна всей нашей Солнечной системе. Картина выглядит как светящийся пончик материи, окружающий бездну черноты; это пыль и газ, вращающиеся вокруг точки невозврата черной дыры. Открытие принесло исследователям Премию за прорыв 2020 года , одну из самых престижных наград в области науки. Сейчас они работают над созданием не только изображений, но и фильмов о черных дырах.

• 10 самых странных историй о животных 2019 года (открывается в новой вкладке)
• 16 раз Антарктида демонстрировала свою удивительную красоту в 2019 году в новой вкладке)

Первоначально опубликовано на Live Science .

Стефани Паппас — автор статей для журнала Live Science, освещающего самые разные темы — от геонаук до археологии, человеческого мозга и поведения. Ранее она была старшим автором журнала Live Science, но теперь работает внештатным сотрудником в Денвере, штат Колорадо, и регулярно публикует статьи в журналах Scientific American и The Monitor, ежемесячном журнале Американской психологической ассоциации. Стефани получила степень бакалавра психологии в Университете Южной Каролины и диплом о высшем образовании в области научной коммуникации в Калифорнийском университете в Санта-Круз.

Десять лучших научных открытий десятилетия | Наука

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

Ежегодно публикуются миллионы новых научно-исследовательских работ, проливающих свет на все: от эволюции звезд до продолжающихся последствий изменения климата, пользы (или вреда) кофе для здоровья 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 9.0198 , вид гоминидов, обитавший 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, маленького 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 9.0197 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, а это 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 крупное для того времени тело, весом около 100 фунтов и ростом до пяти футов. Более мелкий вид 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 окаменелостей 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 других 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, не мог представить, что 100 лет спустя астрономы будут проверять предсказания теории с помощью самых сложных инструментов, когда-либо созданных, и теория выдержит все испытания. 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 вызвать «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 на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет. 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, состоит в том, что черные дыры вообще существуют или точки 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 Хе Цзянькуя объявили, что они использовали CRISPR-Cas9 для генетической модификации человеческих эмбрионов, которые затем были перенесены в матку женщины, что привело к рождению девочек-близнецов — первых детей 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 корабль «Кассини» вращался вокруг Сатурна в течение 13 лет, закончив 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 свой ресурс. 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 ингредиенты для жизни в шлейфах ледяного материала, извергающегося из водянистого спутника Энцелада. В 2016 году, за год до окончания миссии «Кассини», космический аппарат «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 , динозавр, живший 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 удивительно хорошо сохранившийся бронированный динозавр, живший около 110 миллионов лет назад, 9Было обнаружено, что 0197 Borealopelta имеет 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.

Переопределение 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 количеством 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, официально вступившие в силу в мае 2019 г., также изменил 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 определению их 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 — непростая 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 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 ЦЕРН/CMS в рамках 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, придавая им массу. 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 ЦЕРНе 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.

Рекомендуемые видео

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 годов никто не обнаруживал их напрямую до 2015 года, когда базирующаяся в США обсерватория LIGO почувствовала афтершок 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 (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, удивительно 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 современной 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 надежное 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 найденным гибридом древнего человека. 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 проводились. 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 эру Crispr

2010-е годы ознаменовались огромным прогрессом в нашей способности точно редактировать ДНК, в значительной степени благодаря идентификации Crispr-Cas9система. 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 по всему миру стремились найти похожие системы, модифицировать Crispr-Cas9. сделать его еще более точным и поэкспериментировать с его применением в сельском хозяйстве и медицине.

В то время как 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.

Взгляд на космос, 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 Gaia, космический корабль, который собирает измерения расстояний для более 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 со спутника «Планк», которая содержит 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 г., 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 были как минимум 39000 лет, что делает их такими же старыми, 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 г., астроном-любитель Геннадий Борисов нашел второго такого межзвездного пришельца, очень активную комету, которая теперь носит его имя.

Открывая двери в древние цивилизации

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 чем 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 HMS. 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 археологии Черного моря обнаружил более 60 исторических кораблекрушений на дне Черного моря, в том числе нетронутое судно возрастом 2400 лет, обнаруженное в 2018 году. И в 2019 годуОфициальные лица Алабамы объявили об обнаружении давно потерянного Clotilda , последнего корабля, который переправлял порабощенных африканцев в Соединенные Штаты.

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 НАСА «Рассвет» прибыл к Весте, второму по величине телу в поясе астероидов, в 2011 году. первая миссия на орбиту карликовой планеты и первая миссия на орбиту 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 ЛЕЮН ВАНГ

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 сперматозоидов или яйцеклеток человека 9.0465 из перепрограммированных клеток кожи и крови, а другой показал, 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. Это 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 обнаружили новые потрясающие окаменелости, расширив 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 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

Александрия Вилласенор, 13 лет, прогуливает 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.

ФОТО САРЫ БЛЕЗЕНЕР, WASHINGTON POST/GETTY

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. 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 постоянно превышали этот порог. 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 меломиса Брамбл-Кей, обитавшего на острове, вымершим из-за повышения уровня моря, первого известного млекопитающего, утраченного из-за современного изменения климата.

В серии важных докладов мировые ученые настоятельно 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 посадки 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

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 орудий труда животных также улучшилось: One 2019исследование впервые показало, что висайские бородавчатые свиньи используют инструменты, а несколько исследований показали, что бразильские капуцины использовали инструменты в течение как минимум 3000 лет, что является старейшим подобным нечеловеческим свидетельством, обнаруженным за пределами Африки. 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.