За последние 10 лет в мире науки произошло немало удивительных открытий и достижений. Наверняка многие из вас, кто читает наш сайт, слышали о большинстве из представленных в сегодняшнем списке пунктах. Однако их значимость настолько высока, что очередной раз хотя бы кратко не напомнить о них было бы преступлением. Помнить их нужно хотя бы в течение следующего десятилетия, пока на базе этих открытий не будут совершены новые, еще более удивительные научные достижения.
Перепрограммирование стволовых клеток
Стволовые клетки удивительны. Они выполняют те же клеточные функции, что и остальные клетки вашего организма, но, в отличие от последних, обладают одним удивительным свойством – при необходимости они способны изменяться и приобретать функцию абсолютно любых клеток. Это значит, что стволовые клетки можно превратить, например, в эритроциты (красные кровяные тельца), если ваш организм испытывает нехватку последних. Либо в белые кровяные тельца (лейкоциты). Или мышечные клетки. Или нейроциты. Или… в общем, идею вы поняли – практически во все виды клеток.
Несмотря на то, что о стволовых клетках широкой общественности было известно еще с 1981 года (хотя открыты они были гораздо раньше, в начале 20-го века), до 2006 года наука и понятия не имела, что любые клетки живого организма можно перепрограммировать и превращать в стволовые клетки. Более того, метод такой трансформации оказался относительно прост. Первым человеком, выяснившим эту возможность, был японский ученый Синъя Яманака, который превратил клетки кожи в стволовые клетки путем добавления в них четырех определенных генов. В течение двух-трех недель с момента, когда клетки кожи превратились в стволовые клетки, их можно было далее трансформировать в любой другой вид клеток нашего организма. Для регенеративной медицины, как вы понимаете, это открытие является одним из важнейших в новейшей истории, так как теперь у этой сферы есть практически безграничный источник клеток, необходимых для лечения полученных вашим организмом повреждений.
Крупнейшая из обнаруженных черная дыра
«Клякса» в центре - наша Солнечная система
В 2009 году группа астрономов решила выяснить массу черной дыры S5 0014+81, которая на тот момент была только открыта. Каково же было их удивление, когда ученые узнали, что ее масса в 10 000 раз превосходит массу сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре нашего Млечного Пути, что фактически сделало ее самой большой из известных на данный момент черной дырой в известной нам Вселенной.
Эта ультрамассивная черная дыра обладает массой 40 миллиардов солнц (то есть если взять массу Солнца и умножить ее на 40 миллиардов, то мы получим массу черной дыры). Не менее интересным является тот факт, что данная черная дыра, как считают ученые, образовалась во времена самого раннего периода истории Вселенной – спустя всего 1,6 миллиарда лет после Большого взрыва. Открытие этой черной дыры поспособствовало пониманию того, что дыры такого размера и массы способны увеличивать эти показатели невероятно быстро.
Манипуляция памятью
Уже звучит как затравка к какому-нибудь нолановскому «Началу», но в 2014 году ученые Стив Рамирез и Ксу Лиу провели манипуляции с памятью лабораторной мыши, заменив негативные воспоминания на позитивные и обратно. Исследователи имплантировали в мозг мыши особые светочувствительные белки и, как вы уже могли догадаться, просто посветили ей в глаза.
В результате эксперимента позитивные воспоминания были полностью заменены на негативные, которые прочно укрепились в ее мозге. Это открытие открывает двери к новым видам лечения для тех, кто страдает посттравматическим синдромом или не может справиться с эмоциями от утраты близких людей. В ближайшем будущем это открытие обещает привести к еще более удивительным результатам.
Компьютерный чип, имитирующий работу человеческого мозга
Такое еще несколько лет назад рассматривалось как нечто фантастическое, однако в 2014 году компания IBM представила миру компьютерный чип, работающий по принципу человеческого мозга. Обладая 5,4 миллиарда транзисторов и потребляя в 10 000 раз меньше электроэнергии для работы, по сравнению с обычными компьютерными чипами, чип SyNAPSE способен симулировать работу синапса вашего мозга. 256 синапсов, если точнее. Их можно запрограммировать на выполнение любых вычислительных задач, что может сделать их крайне полезными при использовании в суперкомпьютерах и различных видах распределенных датчиков.
Благодаря своей уникальной архитектуре эффективность чипа SyNAPSE не ограничивается производительностью, какую мы привыкли оценивать в обычных компьютерах. В работу он включается только тогда, когда это необходимо, что позволяет существенно экономить на энергии и удерживать рабочие температуры. Эта революционная технология со временем может по-настоящему изменить всю компьютерную индустрию.
На шаг ближе к господству роботов
В том же 2014 году перед 1024 крошечными роботами «килоботами» была поставлена задача объединиться в форму звезды. Без каких-либо дополнительных инструкций, роботы самостоятельно и сообща приступили к выполнению задания. Медленно, неуверенно, сталкиваясь между собой несколько раз, но они все же выполнили поставленную перед ними задачу. Если кто-то из роботов застревал или «терялся», не зная, как стать, на помощь приходили соседние роботы, которые помогали «потеряшкам» сориентироваться.
В чем достижение? Все очень просто. Теперь представьте, что такие же роботы, только в тысячи раз меньшего размера, вводятся в вашу кровеносную систему и объединяясь направляются на борьбу засевшего в вашем организме какого-нибудь серьезного заболевания. Более же крупные роботы, также объединяясь, отправляются на какую-нибудь поисково-спасательную операцию, а еще более крупные – используются для фантастически быстрого строительства новых зданий. Тут, конечно, можно вспомнить и какой-нибудь сценарий для летнего блокбастера, но зачем нагнетать?
Подтверждение темной материи
По мнению ученых, эта таинственная материя может содержать в себе ответы, объясняющие множество пока еще необъяснимых астрономических явлений. Вот вам в качестве примера одно из них: скажем, перед нами – галактика с массой тысяч планет. Если мы сравним фактическую массу этих планет и массу всей галактики – цифры не сойдутся. Почему? Потому что ответ кроется гораздо глубже простого вычисления массы материи, которую мы можем видеть. Есть еще материя, которую мы видеть не в состоянии. Она-то как раз и называется «темной материей».
В 2009 году несколько американских лабораторий объявили об обнаружении темной материи с помощью датчиков, погруженных в железную шахту на глубину около 1 километра. Ученые смогли определить наличие двух частиц, чьи характеристики соответствуют предложенному ранее описанию темной материи. Далее предстоит провести множество перепроверок, но все указывает на то, что эти частицы на самом деле являются частицами темной материи. Это может быть одно из самых удивительных и значимых открытий в физике за последнее столетие.
Есть ли жизнь на Марсе?
Возможно. В 2015 году аэрокосмическое агентство NASA опубликовало фотографии марсианских гор с темными полосами у их подножия (фото выше). Они появляются и пропадают в зависимости от сезона. Дело в том, что эти полосы являются неопровержимым доказательством наличия на Марсе воды в жидкой форме. Ученые не могут со стопроцентной уверенностью сказать, имелись ли такие особенности у планеты в прошлом, но наличие воды на планете сейчас открывает множество перспектив.
Например, наличие воды на планете способно оказать большую помощь, когда человечество наконец-то соберет пилотируемую миссию на Марс (где-то после 2024 года, по самым оптимистичным прогнозам). Астронавтам в этом случае придется везти с собой гораздо меньше ресурсов, так как все необходимое уже имеется на марсианской поверхности.
Многоразовые ракеты
Частная аэрокосмическая компания SpaceX, владельцем которой является миллиардер Илон Маск, смогла после нескольких попыток осуществить мягкую посадку отработанной ракеты на удаленно управляемую плавучую баржу, находящуюся в океане.
Все прошло настолько гладко, что теперь посадка отработанных ракет для SpaceX рассматривается рутинной задачей. Кроме того, это позволяет компании экономить миллиарды долларов на производстве ракет, так как теперь их можно просто перебрать, заново заправить и повторно использовать (и не один раз, в теории), вместо того чтобы просто топить где-то в Тихом океане. Благодаря этим ракетам человечество стало сразу на несколько шагов ближе к пилотируемым полетам на Марс.
Гравитационные волны
Гравитационные волны – это рябь пространства и времени, двигающаяся со скоростью света. Они были предсказаны еще Альбертом Эйнштейном в его общей теории относительности, согласно которой масса способна искривлять пространство и время. Гравитационные волны могут создаваться черными дырами, и их в 2016 году смогли обнаружить с помощью высокотехнологичного оборудования лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории, или просто LIGO, подтвердив тем самым столетнюю теорию Эйнштейна.
Это действительно очень важное открытие для астрономии, так как оно доказывает большую часть общей теории относительности Эйнштейна и позволяет с помощью таких приборов, как LIGO, в перспективе определять и следить за событиями огромных космических масштабов.
Система TRAPPIST
TRAPPIST-1 – это звездная система, расположенная приблизительно в 39 световых годах от нашей Солнечной системы. Что делает ее особенной? Немногое, если не учитывать ее звезду, обладающую в 12 раз меньшей массой по сравнению с нашим Солнцем, а также как минимум 7 планет, оборачивающихся вокруг нее и расположенных в так называемой зоне Златовласки, где потенциально может существовать жизнь.
Вокруг этого открытия, как и полагается, сейчас идут жаркие споры. Доходит даже до заявлений о том, что система может быть совсем не пригодной для жизни и ее планеты выглядят скорее как неприглядные выезженные космические булыжники, нежели наши будущие межпланетные курорты. Тем не менее система заслуживает абсолютно всего того внимания, которое сейчас к ней приковано. Во-первых, находится она не так далеко от нас – всего в каких-то 39 световых годах от Солнечной системы. В масштабе космоса – за углом. Во-вторых, в ней есть три землеподобные планеты, находящиеся в обитаемой зоне и являющиеся, пожалуй, лучшими на сегодня целями для поиска внеземной жизни. В-третьих, на всех семи планетах может быть жидкая вода – ключ к жизни. Но вероятность наличия оной выше всего именно на трех планетах, которые находятся ближе к звезде. В-четвертых, если жизнь там на самом деле есть, то подтвердить мы это сможем, даже не отправляя туда космическую экспедицию. Телескопы вроде JWST, который собираются запустить в следующем году, помогут решить этот вопрос.
Были времена, когда науку было возможно разбить на обширные и довольно понятные дисциплины - астрономию, химию, биологию, физику. Но на сегодняшний день каждая из этих областей становится более специализированной и связанной с остальными дисциплинами, что приводит к возникновению абсолютно новых отраслей науки.
Предлагаем вашему вниманию подборку из одиннадцати новейших направлений науки, активно развивающихся в настоящем времени.
Учёные-Физики уже более века знают о квантовых эффектах, таких как способность квантов, к исчезновению в одном месте и появлению в другом, или же одновременно присутствовать в нескольких местах. Однако поразительные свойства квантовой механики применяются не только в физике, но и в биологии.
Лучшим примером квантовой биологии является фотосинтез: растения, а также некоторые бактерии используют солнечную энергию, для построения необходимых им молекул. Оказывается, что на самом деле фотосинтез опирается на удивительное явление - небольшие энергетические массы «изучают» всевозможные пути для самоприменения, а после «выбирают» эффективнейший из них. Возможно, навигационные способности птиц, мутации ДНК и даже наше с вами обоняние, так или иначе, имеют контакт с квантовыми эффектами. Хотя эта научная область пока довольно умозрительна и оспорима, учёные считают, что перечень однажды взятых из квантовой биологии идей может привести к созданию новых лекарственных препаратов и систем биомимитерики (биомиметрика - является ещё одной новой научной областью, где биологические системы, а также структуры используются непосредственно для создания новейших материалов и устройств).
В одном ряду с экзоокеанографами и экзогеологами, экзометеорологи заинтересованы в изучении природных процессов, которые происходят на других планетах. Сейчас, когда благодаря телескопам высокой мощности стало возможным изучение внутренних процессов на близлежащих планетах и спутниках, экзометеорологи могут вести наблюдения за их атмосферными, а также погодными условиями. Планеты Юпитер и Сатурн со своими огромными масштабами погодных явлений является кандидатом для исследований, так же как и планета Марс с пылевыми бурями отличающимися своей регулярностью.
Экзометеорологи берутся за изучение планет, которые находятся за пределами Солнечной системы. И что очень интересно, ведь именно они могут отыскать в итоге признаки внеземного существования жизни на экзопланетах таким путём, как обнаружением в атмосфере следов органики или повышенного уровня СО 2 (углекислый газ) - признака цивилизации индустриального строя.
Нутригеномика - это наука об изучении сложных взаимосвязей между продуктами питания и экспрессией генома. Учёные этой сферы, стремятся к тому, чтобы понять основную роль генетических вариаций, а также диетических реакций на влияние питательных веществ на человеческий геном.
Продукты питания действительно оказывает большое влияние на человеческое здоровье - и начинается всё в прямом смысле на микроскопическом молекулярном уровне. Данная наука работает над изучением того, как именно человеческий геном влияет на гастрономические предпочтения, и наоборот. Главная цель дисциплины – это создание персонального питания, которое необходимо для того, чтобы наши продукты питания идеально подходили нашему уникальному генетическому набору.
Клиодинамика является дисциплиной сочетающей в себе историческую макросоциологию, клиометрику, моделирование долгосрочных соц. процессов на основе математических методов, а также систематизацию исторических данных и их анализ.
Название науки происходит от имени Клио, греческой вдохновительницы истории и поэзии. Проще говоря, данная наука является попыткой предугадания и описания широких социальных исторических связей, изучением прошлого, а также потенциальным способом предсказывать будущее, например, для прогнозов общественных волнений.
Синтетическая биология - это наука по проектированию и строительству новейших биологических частей, устройств и систем. Также она включает в себя модернизацию существующих на данный момент времени биологических систем для колоссального количества их применений.
Крейг Вентер, один из лучших специалистов в данной области в 2008-м году сделал заявление, что ему удалось воссоздать всю генетическую цепочку бактерии склеиванием её хим. компонентов. Спустя 2 года у его команды получилось создать «синтетическую жизнь» - молекулы цепочки ДНК, созданные с помощью цифрового кода, после напечатанные на специальном 3D-принтере и погружённые в живую бактерию.
В будущем биологи намерены анализировать разнообразные типы генетического кода для создания необходимых организмов специально для внедрения в тела биороботов, для которых станет возможным производить хим. вещества - биотопливо - абсолютно с нуля. Есть также идея создания искусственной бактерии для борьбы с загрязнением окружающей среды или вакцины для лечения опасных заболеваний. Потенциал у данной дисциплины просто колоссальный.
Эта научная область находится на этапе зарождения, но уже на данный момент понятно, что это только вопрос времени - рано или поздно учёным удастся получить наилучшее понимание всей ноосферы человечества (совокупности абсолютно всей известной информации) и того, как информационное распространение влияет практически на все аспекты жизни человека.
Схоже с рекомбинантной ДНК, в которой разнообразные последовательности геномов собираются вместе, для создания чего-то нового, рекомбинантная меметика занимается изучением того, как одни мемы - идеи, которые передаются от человека к человеку - скорректироваются и объединяются с другими мемами - устоявшимися различными комплексами взаимосвязанных мемов. Это может стать очень полезным аспектом в «социально-терапевтических» целях, к примеру, в борьбе с распространением экстремистских идеологий.
Также как и клиодинамика, данная наука изучает социальные явления и тенденции. Основное место в ней занимает использование персональных компьютеров и связанных с ними информационных технологий. Конечно, данная дисциплина получила своё развитие только вместе с появлением компьютеров и распространением интернета.
Особое внимание уделяется колоссальным информационным потокам из нашей повседневности, например, электронным письмам, телефонным звонкам, комментариям в соц. сетях, покупкам по кредитным картам, запросам в поисковых системах и т д. За примеры работ можно взять исследование структуры соц. сетей и распространения информации через них, или же, изучение возникновений интимных отношений в сети интернет.
В основном, экономика не имеет прямых контактов с обычными научными дисциплинами, но всё может измениться из-за тесного взаимодействия абсолютно всех отраслей науки. Данную дисциплину часто ошибочно принимают за поведенческую экономику (изучением человеческого поведения в сфере экономических решений). Когнитивная же экономика - это наука о направлении наших мыслей.
«Когнитивная экономика… обращает своё внимание на то, что на самом деле происходит в голове человека, когда он делает свой выбор. Что собой представляет внутренняя структура принятия решения человеком, что на это влияет, какой информацией в этот момент пользуется наш разум и как она обрабатывается, какие внутренние формы предпочтения у человека и, в итоге, как все эти процессы связаны с поведением?».
Другими словами, свои исследования учёные начинают на низшем, довольно упрощённом уровне, и создают микромодели принципов принятия решений специально для разработки масштабной модели экономического поведения. Очень часто данная научная дисциплина имеет отношения со смежными областями, к примеру, вычислительной экономикой или же когнитивной наукой.
В основном электроника имеет прямую связь с инертными и неорганическими электрическими проводниками и полупроводниками наподобие меди и кремния. Однако новая отрасль электроники пользуется проводящими полимерами и небольшими проводящими молекулами, в основе которых стоит углерод. В органическую электронику входит разработка, синтез и обработка органических и неорганических функциональных материалов вместе с развитием передовых микротехнологий и нанотехнологий.
Честно говоря, это не совсем новая научная отрасль, первые разработки осуществились ещё в 70-х годах 20-го века. Однако совместить все данные воедино, наработанные за время существования данной науки получилось только недавно, отчасти благодаря нанотехнологической революции. За счёт органической электроники в скором времени могут появиться первые органические солнечные батареи, монослои в электронных устройствах с функцией самоорганизации и органические протезы, которые послужат людям заменой повреждённых конечностей: в будущем, так называемые роботы киборги, вполне возможно, будут иметь в своём составе большую степень органики, чем из синтетики.
Если вас одинаково привлекает математика и биология, то данная дисциплина предназначена именно вас. Вычислительная биология – это наука, которая стремится к понимаю биологических процессов посредством математических языков. Всё это в одинаковой степени применяется и для остальных количественных систем, к примеру, физики и информатики. Канадские учёные из Университета Оттавы объясняют, как это стало возможным:
«Вместе с развитием биологического приборостроения и довольно лёгкому доступу к вычислительным мощностям, биологическим наукам приходится управлять всё большим объёмом данных, а скорость приобретаемых знаний при этом только возрастает. Таким образом, понимание данных сейчас требует строго вычислительного подхода. В то же время, с точки зрения физиков и математиков, биология доросла до такого уровня, когда для теоретических моделей биологических механизмов стало возможным экспериментальное проведение. Это и привело к росту вычислительной биологии.»
Ученые, которые работают в этой области, анализируют и измеряют абсолютно всё, от молекул до экосистем.
Наука
Астрономы открыли новую небольшую планету на краю Солнечной системы и утверждают, что еще дальше скрывается еще одна более крупная планета.
В другом исследовании команда ученых обнаружила астероид со своей системой колец , похожих на кольца Сатурна.
Карликовые планеты
Новая карликовая планета пока была названа 2012 VP113 , а ее солнечная орбита находится далеко за пределами известного нам края Солнечной системы.
Ее отдаленное положение указывает на гравитационное влияние другой более крупной планеты, которая возможно в 10 раз больше Земли и которую еще предстоит обнаружить.
Три фотографии открытой карликовой планеты 2012 VP113, сделанные с разницей в 2 часа 5 ноября 2012 года.
Ранее считалось, что в этой отдаленной части Солнечной системы находится только одна маленькая планета Седна .
Орбита Седны находится на расстоянии, которое в 76 раз больше расстояния от Земли до Солнца, а ближайшая орбита 2012 VP113 в 80 раз больше расстояния от Земли до Солнца или составляет 12 миллиардов километров.
Орбита Седны и карликовой планеты 2012 VP113. Также пурпурным цветом обозначены орбиты планет-гигантов. Пояс Койпера обозначен синими точками.
Исследователи использовали камеру DECam в Андах Чили для открытия 2012 VP113. С помощью телескопа Магеллан они установили ее орбиту и получили информацию о ее поверхности.
Облако Оорта
Карликовая планета Седна.
Диаметр новой планеты составляет 450 км по сравнению с 1000 км у Седны. Она может быть частью Облака Оорта - области, которая существует за пределами пояса Койпера – пояса ледяных астероидов, которые вращаются еще дальше планеты Нептун.
Ученые намерены продолжить поиск отдаленных объектов в Облаке Оорта, так как они могут многое рассказать о том, как формировалась и развивалась Солнечная система.
Они также считают, что размер некоторых из них может быть больше Марса или Земли , но так как они находятся так далеко, их сложно обнаружить с помощью существующих технологий.
Новый астероид в 2014 году
Другая команда исследователей нашла ледяной астероид, окруженный двойной системой колец, похожих на кольца Сатурна. Только у трех планет: Юпитера, Нептуна и Урана есть кольца.
Ширина колец вокруг 250-километрового астероида Чарикло составляет 7 и 3 километра соответственно, а расстояние между ними – 8 км. Они были обнаружены телескопами с семи мест в Южной Америке, включая Европейскую южную обсерваторию в Чили.
Ученые не могут объяснить наличие колец у астероида. Возможно, они состоят из камней и частиц льда, сформировавшихся из-за столкновения с астероидом в прошлом.
Возможно астероид находится в похожей эволюционной стадии, что и Земля раннего периода, после того как объект размером с Марс столкнулся с ней и сформировал кольцо мусора, которое соединилось в Луну.
