11/01/2013
0Так выглядит бозон — «частичка Бога»
Хотя наиболее неблагодарное дело в науке — предсказывать грядущие открытия, это одно из самых увлекательных и интересных занятий. Так решения каких же научных задач в 2013-м нам стоит ожидать особо?
В физике сложилась крайне редкая ситуация — когда самое знаменательное открытие года минувшего диктует и самое ожидаемое достижение года грядущего.
Без сомнения, важнейшим событием в этой дисциплине в 2012 г. стало подтверждение существования бозона Хиггса. Элементарную частицу, теоретически предсказанную еще в 1964 г., искали почти полвека — и наконец с помощью экспериментов на знаменитом Большом адронном коллайдере обнаружили ее присутствие в природе. Фундаментальная физика теперь может преодолеть злополучный перекресток, на котором мялась долгие годы: стандартная модель, описывающая основы нашего мира, признана, таким образом, состоятельной и перспективной.
Однако за этим перекрестком сразу же расположен следующий — в какую сторону развиваться Стандартной модели? Подсказку теории строения микромира должно дать дальнейшее изучение того же бозона Хиггса. Именно этот год обещает прояснить ряд ключевых вопросов: например, имеем мы дело с одним бозоном Хиггса или подобных частиц несколько? Точно ли параметры обнаруженной частицы соответствуют предсказаниям теории или она «нестандартная»?
Дело в том, что некоторые данные сегодня указывают на то, что возможно существование нескольких таких частиц с разной массой. И хотя коллайдер уже 10 февраля 2013 г. остановят на 20 месяцев (для грандиозной модернизации), необработанным остается еще огромный массив данных, накопленный за время экспериментов. Хватит ли этого для окончательного решения проблемы определения свойств бозона Хиггса — пожалуй, самый интригующий вопрос 2013 г.
В погоне за «неточным» компьютером
На интенсивное развитие науки лучше всего указывает возникновение новых междисциплинарных областей, которым и названия-то еще толком не придумали. Одна из самых интересных и таинственных зон, из которых можно ожидать в 2013-м появления поистине фантастических результатов — это отрасль построения квантового компьютера. Что и подтверждает Нобелевская премия по физике 2012 г. — ее присудили Сержу Арошу и Дэвиду Уайнленду за «создание прорывных технологий манипулирования квантовыми системами, которые сделали возможными измерение отдельных квантовых систем и управление ими».
Но что такое — квантовый компьютер? Если вы сможете толком ответить на данный вопрос, то вам дадут не одну нобелевку. И это не шутка. Хотя теоретически понятно, что использование для прикладных вычислений принципов квантовой механики может дать гигантский скачок в производительности компьютеров (особенно для отдельных классов задач), никто пока не придумал не только архитектуры подобной машины — открытыми остаются даже вопросы построения ее элементов и принципов функционирования.
Например, Сержа Ароша и Дэвида Уайнленда отметили самой престижной наградой за то, что те продемонстрировали методы, по которым показания квантовой системы можно читать, не уничтожая их окончательно. Дело в том, что в процессе «считывания» подобных систем их состояние разрушается — ну и как после этого проводить дальнейшие вычисления?
Заслуга нобелевских лауреатов в том, что они научились считывать приблизительный ответ, лишь немного «подпортив» состояние системы — но не уничтожив его. Некоторые исследователи по этому поводу шутят, что если квантовый компьютер удастся построить, он будет похож на женщину — на один и тот же вопрос он будет выдавать отличающиеся от раза к разу ответы, которые к тому же будут зависеть от самых неожиданных и непредсказуемых внешних факторов.
Конечно, ожидать построения реального квантового компьютера в 2013-м не стоит — как, впрочем, и в ближайшее десятилетие. Но вот на некоторые прорывы надеяться можно — открытия в этой области нарастают лавиной.
Так, компания IBM стала финансировать собственные исследования в данном направлении — и в 2012 г. уже отчиталась о физической реализации квантовых вычислений с использованием сверхпроводящих кубитов (кубит — квантовый аналог цифрового бита, единица измерения информации и наименьший элемент для ее хранения. Главное отличие от бита, который может принимать лишь два значения — 0 и 1 — кубит способен находиться одновременно в обоих этих состояниях. Скажем, если байт — 8 бит — это аналог одной буквы, то 8 кубитов — это аналог той же буквы, которая одновременно может быть всем алфавитом. ). В прошлом году группе европейских ученых удалось также передать квантовое состояние двух «запутанных» («связанных» собственным состоянием) фотонов (то есть осуществить так называемую квантовую телепортацию) между двумя Канарскими островами — на расстояние свыше 143 км.
Но, пожалуй, самое интересное — ряду исследователей удалось «запутать» не только традиционно использующиеся для экспериментов фотоны, но и твердотельные кубиты, что открывает дорогу к построению реальной элементарной базы будущих машин.
В наступающем году стоит ожидать в этой связи два типа открытий: появления квантовых систем, состоящих из большого числа кубитов (пока что «компьютер» и в семь кубитов — фантастическое достижение), и отработки технологии создания «связанных» систем на разных материалах-носителях.
Причем приблизить идею квантового компьютера к стадии реализации могут открытия в самых разных сферах. Например, ученые из Массачусетского технологического института (США) опубликовали перед самым новым годом работу, в которой объявили об открытии нового типа магнетического материала, который назвали квантовой спиновой жидкостью.
Хотя само вещество — кристалл, его магнитное состояние постоянно меняется, что характерно для жидкости. Новый материал, таким образом, делает возможным оперировать с квантовыми эффектами магнитных моментов — и может стать отличным полигоном для отработки квантовых информационных технологий.
Наука чинить организмы
В биологии ситуация напоминает положение в физике: только что достигнутые результаты тут же диктуют новые в этой же области. Нобелевская премия 2012 г. по физиологии или медицине была присуждена Джону Гордону (кстати, он впервые в мире клонировал животное — шпорцевую ляушку — еще в 1962 г., задолго до знаменитой овцы Долли) и Шинья Яманаке за «перепрограммирование» клеток. Точнее, за изучение клеток с индуцированной плюрипотентностью — этот таинственный термин означает, что ученым удалось получить стволовые клетки не из эмбрионального материала, а из «взрослых» тканей.
Данный успех серьезно раздвигает горизонты биоинженерии — как и работы, например, американских ученых из медицинского центра при Университете Дьюка, которые в прошлом году показали, как можно превратить рубцовую ткань, появившуюся после инфаркта миокарда, в здоровую мышечную ткань сердца.
Обилие исследований, ведущихся в данной отрасли, и грандиозный объем их финансирования позволяют «предсказать» (без особого риска ошибиться) — в 2013-м мы услышим много нового о науке чинить организмы.
Особенно важно было бы достичь успеха в изучении механизма альтернативного сплайсинга — метода, с помощью которого на основе одного и того же гена наш организм может синтезировать несколько вариантов белка. Кстати, группа ученых из разных стран уже определила, что у приматов (в том числе, конечно, у человека) частота сплайсинга примерно в полтора-два раза выше, чем у других млекопитающих. То есть, это наш эволюционный козырь — и научившись управлять им, можно получить новое поколение медикаментов. К такому же прорыву способны привести и дальнейшие исследования в области изучения работы рецепторов живой клетки — множество медикаментов основаны на взаимодействии с ними.
Громких открытий в этой сфере в 2013-м можно ожидать хотя бы потому, что именно в этом году завершится пилотная стадия проекта «Протеом человека» по описанию всех белков человеческого организма — и результаты этой масштабной инвентаризации (ожидается описание более двух миллионов белков, что намного больше, чем известно сегодня) дадут пищу прикладным исследованиям на долгие десятилетия.
Если в медицине вас больше привлекают практические результаты, то ждите вестей из Китая. Долгие годы кубинские исследователи интриговали весь мир известиями о том, что им удалось создать вакцину от рака легких (CimaVax-EGF). Хотя вакцина уже была протестирована на кубинских пациентах и распространяется в местных госпиталях бесплатно, в мире о ней знают мало — своими силами Центру молекулярной иммунологии (Гавана) не удавалось наладить выпуск препарата в достаточных количествах. В 2012 г. стало известно, что уникальная вакцина тестируется в Китае — и после испытаний может уйти в производство.
Увы, CimaVax-EGF не предохраняет от заболевания — она лишь способна перевести тяжелую форму рака в контролируемое хроническое заболевание. Тем не менее наработка имеет большой научный потенциал — и способна привести к появлению новых нетоксичных методов контроля злокачественных опухолей.
Кроме того, оптимисты ожидают в этом году появления ряда обнадеживающих результатов от испытаний BiTE — биспецифических антител, с помощью которых ученые пытаются заставить клетки организма (так называемые Т-клетки) уничтожать опухоли.
С Марса — не только «обои»
Никогда еще человечество не было так близко к ответу на самый важный вопрос всех времен и народов: это, конечно, вопрос о существовании жизни на Марсе.
Астробиология впервые может превратиться из подрастающей золушки в уважаемую науку-матрону: а все потому, что аппарат Сuriosity собирается исследовать многообещающие слои осадочных пород. Недаром одну из зон слоистого песчаника (очень похожих на те, что в условиях Земли образуются на берегах и на дне водоемов) в НАСА назвали именем Наталиэля Шалера — не астронома, а палеонтолога! Искать органические молекулы биологического происхождения будут и в слоях филлосиликатов — проще говоря, глины.
Пока что шансы найти следы жизни выглядят крайне зыбкими: так, последние данные с Марса говорят о том, что глины планеты в основном сформировались не на поверхности, а в глубине, в особых карманах. А это дает основания предположить, что в прошлом Марса не было жаркого и влажного периода (с которым связывают возможность существования жизни). Но даже отрицательный результат, в данном случае, будет грандиозным событием — хотя, конечно, нам хотелось бы услышать что-то более интригующее.
Как ни странно, но другое важное открытие в сфере интересов астробиологии почти наверняка придет к нам в 2013-м из Антарктиды. В настоящий момент российские ученые продолжают работы по бурению в области громадного подледного озера «Восток». Напомним, что год назад после многочисленных трудностей скважину удалось довести до таинственного водоема — но как и было запланировано, высокое давление и низкие температуры сразу же образовали ледяную пробку, закупорившую доступ. Первые настоящие пробы воды из законсервированного около 15 млн. лет назад озера возьмут только сейчас — когда пробурят пробку. В лаборатории образцы попадут примерно к маю, и в 2013-м мы уж точно услышим о том, что же нашли в древней воде исследователи.
Какое отношение это имеет к астробиологии? Ожидается, что результаты изучения бактериального состава озера позволят судить о том, как могла бы развиваться жизнь на других планетах, а также создать эффективные механизмы ее обнаружения. Хотя многие ученые самым интересным результатом (фактически — фундаментальным открытием в области эволюции) посчитали бы обнаружение оксигенофилов — бактерий, живущих при экстремальных концентрациях кислорода (именно такие условия ожидаются в «Востоке»), но даже если озеро окажется абсолютно стерильным, это будет пусть и скучный для обывателя, но очень важный для науки итог исследований. Как говорят биологи, тогда впервые в истории планеты будет обнаружена единственная безжизненная область на Земле.
Пока дремлет ГЛОНАСС
Практически настроенные потребители смотрят на науку не как на способ раздвинуть свои представления об удивительном и необъятном мире, а как на источник новых технологий. Для таких людей ответ о грядущем векторе развития техники в 2013-м будет достаточно банален: роботизация. Грандиозных прорывов в сфере бытовой техники ожидать не приходится, но важные открытия будут сделаны. Чтобы знать, какие — следите за новинками из военных лабораторий.
Клипы компании Boston Dynamics, демонстрирующие стремительную эволюцию ее детища — грузового робота военного назначения Big Dog, — были в прошлом году хитами интернета. В этом пугающий агрегат (вместе со своими антропоморфными собратьями — роботом «Атлас» и быстрым «гепардом») обещает достичь боевого совершенства.
И подобное развитие роботов-убийц уже всерьез озаботило даже правозащитников: Human Rights Watch не только призвала правительства всех стран отказаться от опасных разработок, но и представила технический анализ возможных последствий («Losing Humanity: The Case Against Killer Robots», опубликован по адресу www.hrw.org/sites/default/files/reports/arms1112ForUpload_0_0.pdf). Согласно прогнозу, уже в ближайшее время боевые роботы будут представлять серьезную опасность для гражданского населения, что противоречит положениям Женевской конвенции и прочим сводам правил ведения войны.
Увы, сражения из фантастических боевиков все ближе: в прошлом году, например, германская компания Rheinmetall продемонстрировала боевую лазерную систему, в ходе испытаний пробившую стальной лист толщиной 15 мм с дистанции в 1 км, а также уверенно поразившую летящий со скоростью 50 м/с стальной шарик диаметром 82 мм. Усилия, которые правительства разных стран направили на разработку дорогостоящих и перспективных систем ПВО, говорят о том, что реальную возможность сдержать распространение ядерных и ракетных технологий никто всерьез не рассматривает.
Впрочем, военные технологии неизбежно переползают в быт: 27 декабря 2012 г. китайцы объявили, что открывают свою спутниковую навигационную систему «Бейдоу» (аналог GPS) для коммерческого использования. Пока она покрывает лишь Азиатско-Тихоокеанский регион, но орбитальная группировка неуклонно наращивается. Хорошая новость для всех, кто пользуется навигаторами, — альтернативная система позиционирования позволит значительно повысить скорость и точность определения координат.
Однако как бы практичны мы ни были, не стоит забывать о главном свойстве научных достижений — они удивляют. Поэтому будем надеяться, что наши прогнозы окажутся лишь частью того, чем поразят нас ученые и исследователи в новом году.
