Майбутнє десятиліття стане проривним у багатьох галузях науки. Ми побачимо, як розпечена плазма потече у величезному термоядерному реакторі. Перші люди зіллються з комп’ютерами і розділять свої думки на аналогові і цифрові. Американці знову висадяться на Місяці, айлон Маск відправить колоністів на Марс. Нам хочеться у все це вірити, нехай частка скепсису щодо всіх цих подій біса висока. Розповідаємо про головні події в науці нового десятиліття, які змінять наше життя.
Термоядерний реактор
Палаюча плазма — енергія від заряджених частинок, створена реакцією ядерного синтезу. Аналогічна тій, що лежить в основі існування Сонця та інших зірок. Укласти цей практично нескінченний (за мірками людини) джерело енергії в клітку — блакитна мрія не одного покоління фізиків.
У грудні 2025 року запустять в експлуатацію перший по-справжньому потужний термоядерний реактор — International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Він стане важливим «кроком у подоланні розриву між нинішніми розумінням і знаннями, необхідними для проектування та експлуатації термоядерних електростанцій в якості безпечних та сталих джерел енергії», пишуть провідні експерти в питаннях термоядерного синтезу.
ITER — це експериментальний термоядерний реактор. Він не буде генерувати енергію, всі його тепло буде розсіюватися в атмосфері. Він буде працювати імпульсно, надасть науковцям унікальну можливість вивчити горіння плазми, розробити інструменти, необхідні для її кращого розуміння, і підтвердити прогнози.
Реактор зможе генерувати 500 МВт потужності протягом більше 300 секунд. Раніше потужність, яка досягалася на термоядерних установках, не перевищувала 16 МВт (Joint European Torus у Великобританії). Експерименти дадуть фундаментальні відповіді на питання, які мають центральне значення для перспектив синтезу.
У 2010 році стартував проект Compact Fusion Reactor (CFR). Його розробляють в Skunk Works — секретної лабораторії Lockheed Martin, яка частіше працює над авіаційними військовими проектами. В результаті повинен вийти компактний термоядерний реактор, який стане помітно більш дешевою альтернативою ITER.
Передбачалося, що CFR зможе поміститися в великий вантажівка і буде важити близько 20 тонн, але пізніше ці припущення були скориговані. Нові параметри приблизно такі: 18 метрів в довжину 7 метрів у діаметрі та близько 2 тис. тонн ваги.
Своє штучне сонце в 2020 році повинен запустити і Китай. Токамак HL-2M розташований у місті Лешан, і… інформації про нього в англомовному інтернеті зовсім небагато.
Редагування геному
У 2012 році технологія генетичних ножиць CRISPR-Cas9 увірвався на світову сцену дослідної медицини. Генетики навчилися вирізати шкідливі мутації ДНК. Розробка викликала фурор у науковому середовищі, так як є більш дешевим, швидким, точним і ефективним з існуючих методів редагування геному. Цей метод підгледіли у бактерій, які таким чином відключають віруси, розрізаючи їх ДНК в потрібному місці.
У всіх заголовках ЗМІ під кінець минулого десятиліття прогриміла історія китайського дослідника, який застосував ці генетичні ножиці до ембріонам, щоб зробити їх несприйнятливими до ВІЛ.
Бунтівний вчений Хе Цзянькуй
Тим не менше ця технологія залишається розвивається. Редагування генома може стати чарівною паличкою в лікуванні і профілактиці захворювань людини. Але поки досліди проводяться переважно на клітинах і тварин. Адже якщо ножиці схиблять і відріжуть не свою мету, то порушать природну роботу геному і можуть потенційно призвести до розвитку раку. Досліди по редагуванню первинних статевих клітин та ембріонів поки перебувають під забороною в багатьох країнах.
Ми хочемо вірити, що в найближче десятиліття безпеку цього методу редагування геному людини буде остаточно доведена, а в рецензованих журналах будуть опубліковані підсумки тестування технології на людях. Наприклад, Editas Medicine декларувала, що візьметься за випробування своїх розробок на основі CRISPR-Cas9 для лікування рідкісного спадкового захворювання сітківки — амавроза Лебера, яке призводить до повної втрати зору. У листопаді 2018 року компанія отримала дозвіл на клінічні випробування.
У другій половині 2020-го можуть початися клінічні випробування компанії Intellia Therapeutics, яка в якості ворога вибрала амілоїдоз — накопичення аномальних білків у тканинах.
Космічне око
У сфері космічних польотів у нас куди більше ясності щодо проривів. Так, є заплановані опорні точки на 20-е роки нинішнього сторіччя.
30 березня 2021 року нарешті має відбутися запуск багатостраждального космічного телескопа імені Джеймса Вебба. Пристрій за 10 років має провести понад 2 тис. спостережень за планетами і малими тілами всередині Сонячної системи, за екзопланетами, галактиками та іншими вселенськими штуками. Передбачається, що за допомогою нового телескопа астрономи зможуть розглянути світ перших зірок, утворених після Великого вибуху.
Апарат спочатку планували запустити ще в 2007-му, але терміни постійно зсувалися: виготовлення оптичної системи для телескопа виявилося вкрай складним завданням, а бюджет під це незабаром майже доріс до $10 млрд.
Колонізація Місяця
Десь в середині 2020-х років американці в рамках місії «Артеміда» збираються повернутися на Місяць, з часом облаштувати там жиле поселення і створити фундамент під освоєння Марса. За форсування цього проекту дбає адміністрація Дональда Трампа. Завдання американський президент поставив у 2019 році: висадка повинна бути здійснена в 2024-м.
В кінці 2022 року відбудеться пілотований орбітальний обліт супутника Землі. Його планують здійснити з допомогою ракети-носія Space Launch System і корабля Orion. Першу сходинку SLS вже можна було спостерігати зовсім недавно під час її перевезення для проведення випробувань.
Успіх програми дозволить розпочати будівництво міжнародної навколомісячній станції Lunar Orbital Platform-Gateway. Вона займеться вивченням Місяця і далекого космосу, а в більш далекому майбутньому стане перевалочним пунктом для космонавтів, які полетять на Марс. Остаточно станцію, за оптимістичними оцінками, можуть скласти до кінця цього десятиліття.
Колонізація Марса
Інше ласе місце для людини в цій зоряній системі також може випробувати на собі вагу його підошви. Ілон Маск більше трьох років тому пообіцяв вже в цьому десятилітті доставити людину на Марс і навіть заснувати там повноцінну колонію, яка зможе підтримувати своє існування. Як правило, план американця надзвичайно амбітний і швидкоплинний: висадка людини на Червону планету повинна відбутися в 2024 році. За підсумком все може розтягнутися на шкалі на куди більший проміжок.
У листопаді 2019-го Маск поділився оновленим планом колонізації Марса, згідно з яким туди доведеться відправити близько тисячі космічних кораблів Starship. За 20 років вони доставлять на Червону планету вантажі, інфраструктуру і поселенців.
Найближчим часом компанія SpaceX планує розпочати тестування космічного корабля Starship висотою 118 метрів і місткістю до сотні людей. У поточному році він повинен з туристами на борту облетіти навколо Місяця. Що з цього вийде, побачимо зовсім скоро.
Створення квантового комп’ютера
В кінці 2019 року Google заявила про досягнення «квантового переваги» — переломного моменту, коли квантовий комп’ютер може вирішити задачу, яка практично не під силу класичного комп’ютера. Фахівці компанії стверджують, що їм вдалося за 3 хвилини і 20 секунд завершити обчислення, на яке у традиційного комп’ютера пішло б близько 10 тис. років. Але система Google вміє виконувати тільки один розрахунок і не є універсальною.
Квантові комп’ютери для обробки даних використовують явище квантової суперпозиції. Якщо звичайний комп’ютер оперує значеннями 0 і 1, то квантові оперують кубітами, які мають одночасно значення і 0, і 1, що радикально збільшує швидкість роботи. Створення першого цього квантового комп’ютера називають ключем до світу цифрового майбутнього.
Глава Google позує біля квантового комп’ютера
Досягнення Google незабаром було оскаржене фахівцями IBM, первісна публікація про дослідження була видалена. Багато експертів вважають, що результати експерименту були перебільшені і не мали практичного застосування.
Тим не менш потенціал квантових комп’ютерів вважається чи не безмежним. Особливо на тлі швидкодії сучасних суперкомп’ютерів. Квантовий комп’ютер зможе клацати зашифровані самими сучасними криптографічними алгоритмами повідомлення, і у світі не залишиться нічого прихованого. Для того, хто першим створить не експериментальний, а робочий квантовий комп’ютер.
Але до тих пір вченим доведеться вирішити дуже багато практичних задач в різних областях фізики. Незважаючи на всі складності, фахівці дивляться в майбутнє зі стриманим оптимізмом. Віце-президент IBM назвав три-п’ять найближчих років як момент появи перших комерційних квантових комп’ютерів.
Інтерфейс «мозок — комп’ютер»
Ідеєю поєднати мозок людини і комп’ютер останні десятиліття марять і фантасти і вчені. Тим не менш можливість імплантувати в людський мозок міць сучасного комп’ютера як притягує, так і лякає. В першу чергу інтерфейси «мозок — комп’ютер», стали б у нагоді людям, які за тих чи інших причин частково обмежені в пересуваннях.
Ілон Маск добрався і до нейроинтерфейсов. У 2016 році він заснував компанію Neuralink, яка займається перспективними розробками в цій сфері. Минулого літа вона показала свої напрацювання: гнучкі, тонше людської волосини «нитки», за яким мозок буде обмінюватися сигналами з машиною, нейрохірургічного робота, здатного акуратно вводити ці нитки в людський мозок, а також чіп, який вміє читати, очищати і підсилювати сигнали мозку.
Технологію вже протестували на щурах та мавпах. Маск згадав, що деякі тварини були здатні керувати комп’ютерною програмою лише за допомогою сили свого мозку, але в подробиці експериментів вдаватися не став. У другому кварталі 2020 року після отримання дозволу від регулятора компанія планує почати тестування технології на людях.
Як і будь-дітище Маска у різних галузях науки, Neuralink поки голосніше всіх заявляє про себе у сфері нейроинтерфейсов. Але розробки тривають і іншими компаніями. Наприклад, Second Sight в 2017 році отримала схвалення на клінічні випробування свого імпланта, який здатний звернути часткову або повну втрату зору. Чіп імплантують в кору головного мозку, він стимулює нейрони зорової кори і допомагає пацієнтам побачити хоч щось.
Чекаємо гучних новин і проривів в 2020-х роках.