Открытия науки 21 века. Новые открытия в биологии XXI века. Бионика. сконструированы биопротезы, управляемые силой мысли

Агентство РИА Новости в честь Дня российской науки провело широкомасштабный опрос экспертов и составило список наиболее важных и наиболее ярких открытий, сделанных российскими учеными за последние 20 лет. Этот список не претендует на полноту и объективность, в него не вошли многие открытия, однако он дает представление о масштабах сделанного в постсоветской науке.

Сверхтяжелые элементы

Российские ученые именно в постсоветскую эпоху вырвались вперед в гонке за сверхтяжелыми элементами таблицы Менделеева. С 2000 по 2010 год физики из лаборатории имени Флерова в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне впервые синтезировали шесть самых тяжелых элементов с атомными номерами со 113 по 118.

Два из них уже официально признаны Международным союзом чистой и прикладной химии (ИЮПАК) и получили имена флеровий (114) и ливерморий (116). Заявка на открытие элементов 113, 115, 117 и 118 сейчас рассматривается в ИЮПАК.

«Возможно, что одному из новых элементов будет присвоено наименование «московий», - сказал РИА Новости замдиректора лаборатории Флерова Андрей Попеко.

Экзаваттные лазеры

В России создана технология, которая позволяет получить самое мощное световое излучение на Земле. В 2006 году в нижегородском Институте прикладной физики РАН была построена установка PEARL (PEtawatt pARametric Laser), основанная на технологии параметрического усиления света в нелинейно-оптических кристаллах. Эта установка выдала импульс мощностью 0,56 петаватта, что в сотни раз превосходит мощность всех электростанций Земли.

Сейчас в ИПФ планируют увеличить мощность PEARL до 10 петаватт. Кроме того, планируется запустить проект XCELS, который предполагает создание лазера мощностью до 200 петаватт, а в перспективе - до 1 экзаватта.

Такие лазерные системы позволят исследовать экстремальные физические процессы. Помимо этого, с их помощью можно инициировать термоядерные реакции в мишенях, на их основе можно создавать лазерные источники нейтронов с уникальными свойствами.

Сверхмощные магнитные поля

Физики из российского ядерного центра в Сарове под руководством Александра Павловского в начале 1990-х годов разработали метод получения рекордно мощных магнитных полей.

С помощью взрывных магнитокумулятивных генераторов, где взрывная волна «сжимала» магнитное поле, им удалось получить величину поля в 28 мегагаусс. Эта величина - абсолютный рекорд для искусственно полученного магнитного поля, она в сотни миллионов раз выше силы магнитного поля Земли.

С помощью таких магнитных полей можно исследовать поведение вещества в экстремальных условиях, в частности, поведение сверхпроводников.

Нефть и газ не закончатся

Пресса и экологи регулярно напоминают нам, что запасы нефти и газа вскоре - через 70-100 лет - подойдут к концу, это может привести к коллапсу современной цивилизации. Однако ученые из российского университета нефти и газа имени Губкина утверждают, что это не так.

Путем экспериментов и теоретических расчетов они доказали, что нефть и газ могут формироваться не в результате разложения органических веществ, как гласит общепринятая теория, а абиогенным (небиологическим) путем. Они установили, что в верхней мантии Земли, на глубинах 100-150 километров, существуют условия для синтеза сложных углеводородных систем.

«Этот факт позволяет говорить о природном газе (по крайней мере) как о возобновляемом и неиссякаемом источнике энергии», - сказал РИА Новости профессор Владимир Кучеров из университета имени Губкина.

Озеро Восток

Российским ученым принадлежит, возможно, последнее крупное географическое открытие на Земле - обнаружение подледного озера Восток в Антарктиде. В 1996 году совместно с британскими коллегами они открыли его с помощью сейсмического зондирования и радарных наблюдений.

Бурение скважины на станции Восток позволило российским ученым получить уникальные данные о климате на Земле за последние полмиллиона лет. Они смогли определить, как менялась температура и концентрация СО2 в далеком прошлом.

В 2012 году российским полярником удалось впервые проникнуть в это реликтовое озеро, которое было изолировано от внешнего мира около миллиона лет. Исследование образцов воды из него, возможно, приведет к открытию абсолютно уникальных микроорганизмов и позволит сделать выводы о возможности существования жизни за пределами Земли - например, на спутнике Юпитера Европе.

Мамонты - современники древних греков

Мамонты были современниками критской цивилизации и вымерли уже в историческое время, а не в эпоху каменного века, как считалось ранее.

В 1993 году Сергей Вартанян и его коллеги обнаружили останки карликовых мамонтов, рост которых не превышал 1,8 метра, на острове Врангеля, который, по всей видимости, был последним убежищем этого вида.

Радиоуглеродная датировка, проведенная с участием специалистов географического факультета Петербургского университета, показала, что мамонты обитали на этом острове до 2000 года до нашей эры. До того момента считалось, что последние мамонты жили на Таймыре 10 тысяч лет назад, однако новые данные показали, что мамонты существовали еще во времена минойской культуры на Крите, постройки Стоунхенджа и 11-й династии египетских фараонов.

Третий вид людей

Работа сибирских археологов под руководством академика Анатолия Деревянко позволила обнаружить новый, третий по счету вид человеческих существ.

До сих пор ученым было известно о двух высших видах древних людей - кроманьонцах и неандертальцах. Однако в 2010 году исследование ДНК из костей, найденных в Денисовой пещере на Алтае, показало, что 40 тысяч лет назад в Евразии вместе с ними жил третий вид, получивший имя денисовцев.

Метан и вода на Марсе

Хотя в постсоветский период России не удалось осуществить успешных самостоятельных межпланетных миссий, российские научные приборы на американских и европейских зондах и наземные наблюдения принесли уникальные данные о других планетах.

В частности, в 1999 году Владимир Краснопольский из МФТИ и его коллеги с помощью инфракрасного спектрометра на гавайском телескопе CFHT впервые зарегистрировали линии поглощения метана на Марсе. Это открытие стало сенсацией, поскольку на Земле основным источником метана в атмосфере являются живые существа. Эти данные затем были подтверждены измерениями с европейского зонда «Марс-Экспресс». Хотя марсоход Curiosity на данный момент не подтвердил присутствие метана в марсианской атмосфере, ученые не ставят точку в этих поисках.

Российский прибор ХЕНД на борту аппарата «Марс-Одиссей», созданный под руководством Игоря Митрофанова из Института космических исследований РАН, впервые показал, что у полюсов Марса и даже в средних широтах существуют огромные запасы подповерхностного водяного льда.

Следы миграций в мифах

Генетические исследования в последние годы позволили ученым узнать много нового о расселении и путях миграции людей на Земле. Российский историк и антрополог Юрий Березкин показал, что не менее впечатляющих результатов можно добиться, изучая фольклорно-мифологические тексты.

Он начал свою работу со сравнения мифологических мотивов у аборигенов Сибири и Америки, а затем включил в свои исследования данные о культурах едва ли не всех народов мира, что позволило нарисовать впечатляющую картину первичного расселения людей по земному шару.

Он доказал, что существуют устойчивые совпадения определенных мифологических мотивов в отдельных регионах, которые коррелируют с древнейшими перемещениями первобытных племен, что подтверждается данными археологии и генетики.

«Тем самым у нас появляется - впервые в истории науки - способ относительно точной оценки времени существования компонентов устной традиции, что решает целый ряд центральных проблем фольклористики или, по крайней мере, дает в руки исследователей ориентир для последующих разысканий», - сказал РИА Новости профессор Сергей Неклюдов из РГГУ.

Задача тысячелетия

Российский математик Григорий Перельман в 2002 году доказал гипотезу Пуанкаре - одну из семи «задач тысячелетия» из списка Математического института Клэя. Сама гипотеза была сформулирована еще в 1904 году, и ее суть сводится к тому, что трехмерный объект без сквозных отверстий топологически эквивалентен сфере.

Перельман смог доказать эту гипотезу, однако небывалую популярность в СМИ он получил тогда, когда отказался от премии в 1 миллион долларов от Института Клэя за это доказательство.

Каждая эпоха приносит с собой массу новых открытий и изобретений. И XXI век не исключение.

Достижения медицины

Пересадка лица и головы

В 2005 году французским хирургам удалось удачно завершить первую в мире трансплантацию лица. Операция потребовалась Изабель Динуар, пострадавшей от множественных укусов собаки. Ее рот, нос и подбородок были изувечены, пластическая операция не представлялась возможной. Медики, решившись на риск, пересадили ей лицо умершей женщины.

Изабель Динуар до и после операции по пересадке лица

Операция завершилась благополучно, и позже кожа даже обрела чувствительность.

В 2013 году нейрохирург Серджио Канавера сделал невероятное заявление: он решился провести пересадку головы. Операция должна состояться в 2017 году.

Миниатюрное чудо-устройство, попадая в организм, позволяет оценить состояние некоторых внутренних органов, в том числе тонкого кишечника и пищевода.

Оно не заменяет полноценного обследования, но позволяет поставить первоначальный диагноз. Сканер способен делать высококачественные цветные снимки и даже фиксировать рак пищевода.

Большинство обезболивающих препаратов содержат опий, вызывающий привыкание. Избежать проблемы злоупотребления данным средством поможет открытие неврологов из Вашингтона.

Соединив в пробирке свето-чувствительный белок и опиоидные рецепторы, они отметили активность последних. То есть боль можно блокировать при помощи света. По мнению ученых, в будущем свет поможет заменить болеутоляющие лекарства.

Группа энтузиастов разработала устройство, представляющее собой очки со встроенным программным обеспечением. Отслеживая движения глаз, они преобразовывают их в линии и выводят изображение на экран.

Глазописец поможет парализованным людям вернуться к полноценному общению. А пока ведется работа по усовершенствованию модели.

Научные изобретения

В 2007 году ученые Грюнберг и Фером открыли эффект феноменального магнетосопротивления.

Их открытие поможет создать память с громадной емкостью, высоким быстродействием и низким электропотреблением. Ей не страшны перебои с питанием и ионизирующее излучение.

В 2010 году ученые-физики Новоселов и Гейм получили Нобелевскую премию за изобретение полупрозрачного сверхпрочного и сверхтонкого двумерного материала.

Он идеален для создания гибких сенсорных экранов и компьютеров, мягких часов-браслетов, световых панелей и других ноу-хау. Сейчас ученые работают над вопросами применения изобретения в электродах суперконденсаторов, солнечных батареях и «космических» материалах.

В 2008 году был запущен Большой адронный коллайдер. Этот мегамощный ускоритель электронных частиц позволит детально изучить устройство Вселенной и окружающей материи.

По мнению общественности, коллайдер способен спровоцировать появление новой черной дыры. Ученые же утверждают, что эти страхи необоснованны.

В 2000 году Томас Боланд попытался настроить обычные настольные принтеры на печать фрагментов ДНК. Использовав вместо чернил человеческие клетки, он выявил, что 90% из них сохраняют жизнеспособность.

С помощью принтера можно печатать органы с индивидуальными параметрами: клапана сердца, ушные раковины, кожу и другие, способные без проблем приживаться в организме.

Открытия в науке

Найдены мягкие ткани динозавров

Мэри Швайцер удалось обнаружить в окаменелостях тирранозавра мягкие ткани. Это удивительно, ведь возраст находки – 68 млн. лет. Мэри разглядела гибкие нити, похожие на кровеносные сосуды и другие клетки.

Ученые полагают, что это новый вид окаменелости – молекулярной. Теперь они пытаются частично восстановить генетический код и сравнить доисторическое животное с современными особями.

Нефть и газ не кончатся

Ученые опровергли массовые страхи по поводу истощения горючих ресурсов. Они обнаружили, что нефть и газ по мере расходования возобновляются. Соответственно, месторождения газа и нефти никогда не иссякнут.

Посредством экспериментов было установлено, что верхняя мантия планеты обладает условиями, необходимыми для синтеза углеводородных систем. На их производство требуются минуты.

Секрет бессмертия

Великобританские и американские ученые, расшифровав геном гренландского кита, выявили гены, отвечающие за продолжительность жизни. А живет кит до 200 лет.

Это открытие позволит идентифицировать гены, ответственные за устойчивость к ряду заболеваний, репарацию ДНК и продолжительность жизни и «скорректировать» их работу.

Подопытные мышцы

Американским исследователям удалось взрастить человеческие скелетные мышцы, способные сокращаться. Как и природные, они реагируют на лекарства, биохимические сигналы и электроимпульсы.

Материалом для выращивания послужили стволовые клетки. Некоторые из них умирали, а другие формировали пучки мышечных волокон.

Ученые надеются, что это открытие поможет изучать заболевания и влияние лекарств на организм человека вне тела. Кроме того, «мышечный конструктор» поможет больным с мышечной дистрофией.

Открытия в астрономии

Зонд New Horizons, в результате 9-летнего полета достигший Плутона, принес много новой информации. Плутон оказался больше предполагаемых размеров.

Тысячи лет назад он имел более плотную атмосферу и более сильные ветра. Он имеет разнообразную рельефную поверхность и синее небо, подобно Земле.

Ученые зафиксировали мощные электромагнитные потоки вкупе с заряженными частицами, исходящие из нашей Галактики.

Длина «гейзеров» достигает 50 000 световых лет (а это половина диаметра Галактики), а скорость движущихся в них частиц – 1000 км/с. Открытие поможет в изучении вопроса образования и сохранения магнитного поля Галактики.

Ученые NASA уверены, что в массовых вымираниях всего живого на планетах (в том числе и на Земле) виновны «звезды смерти».

Одна из них является спутником Солнца и появляется рядом с Землей каждый 26 млн. лет. Далекий коричневый карлик создает колебание облака Оорта на своей орбите, что пагубно сказывается на жизни живых организмов на «соседних» планетах.

Возраст Вселенной

Европейское космическое агентство установило, что Вселенная старше, чем предполагалось. Ее возраст – 13,8 млрд. лет.

Также оказалось, что расширяется она чуть медленнее, зато содержит больше темной и обычной материи, чем ожидалось.

Новые факты о Марсе

Биохимик Стивен Беннер утверждает, что первая жизнь зародилась на Марсе и только потом, благодаря метеориту, попала на Землю. По его мнению, 3,5 млрд. лет назад (в момент зарождения жизни) Земля была покрыта кипятком, формирование жизни в котором было невозможно. Зато Марс в то время был идеален. Он был суше и имел молибден и бор, необходимые для развития.

В 2005 году информация о Марсе пополнилась новыми сведениями. Марсоход Curiosity, пробурив грунт планеты, взял глубинную пробу каменной породы. Обнаруженные на глубине полуметра следы грунтовых вод показали, что около 3 млрд. лет назад на Марсе имелась вода.

Удивительные открытия всегда идут в ногу со временем. Что принесет нам следующий, XXII век?

Начало XXI века ознаменовано большим количеством научных открытий. Но за ними просто таки выстроилась вереница вопросов, которые заставляют учёный мир задуматься: а ведь на самом деле всё не так просто, как кажется даже светилам науки.

БИОНИКА

Созданы биомеханические устройства и протезы, контролируемые усилием мысли

Американец Зак Вотер испытал бионический ножной протез, поднявшись по лестнице на 103-й этаж небоскреба Уиллис-тауэр, расположенного в Чикаго

В 2013 году появились первые опытные образцы «умных» протезов с обратной связью (эмуляцией осязательных ощущений), которые позволяют человеку чувствовать то, что «ощущает» протез. В 2010-х годах созданы и отдельные от человека устройства, управляемые только через мысленный интерфейс (иногда с инвазивными контактами, но чаще это похоже на головной обруч с сухим электродом), — компьютерные игры и тренажеры, манипуляторы, транспорт и пр.

ЭЛЕКТРОНИКА

Перейден петафлопсный барьер

В 2008 году новый суперкомпьютер в Лос-Аламосе (США) заработал со скоростью более квадриллиона (тысяча триллионов) операций в секунду. Следующий барьер, эксафлопсный (квинтиллион операций в секунду) будет достигнут в ближайшие годы. Системы с такой невероятной скоростью необходимы в первую очередь для высокопроизводительных вычислений — обработки данных научных экспериментов, климатического моделирования, финансовых операций и т. д.

За 15 лет с начала нового тысячелетия люди и не заметили, что попали в иной мир: мы живем в другой Солнечной системе, умеем ремонтировать гены и управлять протезами силой мысли. Ничего этого в XX столетии не было

Генетика

Геном человека полностью секвенирован

Робот сортирует ДНК человека в чашках Петри для проекта The Human Genome

Проект «Человеческий геном» (The Human Genome Project ) начался в 1990 году, в 2000-м был выпущен рабочий черновик структуры генома, полный геном - в 2003 году. Однако и сегодня дополнительный анализ некоторых участков еще не закончен. В основном он был выполнен в университетах и исследовательских центрах США, Канады и Великобритании. Секвенирование генома имеет решающее значение для разработки лекарств и понимания того, как устроено человеческое тело.

Генная инженерия вышла на новый уровень

В последние годы был разработан революционный метод манипуляции ДНК при помощи так называемого CRISP -механизма. Эта методика позволяет избирательно редактировать определенные гены, что раньше было невозможно.

Математика

Доказана теорема Пуанкаре

В 2002 году российский математик Григорий Перельман доказал теорему Пуанкаре, одну из семи задач тысячелетия (важные математические проблемы, решение которых не найдено в течение десятков лет). Перельман показал, что исходная трехмерная поверхность (если в ней нет разрывов) обязательно будет эволюционировать в трехмерную сферу. За эту работу он получил престижную «медаль Филдса», аналог Нобелевской премии в математике.

Астрономия

Открыта карликовая планета Эрида

Впервые Эриду сфотографировали еще 21 октября 2003 года, но заметили на снимках только в начале 2005-го. Ее открытие стало последней каплей в спорах о судьбе Плутона (продолжать ли его считать планетой или нет), что изменило привычный образ Солнечной системы (см. стр. 142–143).

Обнаружена вода на Марсе

В 2005 году аппарат «Марс Экспресс» Европейского космического агентства обнаружил большие залежи водяного льда недалеко от поверхности - это очень важно для последующей колонизации Красной планеты.

Физика

Глобальное потепление - быстрее, чем ожидалось

В 2015 году ученые из Всемирного центра мониторинга ледников при Цюрихском университете (Швейцария) под руководством доктора Михаэля Цемпа, работая совместно с коллегами из 30 стран, установили, что темп таяния ледников на Земле к настоящему времени, по сравнению c усредненными показателями за XX век, вырос в два-три раза.

Обнаружена квантовая телепортация

Такая телепортация отличается от телепортации, о которой любят говорить фантасты, - при ней материя или энергия не передаются на расстояние. Эксперименты по передаче квантовых состояний на большие расстояния были удачно проведены за последние 15 лет не менее чем десятком научных групп. Квантовая телепортация очень важна для создания сверхзащищенных шифров и квантовых компьютеров.

Экспериментально подтверждено существование графена

Его двумерная (толщиной в один атом) кристаллическая решетка проявляет необычные электрофизические свойства. Впервые графен был получен Андреем Геймом и Константином Новоселовым в 2004 году (Нобелевская премия за 2010-й). Его планируется использовать в электронике (в сверхтонких и сверхбыстрых транзисторах), композитах, электродах и т. д. Кроме того, графен - второй по прочности материал на свете (на первом месте - карбин).

Доказано существование кварк-глюонной плазмы

В 2012 году эксперименты физиков, работающих с ускорителем RHIC в Брукхейвенской национальной лаборатории (США), попали в Книгу рекордов Гиннесса с формулировкой «за самую высокую температуру, полученную в лабораторных условиях». Сталкивая ионы золота на ускорителе, ученые добились возникновения кварк-глюонной плазмы с температурой 4 триллиона °С (в 250 тысяч раз горячее, чем в центре Солнца). Спустя примерно микросекунду после Большого взрыва Вселенная была наполнена как раз такой плазмой.

Найден бозон Хиггса

Существование этой элементарной частицы, отвечающей за массу всех прочих частиц, теоретически было предсказано Питером Хиггсом еще в 1960-х годах. А найдена она была во время экспериментов на Большом адронном коллайдере в 2012-м (за что Хиггс, совместно с Франсуа Энглером, получил Нобелевскую премию 2013 года).

Биология

Людей поделили на три энтеротипа

В 2011 году ученые из Германии, Франции и нескольких других исследовательских центров доказали, что по генетике населяющих нас бактерий люди делятся на три категории, или энтеротипа. Энтеротип человека проявляется в разной реакции на еду, лекарства и диеты, и потому стало ясно, что никаких универсальных рецептов в этих областях существовать не может.

Создана первая синтетическая бактериальная клетка

В 2010 году ученые из Института Крейга Вентера (был одним из лидеров гонки по расшифровке человеческого генома) создали первую полностью синтетическую хромосому с геномом. Когда ее встроили в бактериальную клетку, лишенную генетического материала, она начала функционировать и делиться по предписанным новым геномом законам. В перспективе синтетический геном позволит создавать вакцины против новых вирусных штаммов за часы, а не за недели, производить эффективное биотопливо, новые пищевые продукты и т. д.

Удачно записаны и перезаписаны воспоминания

Начиная с 2010 года несколько исследовательских групп (США, Франция, Германия) научились записывать в мозг мышей ложные воспоминания, стирать реальные, а также превращать приятные воспоминания в неприятные. До человеческого мозга дело пока не дошло, но осталось недолго.

Получены «этичные» (не из эмбрионов) плюрипотентные стволовые клетки

В 2012 году Синъя Яманака совместно с Джоном Гёрдоном стали лауреатами Нобелевской премии за открытие 2006 года - получение плюрипотентных стволовых клеток мыши путем эпигенетического перепрограммирования. За последующее десятилетие не менее десятка научных групп добились впечатляющих успехов в данной области, в том числе с человеческими клетками. Это предвещает скорые прорывы в терапии рака, регенеративной медицине, а также в клонировании человека (или его органов).

Палеонтология

Впервые обнаружены мягкие ткани динозавра

Мэри Швейцер руководила научной группой, которая описала коллаген, выделенный из бедренной кости Tyrannosaurus reх

Молекулярный палеонтолог Университета Северной Каролины Мэри Швейцер в 2005 году в окаменевшей конечности подростка-тираннозавра из Монтаны (возрастом 65 млн лет) обнаружила мягкие ткани. Ранее считалось, что любые белки разложатся максимум за несколько тысяч лет, поэтому никто их в окаменелостях и не искал. После этого мягкие ткани (коллаген) были обнаружены и в других древнейших образцах.

У людей обнаружены гены неандертальцев и «денисовского человека»

Участники международного симпозиума «Переход к верхнему палеолиту в Евразии: культурная динамика и развитие рода Homo » осматривают место раскопок в центральном зале Денисовой пещеры

Из работ двух научных групп стало ясно, что от 1 до 3% генома среднестатистического европейца или азиата восходит к неандертальцам. Но у каждого современного индивидуума присутствуют несхожие неандертальские аллели (различные формы одного и того же гена), поэтому общая сумма «неандертальских» генов куда выше, до 30%. «Наследники» неандертальцев (скрещивание происходило около 45 тысяч лет назад) - в основном европейцы; у азиатов в геноме присутствуют следы скрещивания с еще одним гоминидом - «денисовским человеком». Самые «чистые» Homo sapiens - уроженцы Африканского континента.

Медицина

По дыханию распознана ранняя стадия рака легких

Год назад группа израильских, американских и британских ученых разработала устройство, которое способно точно идентифицировать рак легких и определить, в какой стадии он находится. Основой устройства стал анализатор дыхания со встроенным наночипом NaNose , способный «вынюхать» раковую опухоль с 90-процентной точностью, даже когда раковый узелок практически незаметен. В скором времени стоит ожидать анализаторов, которые смогут по «запаху» определять и другие виды рака.

Разработано первое полностью автономное искусственное сердце

Специалисты американской компании Abiomed разработали первое в мире полностью автономное постоянное искусственное сердце для имплантаций (AbioCor ). Искусственное сердце предназначено для пациентов, у которых невозможно лечение собственного сердца или имплантация донорского.

Бионика

Созданы биомеханические устройства и протезы, контролируемые усилием мысли

Американец Зак Вотер испытал бионический ножной протез, поднявшись по лестнице на 103-й этаж небоскреба Уиллис-тауэр, расположенного в Чикаго

В 2013 году появились первые опытные образцы «умных» протезов с обратной связью (эмуляцией осязательных ощущений), которые позволяют человеку чувствовать то, что «ощущает» протез. В 2010-х годах созданы и отдельные от человека устройства, управляемые только через мысленный интерфейс (иногда с инвазивными контактами, но чаще это похоже на головной обруч с сухим электродом), - компьютерные игры и тренажеры, манипуляторы, транспорт и пр.

Электроника

Перейден петафлопсный барьер

В 2008 году новый суперкомпьютер в Лос-Аламосе (США) заработал со скоростью более квадриллиона (тысяча триллионов) операций в секунду. Следующий барьер, эксафлопсный (квинтиллион операций в секунду) будет достигнут в ближайшие годы. Системы с такой невероятной скоростью необходимы в первую очередь для высокопроизводительных вычислений - обработки данных научных экспериментов, климатического моделирования, финансовых операций и т. д.

Фото: Alamy, SPL, Newscom / Legion Media, SPL / Legion Media (X2), Photo courtesy of North Carolina State University, Reuters / Pix- Stream, Александр Кряжев / РИА Новости, Reuters / Pix-Stream, Michael Hoch, Maximilien Brice / © 2008 CERN, for the benefit of the CMS Collaboration, AP / East News

1. Суперкомпьютеры.


Компьютеры на фотонах.

Создание устройств, позволяющих установит непосредственную связь мозга человека и компьютера, что позволит создать электронного советника.

персональных компьютеров.

Работы по нанотехнологиям только начинаются. Фундаментальные свойства наномира неизвестны. Главное фундаментальное свойство вещества - его строение. Вариантов размещения атомов может быть 10 в 53 степени и, взаимодействуя, они стремятся занять как можно меньше места. Изменяя структуру атомной решетки, можно изменять свойства вещества. Всё состоит из частиц, которые определенным образом расположены в пространстве, образуют связи, а это означает, что где-то они собираются. Как это происходит и сколько надо собрать атомов, что бы получить свойства вещества, неизвестно. Например, собранные тринадцать атомов серебра по своей химической активности ведут себя как атом йода.

Однако с нанотехнологиями связаны и определенные риски: наночастцы могут вдыхаться, легко проходят через мембраны клеток и стенки кровеносных сосудов, что может вызывать болезни. Возникнет и проблема утилизации наноматериалов.

5. Лазерные технологии.
Преимуществ лазерного луча:

фрагменту образа).

- полет на Марс.

Создание растений, обладающих уникальными свойствами: более длительным и интенсивным ростом, увеличенной урожайностью, увеличенным сроком хранения фруктов и плодов, повышенной засухоустойчивостью и т. д. При этом основным направлением должно быть изменение собственных компонентов растений, например, изменение синтеза гормонов, а не привнесение чего-то извне в геном.

Создание синтетической формы жизни, где все 100% ДНК будут получены в лаборатории без использования каких-либо живых существ. Создание искусственной клетки, а на ее основе живых систем. Человеческий геном сделается одной из компьютерных программ, подлежащих тестированию и оптимизации, а при необходимости и переделке.
Это может привести к серьезным и опасным последствиям: созданию искусственных вирусов и болезнетворных микроорганизмов с устойчивостью к лекарственным препаратам. Применение их в качестве биологического оружия и для биотерроризма.

9. Производство энергии.

Создание небольших атомных электростанций, безопасных, переносимых и способных обеспечить электроэнергией небольшой город. Вместо опасного и все более редкого урана использование тория. Ториевый реактор способен без перезагрузки работать до 50 лет. При этом ториевый реактор не создает ядерные отходы - загруженное ядерное топливо заканчивается, когда исчерпывает свои ресурсы сама станция.
В ближайшем будущем начнётся широкое внедрение бестопливного производства энергии, то есть энергии, основанной на применении энергии ветра, недр Земли, приливов и, прежде всего, солнечной энергии. Уже в настоящее время бестопливное производство энергии превышает топливное, созданы солнечные батареи с КПД 20% и есть предпосылки для появления 25-30% солнечных кремниевых батарей. Появление подобных батарей позволило бы разместить на орбите большие поля из солнечных батарей, собранная энергия которых передавалась бы на Землю с помощью СВЧ-излучения или лазера. Создание в нескольких местах на территории Земли минимум 3-х станций (например, в Австралии, Африке и Мексике), получающих энергию с орбиты, полностью обеспечитЗемлю энергией. Для передачи с этих станций энергии будут применяться «реактивные токи» - токи свободных статистических зарядов, которые можно передавать на большие расстояния по одному медному проводу диаметром до миллиметра. Реактивные токи имеют значительно меньшие потери, требуют значительно меньше металла и строительных затрат (не нужны высоковольтные линии электропередач, вместо которых применяется кабель). Их применение изобретено Теслой.

Создание космических электростанций позволит вырабатывать абсолютно экологически чистую энергию; цена ее даже при огромных первоначальных расходах ниже, чем у тепловых и атомных станций; обеспечивается независимость от углеводородного сырья. Солнечные батареи могут быть сделаны очень тонкими (около 12 микрон), их помещают в капсулы и разворачивают на орбите. Подобный эксперимент был проведен в России в 1993 году и запатентован.

Одним из возможных направлений получения энергии является синтез водорода при разложении воды с помощью солнечной энергии и катализаторов, а также применение для этой цели фотосинтеза (как у растений).
Важно и применение катализаторов для снижения потребления энергии.

Но есть проекты и других видов транспорта, например, вакуумный тоннель, в котором движется капсула с пассажирами.

Выращивание органов из стволовых клеток. Уже есть опыты по выращиванию зубов.

12. Робототехника.

13. Клонирование.

Выращивание органов из тканей самих пациентов. Уже сейчас ведутся работы по перепрограммированию клеток соединительной ткани в клетки другого типа, например, в клетки сердечной или печеночной тканей. Это позволит радикально обновлять ткани организма.
- Отращивание заново организмом поврежденных органов. Замена больных конечностей и внутренних органов протезами, управляемыми мозгом (уже два человека в мире имеют подобные протезы рук). Создание полного протеза тела управляемого биологическим мозгом владельца.

Предотвращение наследственных заболеваний.
- Коррекция и улучшение памяти. Замена протезами некоторой части мозга, вышедшей из строя. Такие работы уже ведутся.

Ряд ученых полагает, что эти достижения способны продлить длительность жизни до 120 лет к 2050 году. Правда, следует иметь ввиду, что такое радикальное повышение продолжительности жизни может поставить под угрозу развитие человечества в целом. Следует иметь ввиду, что в настоящее время совершенно неясно, как функционирует мозг. Неизвестно, что такое сознание и где начинается личность, как работает память (по каким законам соединяются нейроны). Мозг - это не только логика, но и много реакций неосознанных, непонятных, интуитивных. По сложности образования связей компьютер далеко отстает от мозга. В компьютере память и операции разделены, в биологическом мозге память и операции едины, выполняются одними и теми же нейронами, находящимися в разных отделах мозга. Мозг одного человека - это все компьютеры в мире плюс Интернет. Воспроизвести такую систему пока невозможно.

18. Прорывные достижения могут быть осуществлены в следующих областях:


- использование гелия в качестве строительного элемента промышленности;
- в сельском хозяйстве - разложение вносимых азотных удобрений микробами.





- эктрасенсорное восприятие (видение картин будущего, получение информации через большие расстояния без специальных приборов, чтение мыслей). Чтение мыслей - задача уже практически достижимая. Когда произносятся слова, наш мозг посылает импульсы к нервным окончаниям, которые управляют связками и мышцами языка. Если эти сигналы при речи, сказанной про себя, улавливать сенсорами, вплетенными в мышечную ткань, то люди смогут общаться не раскрывая рта);

Регистрационный номер 0055979 выдан для произведения:

С начала ХХ-го века, наука достигла огромных успехов. Созданы атомная энергетика, радиолокация, телевидение, магнитофоны, компьютеры, сверхзвуковая авиация, полимеры, волоконная оптика, транзисторы и интегральные микросхемы, жидкокристаллические дисплеи, лазеры, сотовая связь и Интернет, ракетно-комическая техника. В значительной степени всё это стало возможно благодаря достижениям фундаментальной физики XIX-XX вв., прежде всего, максвелловской электродинамики и квантовой механики.

Открыты структура ДНК, генетический код живых организмов и на этой основе развиваются генная инженерия и клонирование, механизм мутаций и эволюции биологических организмов. Проводится пересадка органов. Возникли новые отрасли науки, например, синергетика и фрактальная геометрия.

Ближайшие перспективы развития науки могут быть следующими.

1. Суперкомпьютеры.
Суперкомпьютеры - перспектива развития компьютерной техники. Эти ЭВМ
включают 5000 - 8000 микропроцессоров и дисковые накопители памяти. Выполняют в секунду 12 -13 трлн. операций.
Компьютеры на фотонах.

2. Интернет и компьютерные сети. Сети существенно расширяют возможности
персональных компьютеров.

3. Альтернативные компьютеры: квантовые, фотонные, биокомпьютеры.
Вероятно, в недалеком времени появится масштабированный квантовый
компьютер, который по своим показателям превзойдет все компьютеры на планете, вместе взятые.

4. Микро- и нанотехнологии. Разрабатываются интегральные схемы, размеры
элементов которых составляют 10-9 м (нанометры). Число элементов интегральной схемы удваивается каждые 1,5 года. Уже предложены элементы памяти на отдельных атомах, на которых можно создать суперкомпьютер площадью 200 мкм2, содержащий 107 логических элементов, 109 элементов памяти и способный работать на частоте 1012 гц.

Работы по нанотехнологиям только начинаются. Фундаментальные свойства наномира неизвестны. Главное фундаментальное свойство вещества - его строение. Вариантов размещения атомов может быть 10 в 53 степени и, взаимодействуя, они стремятся занять как можно меньше места. Всё состоит из частиц, которые определенным образом расположены в пространстве, образуют связи, а это означает, что где-то они собираются. Как это происходит и сколько надо собрать атомов, что бы получить свойства вещества, неизвестно. Например, собранные тринадцать атомов серебра по своей химической активности ведут себя как атом йода.

Между тем, перспективы нанотехнологий огромны, так как из атомов и молекул можно синтезировать всё, что угодно: продукты питания - из воздуха и почвы; кремниевые микросхемы - из песка и т.д.
Некоторые ученые идут дальше: профессор А. Болонкин разработал теорию проектирования материалов из ядер атомов, которые будут обладать феноменальными свойствами. Этот материал невидим, непроницаем для газов, жидкостей и твердых тел (в том числе пуль, снарядов, ракет, отравляющих газов), обладает сверхпроводимостью, гигантской электрической прочностью, нулевым коэффициентом трения. Скорость космических кораблей увеличится в 10 тысяч раз и достигнет 0,1 от скорости света.

5. Лазерные технологии.
Преимуществ лазерного луча:
- распространение практически без расширения;
- монохроматичность света лазера, что позволяет фокусировать луч в точку, диаметром сотые - тысячные доли миллиметра. Это позволяет получать оптическую запись информации с высокой плотностью;
- высочайшая мощность излучения до 1012 - 1013 Вт.
Все это позволяет быстро развивать такие лазерная технологии, как обработка
материалов, термоядерный синтез, лазерная химия, спектроскопия, воздействие на живую ткань.

6. Голография и распознавание образов.
Голография позволяет вести поиск любых образов при любом их числе (даже по
фрагменту образа).

7. Ракетно-космические технологии.
К 2020 г. предполагается создание постоянно действующей базы на Луне, к 2030-у
- полет на Марс.

Создание ядерного космического двигателя мегаваттного класса. Это позволит снизить стоимость выведения полезного груза на окололунную орбиту в два раза. Появится возможность создания систем энергоснабжения из космоса, производить материалы в условиях глубокого вакуума, которые нельзя получить на земле.

8. Биотехнологии (использование живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве).
Это микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот,
антибиотиков, гормональных препаратов и т.п. Конструкция новых, генетически модифицированных микроорганизмов, вакцин.

Создание синтетической формы жизни, где все 100% ДНК будут получены в лаборатории без использования каких-либо живых существ.

Очень опасными могут оказаться молекулярно-генетические технологии, позволяющие изменять генетическую структуру, а, следовательно, и работу клеток организма, чтобы при определенных условиях встроенный ген начал вырабатывать токсины негативно воздействующие на людей определенной расы или национальности. Таким образом может быть создано генетическое оружие массового уничтожения, убивающее представителей конкретных этнических групп, которые отличаются ключевыми генетическими признаками. Доставлять такое оружие можно с продуктами питания. В одном из отчетов Британской медицинской ассоциации говорится о возможности на этой основе проведения этнических чисток, генетических войн и генетического терроризма.

9. Производство энергии.
К 2050-у г. Потребление энергии удвоится. Прежде всего, произойдет повышение
КПД процессов и аппаратов до 70%. Переход на химические источники энергии с прямым преобразованием химической энергии в электрическую. Это особенно актуально в 21-м веке, так как предполагается, что запасы нефти иссякнут к 2060 году, а газа - к 2080 году.
В 21-м веке значительная часть энергии (20 - 40%) будет производиться из биотоплива: кукуруза, сахарный тростник, древесина, бытовые отходы. Высокое КПД такой энергии обеспечивается переводом биотоплива в синтез-газ с помощью генераторов низкотемпературной плазмы. 60% синтез-газа преобразуется в электричество и 30% в тепло. Выбросы минимальны.

Создание небольших атомных электростанций, безопасных, переносимых и способных обеспечить электроэнергией небольшой город.

В ближайшем будущем начнётся широкое внедрение бестопливного производства энергии, то есть энергии, основанной на применении энергии ветра, недр Земли, приливов и, прежде всего, солнечной энергии. Уже в настоящее время бестопливное производство энергии превышает топливное, созданы солнечные батареи с КПД 20% и есть предпосылки для появления 25-30% солнечных кремниевых батарей. Появление подобных батарей позволило бы создать в нескольких местах на территории Земли минимум 3-х станций (например, в Австралии, Африке и Мексике), полностью обеспечивающих Землю энергией. Для передачи с этих станций энергии будут применяться «реактивные токи» - токи свободных статистических зарядов, которые можно передавать на большие расстояния по одному медному проводу диаметром до миллиметра. Реактивные токи имеют значительно меньшие потери, требуют значительно меньше металла и строительных затрат (не нужны высоковольтные линии электропередач, вместо которых применяется кабель). Их применение изобретено Теслой.

На реактивных токах с проложенными в земле однопроводными кабелями будут созданы транспортные средства (трамваи, троллейбусы, автомобили), а также электронные реактивные двигатели для космических ракет.

10. Производство автомобилей.
Производство автомобилей является в настоящее время одним из самых больших производств. Только за последние 50 лет мировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превысил 700 млн. машин. Сейчас ежегодно в мире выпускается более 40 млн. машин. Автомобилестроение поглощает огромные ресурсы: 60% свинца, 40% резины, 35% железа и т.д.
Предполагается, что использование композиционных материалов позволит снизить вес автомобиля в 3 раза. Применение водородных двигателей позволит достигнуть КПД равного 85% и резко снизить выброс вредных веществ. Подобные автомобили уже начали выпускать фирмы «Дженерал Моторс» и BMW.

Создание электромобилей, электросамолетов, машин, способных находить дорогу без человека.

11. Терапия с использованием стволовых клеток.
Стволовые клетки предполагается выращивать на животных яйцеклетках
генетически модифицированных генами человека. Опыты уже есть в Англии.

12. Робототехника.
К 2025 г. будет использоваться 50 миллиардов роботов (сейчас их 7 миллионов).
Роботы будут использоваться на опасных производствах, при поисково-спасательных работах.

13. Клонирование.
Начнется широкое применение клонирования. Уже получена методом
клонирования здоровая кошка, у которой родились два здоровых котенка. Интересно, что клонированная кошка не похожа на мать, хотя их генетические коды полностью совпадают. Получается, что не только гены, но и условия жизни тоже влияют на результат.

14. Применение антенн, принимающих электромагнитное поле.
Существующие антенны практически принимают только электрическую
составляющую электромагнитного поля. При создании так называемых EH-антенн происходит прием обоих составляющих поля, что при снижении габаритов и веса антенн позволяет увеличить усиление на 15 - 50 дБ.

15. Использование энергии магнитного поля Земли.
Магнитное поле Земли имеет большую энергию. Оно, например, отклоняет
«солнечный ветер», что вызывает Северные сияния. По расчетам физиков электростанция, использующая магнитное поле Земли, по мощности равна 50 атомным станциям.

16. Использование торсионных полей и энергии вакуума.
В номере 12 за 2006 год журнала «Чудеса и приключения» опубликовано интервью
с Г.И. Шиповым. В нем он, в частности, говорит о технологиях на базе торсионных полей: материалы с новыми свойствами, создаваемые путем воздействия торсионных полей на расплавы; диагностика крови; передача информации; новые источники энергии с КПД более 100%.

В конце прошлого века профессором Л.Г. Сапогиным (Россия) разработана Унитарная Квантовая Теория (УКТ). В этой теории любая квантовая частица не является точкой - источником поля, как в обычной квантовой механике, а представляет собой некий сгусток (волновой пакет) некоторого единого поля. Если квантовая частица совершает колебания с уменьшающейся амплитудой, то через некоторое время гармонические колебания составляющих пакет волн расходятся, частица исчезает, а энергия поля передается в флюктуации вакуума. Если же амплитуда колебаний возрастает, то она «черпает» энергию из флюктуаций вакуума. В каком направлении пойдет процесс зависит от начальной фазы волновой функции и энергии частицы. Все это происходит при малых энергиях, в потенциальных ямах, в качестве которых выступает любая малая щель или каверна в образце металла или керамики, или в пузырьках воды, куда и попадают свободные частицы.

Таким образом, в УКТ закон сохранения энергии в квантовых процессах носит глобальный характер, то есть справедлив для ансамбля частиц, а в индивидуальных процессах энергия не сохраняется, а может быть получена из вакуума или отдана в вакуум. Из этого следует, что в подходящих физических системах самого разного типа возможен Холодный Ядерный Синтез и генерация энергии из вакуума. Методы извлечения энергии из вакуума могут быть самыми разными, от использования постоянных магнитов и аномального газового разряда до маленьких пузырьков в жидкости, в которых и выделяется энергия.

Такие явления уже получены в ряде экспериментов:
- физики Александр Сангин (Россия, Екатеринбург) и T.Mizuno (Япония) использовали специальные протонно-проводящие керамики (получены путем спекания порошка при высокой температуре), в которых при пропускании через них электрического тока выделяется в тысячу раз больше тепловой энергии, чем потребляется. В некоторых экспериментах эта величина даже превышала 70.000;

В тепловом элементе CETI, созданном Паттерсоном (James Patterson, USA) происходит электролиз специально изготовленных никелевых шариков в обычной воде. Потребляемая электрическая энергия была в 960 раз меньше создаваемой;

Давно существуют теплогенераторы (Ю.Потапов, Молдавия, James L.Griggs, и Schaeffer - USA). В них при циркуляции обычной воды образуется много кавитирующих пузырьков, в которых выделяется избыточная энергия и отношение выходной энергии к входной превышает 1.5 раза. Теплогенератор Потапова давно выпускается тысячами штук для отопления домов;

Явление сонолюминесценции, когда некоторые жидкости начинают светиться при прохождении через них слабого ультразвука. Это экспериментально твердо установленное явление открыто профессором Московского Университета С.Н.Ржевкиным в 1933 году и не имело удовлетворительного объяснения. Как указывал лауреат Нобелевской Премии профессор Юлиан Швингер, оно не имеет право на существование, но существует;

Ещё более таинственно выглядит давно известная проблема с нехваткой энергии во многих биохимических реакциях с участием ферментов (энзимов). Например, в хорошо изученной реакции расщепления полисахаридов в присутствии лизоцима происходит следующее: молекула полисахарида попадает в специальную каверну в большой молекуле лизоцима и через некоторое время оттуда выбрасываются ее обломки. При этом разрываемые энергии связи полисахарида порядка 5 эВ, а энергия теплового движения только 0.025 эВ. Абсолютно неясно, откуда лизоцим берет энергию для разрыва полисахарида?

Во всех этих экспериментах и установках, ни о каких химических или ядерных реакциях или фазовых переходах не может быть и речи.

Если природа действительно устроена так, что законов сохранения энергии нет для индивидуальной частицы, но есть для ансамбля (как это имеет место в обычной квантовой механике), то получение экологически чистой энергии является более простой теоретической и технической задачей, чем горячий ядерный синтез. Человечество будет навсегда избавлено от энергетического голода, а главным препятствием на пути дальнейшего развития цивилизации будет тепловое загрязнение окружающей среды.

17. Новые достижения в медицине.
- Увеличение длительности жизни путем перекодирования клеток, отвечающих за длительность жизни.
- Создание вживляемых в тело нанороботов, умеющих собирать и разбирать молекулярные цепочки для диагностики и профилактики заболеваний.
- Вживление в тело микрочипов, постоянно отслеживающих состояние здоровья, чтобы заблаговременно распознать даже небольшие изменения в организме.
- Изучение геномов людей с целью предвидения всех возможных патологий данного организма и заранее внести на генном уровне соответствующие изменения.
Ряд ученых полагает, что эти достижения способны продлить длительность жизни до 120 лет к 2050 году. Правда, следует иметь ввиду, что такое радикальное повышение продолжительности жизни может поставить под угрозу развитие человечества в целом.

18. Прорывные достижения могут быть осуществлены в следующих областях:
- в информатике и связи - передача информации со скоростью, большей скорости света;
- в физике - переход атомов одного вещества в атомы другого с выделением энергии.

19.Надо полагать, что в будущем сменится вся научная парадигма. То есть
будет создана новая концепция понятий и методов их исследования. В рамках новой
парадигмы, возможно, будут объяснены и использованы следующие явления:
- предсказание будущего, подсказки внутреннего голоса (интуиции);
- неопознанные летающие объекты и их необычные свойства;
- эктрасенсорное восприятие (видение картин будущего, получение информации через большие расстояния без специальных приборов, чтение мыслей);
- левитация - способность передвижения тела по воздуху без специальных приборов;
- воздействие мыслей (разума) на тело человека.

Однако при этом следует иметь в виду, что наши знания о процессах и объектах являются неразрывной составляющей всего здания науки, ибо получены как обусловленный законами логики неизбежный вывод из твердо установленных фактов. Но это не означает запрета на дальнейшее уточнение законов. Напротив, такое уточнение составляет непременную практику науки и служит источником прогресса. В ходе этих уточнений одни законы становятся все более строгими, а для других устанавливаются границы применения.