(продолжение)
6. Изучение происхождения материи
Наука близка к разгадке одного из самых фундаментальных вопросов — как возникла материя. Ключевым инструментом для этого могут стать сверхмощные ускорители частиц. Это научные установки, которые разгоняют протоны, электроны и ионы до скоростей, близких к световым. Ускорители используют для изучения фундаментальных законов физики, структуры материи, рождения новых частиц.
Уже сейчас на Большом адронном коллайдере (БАК) изучаются механизмы рождения частиц после Большого взрыва. К 2033 году планируется начать строительство Будущего кругового коллайдера (FCC) в ЦЕРН, который позволит достичь энергии в 100 ТэВ — в семь раз выше, чем у БАК. Китай также собирается построить крупнейший круговой электрон-позитронный коллайдер CEPC (Circular Electron-Positron Collider) длиной 100 км.
Ученые из MICE изучают возможность создания мюонного коллайдера. Мюоны — это элементарные частицы, похожие по свойствам на электроны, но при этом превосходящие их по массе примерно в 200 раз, что позволяет эффективнее разгонять их. Возможно, уже скоро мюонный коллайдер поможет открыть новые формы материи.
Параллельно астрономические исследования дают ключи к пониманию эволюции материи. Космический телескоп Джеймса Уэбба уже заглядывает в эпоху первых галактик, а будущие обсерватории, такие как телескоп имени Нэнси Грейс Роман и телескоп Эйнштейна, смогут анализировать гравитационные волны и процессы рождения материи.
7. Разгадка возникновения жизни
В ближайшие десятилетия наука может приблизиться к разгадке одной из самых загадочных тайн — как появилась жизнь на Земле и может ли она существовать в других местах Вселенной.
Для этой цели запланированы и уже ведутся астробиологические миссии. Например, марсоход Perseverance изучает на Красной планете потенциальные следы древней жизни и собирает образцы грунта, которые в 2030-х вернет на Землю миссия Mars Sample Return.
В 2030-х также планируются миссии к ледяным планетам — к Европе (спутник Юпитера) и Энцеладу (спутник Сатурна). Там под огромной ледяной корой могут скрываться океаны с условиями, схожими с земными глубинными гидротермальными источниками.
Космические телескопы уже анализируют состав атмосфер экзопланет в поисках биосигнатур — возможных следов жизни, таких как метан и кислород, в других звездных системах.
На Земле параллельно ведутся геохимические исследования, чтобы понять, как могла зародиться жизнь. В гидротермальных источниках (например, в «Затерянном городе» в Атлантическом океане) исследуются химические реакции, которые могли привести к синтезу первых органических молекул.
Лабораторные эксперименты позволяют симулировать условия ранней Земли. Ученые занимаются реконструкцией древних генов и внедряют их в современные микроорганизмы для изучения эволюции биохимических процессов. Это позволяет понять, как древние ферменты функционировали и адаптировались к изменениям окружающей среды.
8. Создание «единой теории всего»
Сегодня в физике есть две сильные, но несовместимые теории: квантовая механика, описывающая мир элементарных частиц, и общая теория относительности, объясняющая гравитацию и космические масштабы. Эти теории не работают вместе. Например, в центре черной дыры или в момент Большого взрыва происходят процессы, которые важно понимать и на макроуровне, и на уровне элементарных частиц, но доступные нам объяснения начинают противоречить друг другу. Объединение этих теорий в «единую теорию всего» необходимо, чтобы понять, как Вселенная функционировала на самых ранних этапах ее развития и как работает темная материя.
Физики ищут универсальное уравнение, которое объяснит и гравитацию, и квантовые эффекты одновременно. Один из главных кандидатов на «единую теорию всего» — струнная теория. Она предполагает, что частицы — это не точечные объекты, а крошечные вибрирующие струны, которые существуют в многомерном пространстве. В рамках теории M (это вариант теории струн) струнная теория объединяет все фундаментальные взаимодействия, включая гравитацию. Однако доказать ее сложно.
Альтернативные подходы, такие как петлевая квантовая гравитация, предлагают иной путь — дискретную структуру пространства-времени, где оно состоит из квантовых «петель» (в таком случае Вселенная напоминает сетчатую ткань). В ближайшие десятилетия могут появиться и новые теории, объединяющие эти направления или предлагающие кардинально новые взгляды на природу реальности.
9. Внедрение этичного и безопасного ИИ
Развитие искусственного интеллекта открывает огромные возможности, но также несет и риски. Наука, бизнес и правительства заявляют о необходимости разработать этику ИИ и механизмы безопасности, чтобы технологии работали во благо, а не во вред человечества.
Для этого планируется создавать автономные ИИ-системы, которые не угрожают людям. Ведутся исследования в области контроля искусственного интеллекта (AI Alignment). Например, OpenAI разрабатывает методы обучения ИИ, которые делают его предсказуемым. В будущем в ИИ-технологии будут внедрены системы регулирования, способные блокировать потенциально опасные алгоритмы в реальном времени.
Международные организации и отдельные государства разрабатывают принципы этичного ИИ, включая защиту от манипуляций, предвзятости и ошибок. Так, например, в России существует Кодекс этики в сфере ИИ, в ЕС действует AI Act, регулирующий применение ИИ в критически важных сферах, а более 5700 специалистов в области искусственного интеллекта и IT подписали Азиломарские принципы. Согласно им, ИИ должен быть прозрачным, безопасным, непредвзятым. В будущем возможны более глобальные соглашения и более эффективные разработки, исключающие ИИ-риски.
Образование также играет важную роль. Уже сегодня Стэнфорд, Оксфорд, ВШЭ предлагают курсы по этике ИИ. В будущем знание основ безопасности ИИ может стать обязательным для разработчиков, юристов и даже управленцев.
10. Преодоление кризиса фундаментальной науки
В последние десятилетия фундаментальная наука сталкивается с рядом серьезных вызовов, и многие эксперты говорят о ее кризисе.
В эпоху информационного шума, социальных сетей и фейковых новостей научные открытия часто подвергаются сомнению, а доверие к ученым снижается. Политизация научных тем (например, изменение климата, вакцинация, генетика) только усугубляет ситуацию. Бюджеты на фундаментальные исследования уменьшаются во многих странах, а правительства и корпорации предпочитают финансировать прикладные разработки, дающие быструю экономическую отдачу.
Стартапы, корпоративные лаборатории и венчурные фонды сосредотачиваются на технологиях с немедленным коммерческим потенциалом (ИИ, биотехнологии, энергетика), в то время как исследования темной материи или теоретической физики получают меньше внимания.
Несмотря на эти вызовы, фундаментальная наука, скорее всего, не исчезнет, а изменится. Ожидается новая волна интереса к «чистой» науке, поскольку понимание природы — ключ к технологическим прорывам. В дополнение к государственным инвестициям независимым исследованиям могут помочь частные фонды и краудфандинг.
Сложные научные вопросы требуют объединения физиков, биологов, математиков, информатиков, поэтому одним из драйверов развития науки станет ее междисциплинарность. Именно в пересечении научных областей, таких как биофизика или квантовая биология, могут быть сделаны самые важные открытия.
Елизавета Пирогова
Источник: https://trends.rbc.ru/trends/futurology/683693c59a7947772153b279?from=mainpage
Конфиденциальность гарантирована