Физика XXI века: основные открытия. Важные открытия первого десятилетия XXI века

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.

Десятилетие 2000-х: чем оно запомнилось? Событий за последние 10 лет произошло так много, что кажется, что история спресовала в эти годы целую эпоху. Началось все не с грандиозного миллениума, когда ждали, но так и не дождались Баг-2000. А потом как дети радовались этим трем нулям, которые начали отсчитывать новый век. Началось все 11 сентября 2001

В июле 2003 года на авиасалоне в украинском Скнилове в толпу рухнул Су-27. Жертв, по разным сообщениям, было до 85. Происшествие стало самым кровопролитным в мировой истории авиашоу. 12 октября того же года "туристический рай" на индонезийском острове Бали сотрясла серия взрывов. Погибли 202 человека. Трагедия на Бали стала одной из первых в длинной череде похожих акций исламистов в Юго-Восточной Азии.

1 февраля 2003 года при заходе на посадку в атмосфере сгорел американский космический челнок "Колумбия". Погибли все 7 астронавтов, находившихся на его борту. А 20 марта началась одна из самых крупных и самых неоднозначных войн десятилетия: войска международной коалиции вошли в Ирак и подвергли бомбардировке Багдад. Вскоре пал режим Саддама Хусейна. Сам бывший диктатор был казнен в декабре 2006 года

2004-й стал годом нескольких трагедий. 1-3 сентября - захват школы в Беслане, Северная Осетия. В результате нападения и последующего штурма погибли более 330 заложников, в том числе 186 детей. За полгода до этого, в марте, несколько взрывов прогремело в Мадриде. В частности, рядом с крупным вокзалом Аточа был взорван поезд. Погиб 191 человек. А к концу года в Украине произошла "оранжевая" революция и смена власти.

7 июля 2005 года четверо смертников взорвали себя в трех поездах лондонской подземки и в двухэтажном автобусе. Вместе с ними число жертв составило 56 человек. А вскоре, в августе, на протяжении многих дней мир прильнул к экранам телевизоров: на юг Соединенных Штатов обрушился ураган "Катрина", в результате которого под водой оказались целые города, с том числе знаменитый Новый Орлеан.

В августе 2006 года израильская армия вошла на территорию южного Ливана с целью ответить на провокации радикальной шиитской группировки "Хезболла". Боевые действия, продолжавшиеся около месяца, оказались чрезвычайно кровопролитными. Юг Ливана превратился в руины, а израильский север обезлюдел. Вскоре, в августе, произошло событие и вовсе вселенского масштаба: Плутон лишился статуса планеты...

Евросоюз отметил свое 50-летие и одновременно с этим 6-е расширение своих границ. К Соединенным Штатам Европы присоединились Болгария и Румыния. Таким образом окначательно завершилась эпоха советских колоний в Европе. А в самом конце 2007 года, 27 декабря, в Пакистане в результате покушения смертника убита бывшая премьер-министр страны, и самый популярный политик Беназир Бхутто.

В августе 2008 года, одновременно с открытием Олимпиады в Пекине, началась война между Россией и Грузией. Стороны до сих пор продолжают винить друг друга. И почти в то же время на границе Франции и Швейцарии был пущен самый большой в мире ускоритель частиц, Большой адронный коллайдер. Этого события многие ждали с ужасом, полагая, что оно приблизит конец света.

20 января 2009 года случилось событие эпохальное, если не для всего мира, то для Соединенных Штатов. В должность президента этой страны впервые в ее истории вступил чернокожий. Это вызвало такой энтузиазм, что вскоре Нобелевский комитет объявил о присуждении Бараку Обаме Премии мира, чем навлек на себя изрядную критику. А в апреле в случилась пандемия свиного гриппа, от которого в разных странах умерло без малого 12 тысяч человек. Все это наложилось на свирепый экономический кризис, разрушивший экономику десятка стран и ввергнуший в уныние сотни миллионов людей.

И, конечно, это было десятилетие высоких технологий. Тон в развитии которых по-прежнему задавал интернет. В это время бурно развивались цифровая музыка и игровые видеоприставки, появились электронные книги и принципиально новые мобильные телефоны; стали по-настоящему массовыми основанные на американской системе GPS спутниковые навигаторы, и появился совершенно новый феномен - социальные сети.

Уходит в историю не только 2010 год, но и целое десятилетие 2000-х. Событий в нем было очень много, и отобрать самые значимые - задача не из простых. Справились ли мы с ней? Судить вам. Если вам есть, что добавить, смело осталяйте комментарии. Буду признателен.

В корне изменившие наш мир, однако даже сейчас человечество в плане развития технологий и прогресса, видит лишь верхушку айсберга. Впрочем, это ничуть не остужает пыл ученых и исследователей различных мастей, а напротив – лишь подогревает их интерес.

Сегодня речь пойдет о нашем времени, которое все мы помним и знаем. Мы поговорим об открытиях, которые так или иначе стали настоящим прорывом в области науки и начнем, пожалуй, с самого значимого. Тут стоит оговориться, что самое значимое открытие не всегда значимо для обывателя, а в первую очередь важно для научного мира.

Первую позицию занимает совсем недавнее открытие, однако, его значимость для современной физики колоссальна, это открытие учеными «частицы-бога» или, как ее обычно называют – бозон Хиггса. По сути, открытие этой частицы объясняет причину возникновения массы у других элементарных частиц.

Стоит отметить, что доказать существование бозона Хиггса пытались на протяжении 45 лет, однако удалось это сделать лишь недавно. Еще в 1964 году Питер Хиггс, в честь которого названа частица, предсказывал ее существование, однако практически доказать это не было возможности.

Но 26 апреля 2011 года, по просторам интернета волной прошла новость о том, что с помощью Большого адронного коллайдера, находящегося рядом с Женевой, ученым, наконец, удалось обнаружить искомую и ставшую чуть ли не легендарной частицу. Однако учеными это не сразу подтвердилось и лишь в июне 2012 года специалисты заявили о своей находке. Впрочем, к окончательному выводу пришли лишь в марте 2013 года, когда ученые ЦЕРН сделали заявление о том, что обнаруженная частица действительно является бозоном Хиггса.

Не смотря на то, что открытие этой частицы стало знаковым для научного мира, практическое ее использование на данном этапе развития остается под вопросом. Сам Питер Хиггс комментируя возможность использования бозона сказал следующее «Существование бозона длится лишь что-то около одной квинтиллионной доли секунды, и мне сложно представить, как столько короткоживущую частицу можно использовать. Частицы, которые живут миллионную долю секунды, сейчас, впрочем, находят применение в медицине». Так, в свое время, известный английский физик-экспериментатор, на вопрос о пользе и практическом применении открытой им магнитной индукции сказал «А какая польза может быть от новорожденного ребенка?» и этим, пожалуй, закрыл данную тему.

Вторую позицию среди самых интересных, перспективных и амбициозных проектов человечества в XXI веке занимает расшифровка генома человека. Проект «Геном человека» не зря имеет славу самого важного проекта в сфере биологических исследований, а работа над ним началась еще в 1990 году, хотя стоит упомянуть о том, что данный вопрос рассматривался и в 80-ых годах XX века.

Цель проекта была ясна – изначально планировалось определение последовательности более трех миллиардов нуклеотидов (нуклеотиды составляют ДНК), а так же определить более 20 тысяч генов в геноме человека. Впрочем, позже, несколько исследовательских групп расширили задачу. Стоит так же отметить, что исследование, завершившееся в 2006 году, израсходовало $3 млрд.

Этапы проекта можно разбить на несколько частей:

1990-ый год . Конгресс США выделяет средства на изучение генома человека.
1995-ый год . Публикуется первая полная последовательность ДНК живого организма. Рассматривалась бактерия Haemophilus influenzae
1998-ой год . Публикуется первая последовательность ДНК многоклеточного организма. Рассматривался плоский червь Caenorhabditis elegans.
1999-ый год . На данном этапе расшифровано более двух десятков геномов.
2000-ый год . Было объявлено о «первой сборке генома человека» - первая реконструкция генома человека.
2001-ый год . Первый набросок генома человека.
2003-ий год . Полная расшифровка ДНК, остается расшифровать первую хромосому человека.
2006-ой год . Последний этап работы по расшифровке полного генома человека.

Несмотря на то, что ученые всего мира строили грандиозные планы на момент окончания проекта, ожидания не оправдались. На данный момент научная общественность признала проект провальным по своей сути, однако говорить, что он был абсолютно бесполезен ни в коем случае нельзя. Новые данные позволили ускорить темпы развития, как медицины, так и биотехнологии.

И третью , последнюю позицию в сегодняшнем перечне занимает… Собственно, третья позиция останется свободной. Это не говорит о том, что больше никаких важных и интересных открытий не произошло – напротив, открытий и достижений в области науки более чем достаточно, однако определиться, какое именно из них достойно стоять на этой позиции мы предоставим вам. Можно посчитать это если не домашним заданием, то нашим желанием пообщаться и узнать мнение многих людей.

Так, например, кто-то может считать, что открытие воды на Марсе является отличным поводом объявить это достижение кандидатом на роль бронзового призера, иные же не согласятся и заявят, что получение нового материала – графена, куда более значимое событие. Так или иначе, каждый имеет право на свое мнение и мы уверены, что поделившись своими мыслями, вы сможете заинтересовать других и узнать много нового.

В мире осталось еще столько непознанного и неизученного, что ученым просто некогда сидеть, сложа руки. Они пытаются разгадать тайны космоса и найти лекарство от рака, обнаружить эликсир долголетия и изобрести самосовершенствующийся искусственный интеллект. Какие новые научные открытия и изобретения были сделаны за последние годы, мы расскажем в нашей статье.

Невероятные научные открытия современности

Находкам исследователей XXI века трудно сразу дать оценку. Их весомость и нужность, возможно, будут по достоинству оценены даже не нами, а нашими потомками. Но мы выбрали наиболее значимые, на наш взгляд, новые научные открытия XXI века, которые могут стать знаковыми для человечества.

Искусственные мышцы человеческого тела

Американским ученым из университета Дьюка удалось впервые в лабораторных условиях вырастить мышцы человеческого скелета, которые практически ничем не отличаются от обычных. Они способны реагировать на внешние раздражители, в том числе на воздействие электротоком, введение медицинских препаратов и пр. Полученная в лаборатории мышечная ткань будет использоваться для изучения заболеваний мышц и в ходе тестирования лекарственных веществ.

МРТ способно прогнозировать поведение человека

Новые возможности магнитно-резонансной томографии стали известны после выхода в свет журнала «Neuron», опубликовавшего в одной из своих статей результаты последних исследований в этой области диагностики. Оказывается, по снимку МРТ можно составить поведенческую модель человека. Другими словами, магнитно-резонансное обследование способно спрогнозировать поведение человека в будущем, оценить степень его обучаемости, обнаружить склонность к асоциальным поступкам, в том числе преступлениям, а также предсказать реакцию на лекарственную терапию.

Вакцина от ВИЧ

Вирус иммунодефицита был назван чумой XX века, в XXI столетии появилась надежда найти от него лекарство. Исследователи института Скриппс разработали эффективную вакцину, способную справиться с некоторыми видами ВИЧ. Это лекарство заставляет трансформироваться ДНК и активизироваться иммунную систему. Пока исследования не завершены, но если обещания ученых сбудутся, бороться со СПИДом станет намного легче.

Лечение рака на основе нанотехнологий

Свою лепту в борьбу с онкологическими заболеваниями внесли иранские ученые, разработавшие схему нанотаблетки, способной снижать токсическое воздействие на организм противораковых препаратов. Медики утверждают: это лекарство поможет в разы повысить эффективность лечения рака молочной железы. Но открытию всего без году неделя, и делать окончательные выводы пока рано.

Океан на Марсе

Новые научные открытия NASA подтверждают версию о существовании в прошлом жизни на Марсе. Ученые, проанализировавшие имеющиеся данные, пришли к выводу: часть территории северного полушария Красной планеты когда-то была занята океаном. Его площадь была примерно равна площади нашей Атлантики, а глубина в отдельных местах достигала 1,6 км. А там, где есть вода, существует и жизнь…

Найден еще один предок человека

Палеонтологи обнаружили в Южной Африке фрагменты костей Homo naledi — существ, которые, по заключению ученых, являлись прародителями современного человека. Останки 15 скелетов были найдены в пещере Диналеди. Исследователи уже высказали предположение, что Homo naledi жили на территории нынешней Африки примерно 3 миллиона лет назад. Надо отметить, что в научной среде нашлись скептики, которые считают: обнаруженных фрагментов явно недостаточно, чтобы сделать заключение об их принадлежности предку человека.

Увеличение продолжительности рабочего дня повышает риск инсульта

Медицинский журнал The Lancet опубликовал исследования, из которых следует: 55-часовая рабочая неделя на 33% увеличивает риск инсульта. В то время как люди, работающие 35-45 часов, оказываются в меньшей степени подвержены этому заболеванию. Сверхнормативная работа также на 13% увеличивает вероятность появления ишемии.

Другие новые научные открытия вы узнаете, посмотрев видео:

Захватывающие изобретения современности

Практика не отстает от теории: XXI век принес нам не только новые научные открытия, но и невероятные изобретения, о которых еще полстолетия назад никто не мог и мечтать.

Имплантат сетчатки

С появлением этого изобретения люди, потерявшие зрение вследствие дегенеративных изменений, получили надежду на его частичное восстановление. Имплантат появился на американском рынке в 2013 году, а на европейском — спустя год. С ним миллионы незрячих получили шанс снова увидеть этот мир.

Гений — это 1 процент вдохновения и 99 процентов пота. Томас Эдисон

ReWalk

Устройство, благодаря которому люди, потерявшие способность передвигаться из-за травмы спинного мозга, снова могут ходить. Появившись совсем недавно на рынке, оно уже успело хорошо себя зарекомендовать.

Камера в таблетке

Это изобретение стало отличной заменой инвазивного зонда, используемого при гастроскопии. Оснащенная микрокамерой 25-миллиметровая капсула легко проглатывается, не доставляя никаких неудобств, и передает изображение на монитор. Из организма она выходит естественным путем.

Телепортация

Перемещения в пространстве стали более реальными с изобретением, сделанным учеными Калифорнийского института. С помощью специального устройства им удалось телепортировать протон. Это, конечно, не человек, и даже не карандаш, но, главное, первый шаг сделан.

Мы постарались перечислить основные новые научные открытия и изобретения XXI века, а какие из них будут названы гениальными, покажет время.

Забирай себе, расскажи друзьям!

Читайте также на нашем сайте:

Показать еще

На первое место издание, конечно же, поставило обнаружение частицы, похожей на бозон Хиггса, коллаборациями ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (БАК). Как мы помним, открытие частицы, предсказанной почти полвека назад, должно было завершить экспериментальное подтверждение Стандартной модели. Вот почему многие ученые сочли обнаружение неуловимого бозона важнейшим прорывом в физике XXI века.

Бозон Хиггса был так важен ученым, потому что его поле позволяет объяснить, как сразу после Большого взрыва оказалась нарушена электрослабая симметрия, после чего элементарные частицы вдруг приобрели массу. Парадоксально, но одной из самых главных загадок для экспериментаторов долгое время оставалась ни что иное, как масса этого бозона, поскольку Стандартная модель не может ее предсказать. Приходилось действовать методом проб и ошибок, однако в итоге два эксперимента на БАК независимо друг от друга обнаружили частицу с массой около 125 ГэВ/с². Причем достоверность данного события достаточна велика.

Следует заметить, что в бочку меда все-таки прокралась небольшая ложка дегтя - до сих пор далеко не все уверены, что найденный физиками бозон является хиггсовским. Так, остается неясным, чему равен спин этой новой частицы. Согласно Стандартной модели, он должен быть нулевым, но есть вероятность, что он может быть равен 2 (вариант с единицей уже исключен). Обе коллаборации считают, что эту проблему можно решить путем анализа имеющихся данных.

Кроме того, есть некоторые сомнения относительно ряда каналов распада частицы - в некоторых случаях этот бозон распадался не так, как было предсказано все той же Стандартной моделью. Однако сотрудники коллабораций считают, что и это удастся прояснить, сделав более точный анализ результатов. Кстати, на ноябрьской конференции в Японии сотрудники БАК предоставили данные анализа новых столкновений с энергией 8 ТэВ, которые были произведены после июльского объявления. И то, что получилось в результате, говорило в пользу того, что летом был найден все же бозон Хиггса, а не какая-то другая частица.

Второе место отдано группе ученых из Делфтского и Эйндховенского технологического университетов (Нидерланды) под руководством Лео Коувенховена, которые первыми заметили признаки доселе неуловимых фермионов Майораны в твердом теле. Эти забавные частицы, существование которых предсказал еще в 1937 году физик Этторе Майорана, интересны тем, что они могут одновременно выступать в роли своих собственных античастиц. Предполагается также, что фермионы Майораны могут входить в состав загадочной темной материи. Неудивительно, что их экспериментального обнаружения ученые ждали не меньше, чем открытия бозона Хиггса.

На третье место — работа физиков из коллаборации BaBar на коллайдере PEP-II Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США). И что самое интересное, эти ученые опять-таки экспериментально подтвердили предсказание, сделанное 50 лет тому назад - они доказали, что при распаде B-мезонов происходит нарушение Т-симметрии (так называют соотношение между прямым и обратным процессом в обратимых явлениях). В итоге исследователи выяснили, что при переходах между квантовыми состояниями B0-мезона их скорость варьируется.

На четвертом месте снова проверка давнего предсказания. Еще 40 лет назад советские физики Рашид Сюняев и Яков Зельдович рассчитали, что движение скоплений далеких галактик можно наблюдать путем измерения небольшого сдвига температуры реликтового излучения. И вот лишь в этом году это удалось осуществить на практике Нику Хэнду из Калифорнийского университета в Беркли (США), его коллеге и шестиметровому телескопу ACT (Atacama Cosmology Telescope) в рамках проекта «Спектроскопическое исследование барионных колебаний».

Пятое место заняло исследование группы Алларда Моска из Института нанотехнологий MESA+ и Университета Твенте (Нидерланды). Ученые предложили новый способ исследования процессов, происходящих в организмах живых существ, который менее вреден и более точен, чем известная всем рентгенография. Ученым удалось, используя эффект лазерного спекла (так называется случайная интерференционная картина, образующаяся при взаимной интерференции когерентных волн, имеющих случайные сдвиги фаз и случайный же набор интенсивностей), разглядеть микроскопические флюоресцирующие объекты сквозь несколько миллиметров непрозрачного материала. Нет нужды упоминать, что подобная технология тоже была предсказана несколькими десятилетиями раньше.

На шестом месте уверенно обосновались исследователи Марк Оксборроу из Национальной физической лаборатории, Джонатан Бризу и Нил Алфорд из Имперского колледжа Лондона (Великобритания). Им удалось построить то, о чем также мечтали долгие годы - мазер (квантовый генератор, излучающий когерентные электромагнитные волны сантиметрового диапазона), способный работать при комнатной температуре. До сих пор эти приборы приходилось охлаждать до чрезвычайно низкой температуры с помощью жидкого гелия, что делало нерентабельным их коммерческое использование. А теперь мазеры можно будет применять в телекоммуникациях и системах создания сверхточных изображений.

Седьмое место заслуженно присудили группе физиков из Германии и Франции, которые смогли установить связь между термодинамикой и теорией информации. Еще в 1961 году Рольф Ландауэр доказывал, что стиранию информации сопутствует рассеяние тепла. И вот в этом году это предположение экспериментально подтвердили ученые Антуан Беру, Артак Аракелян, Артем Петросян, Серджио Силлиберто, Рауль Деллиншнайдер и Эрик Лутц.

Австрийские физики Антон Цайлингер, Роберт Фиклер и их коллеги из Венского университета (Австрия), которые смогли запутать фотоны с орбитальным квантовым числом вплоть до 300, что в десять с лишним раз больше предыдущего рекорда, попали на восьмое место . Данное открытие имеет на только теоретический, но и практический выход - подобные «запутанные» фотоны смогут стать носителями информации в квантовых компьютерах и в системе оптической кодировки связи, а также в дистанционном зондировании.

На девятое место попала группе физиков под руководством Дэниэла Стэнсила из Университета Северной Каролины (США). Ученые работали с нейтринным лучом NuMI Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми и детектором MINERvA. В итоге им удалось передать информацию при помощи нейтрино более чем на километр. Хотя скорость передачи была невелика (0,1 б/с), сообщение приняли почти без ошибок, что подтверждает принципиальную возможность связи на основе нейтрино, которую можно использовать при общении с космонавтами не только на соседней планете, но даже и в другой галактике. Кроме того, это открывает большие перспективы для нейтринного сканирования Земли - новой технологии поиска полезных ископаемых, а также для выявления землетрясений и вулканической активности на ранних стадиях.

Завершает же топ-10 открытие, сделанное физиками из США - Чжун Линь Ваном и его коллегами из Технологического института штата Джорджия. Они разработали устройство, которое добывает энергию из ходьбы и прочих движений и, конечно же, запасает ее. И хотя такой способ был известен и раньше, но на десятое место эта группа исследователей попала за то, что им впервые удалось научиться преобразовывать механическую энергию непосредственно в химическую потенциальную, минуя стадию электрической.