अगले दशक के सबसे प्रतीक्षित वैज्ञानिक प्रयोग

एक वर्ष में भी सर्वोत्तम वैज्ञानिक उपलब्धियाँ चुनना अविश्वसनीय रूप से कठिन है। नोबेल पुरस्कार हमें या तो मदद नहीं करेगा - आखिरकार, यह वास्तव में सभी उत्कृष्ट वैज्ञानिकों (भौतिक विज्ञानी फ्रीमैन डायसन को प्रस्तुत करना असंभव है, उदाहरण के लिए, स्पष्ट रूप से अपने पुरस्कार के लिए योग्य है, लेकिन इसे श्वािंगर, फेनमैन और टोमोनागा को देने के लिए मजबूर किया गया था)।

जैसा कि प्रतिष्ठित प्रकाशनों द्वारा संकलित विभिन्न शीर्ष 10 संग्रहों में से एक है, यहाँ व्यक्तिपरकता के बिना कोई नहीं कर सकता। मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी "एमआईटी टेक्नोलॉजी रिव्यू" के जर्नल के संपादकों द्वारा संकलित आने वाले वर्षों की क्रांतिकारी प्रौद्योगिकियों की सूची में स्व-ड्राइविंग ट्रक, चेहरा पहचान तकनीक और यहां तक ​​कि क्वांटम कंप्यूटर शामिल हैं, लेकिन एयरोस्पेस उद्योग से कोई खोज नहीं है। "असंभव" इंजन EmDrive के भाग्य को देखकर हर कोई इस पसंद से सहमत नहीं हो सकता है।

सैकड़ों नियोजित से सबसे अधिक अपेक्षित प्रयोगों का चयन कैसे करें? आइए सभी मानव जाति के लिए पैमाने (सबसे अधिक संभावना है, हमारे आगे, सबसे अधिक भाग के लिए, केवल महंगे प्रयोग हैं) और मूल्य पर ध्यान देने की कोशिश करें। 2018 की शुरुआत में, हमने होनहार प्रौद्योगिकियों को एक साथ लाने का फैसला किया जो हमारे भविष्य को बदल देगा।

आईटीईआर

सस्ती सस्ती ऊर्जा के लिए मानव जाति की मुख्य आशा ITER फ्यूजन रिएक्टर है। अंतर्राष्ट्रीय थर्मोन्यूक्लियर एक्सपेरिमेंटल रिएक्टर के निर्माण की शुरुआत के दस साल हो चुके हैं, हालांकि 20 वीं शताब्दी के मध्य में सोवियत वैज्ञानिकों द्वारा इसके काम की सैद्धांतिक नींव रखी गई थी ( टोकामैक के उपयोग की शुरुआत के साथ)। एक परियोजना जिसमें 35 देश भाग ले रहे हैं, उसे फ्यूजन रिएक्टर के व्यावसायिक उपयोग की व्यवहार्यता प्रदर्शित करनी चाहिए।

फिलहाल परियोजना की लागत 18 बिलियन यूरो है। दिसंबर 2017 की शुरुआत में, ITER अधिकारियों ने घोषणा की कि पहले प्लाज्मा को प्राप्त करने के लिए आवश्यक सभी निर्माण कार्य का 50% पूरा हो गया था। प्रयोगों का पहला चरण, जिसमें हाइड्रोजन को एक गर्म, विद्युत चार्ज गैस में परिवर्तित किया जाएगा, वर्तमान में 2025 में किए जाने की योजना है।

दशकों से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन के लिए आवश्यक शर्तों को प्राप्त करने के लिए चुंबकीय प्लाज्मा कारावास के लिए प्रायोगिक स्थापना। लेकिन अभी तक उन्होंने खुद को उत्पन्न करने की तुलना में काम करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता है। ITER प्रयोग में, वे इंस्टॉलेशन के विशाल आयामों के कारण इस सीमा को पार करने की योजना बनाते हैं: प्लाज्मा धारण करने के लिए एक टोकामक का वजन 23 टन होता है और किसी भी पिछले समान उपकरण की क्षमता का 840 गुना - 10 गुना अधिक होता है।

यदि सब कुछ ठीक रहा, तो ITER 2035 तक पूरी क्षमता तक पहुंच जाएगा और मानवता को जीवाश्म ईंधन का उपयोग करने से रोकने में सक्षम करेगा। रिएक्टर 500 मेगावाट ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए 50 मेगावाट ऊर्जा का उपयोग करेगा। भविष्य में, ITER जैसे बिजली संयंत्र पारंपरिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के मूल्य में तुलनीय होंगे। लेकिन, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के विपरीत, संलयन संयंत्र रेडियोधर्मी कचरे का उत्पादन नहीं करेंगे या किसी भी तरह से वातावरण को प्रदूषित नहीं करेंगे।

जीन ओवरथेरेपी

मानव जीन में त्रुटि के कारण हजारों बीमारियां उत्पन्न होती हैं। जीन थेरेपी पहले से मौजूद है और डॉक्टरों को कुछ वंशानुगत बीमारियों का इलाज करने में मदद करता है। कुछ समय पहले तक, एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस (ALS - स्टीफन हॉकिंग इस बीमारी से जूझ रहे थे) को लाइलाज माना जाता था, लेकिन 2017 में, बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने साबित कर दिया कि जीन थेरेपी ALS को हरा सकती है।

अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन ने जीन के साथ जन्मजात अंधेपन के इलाज के लिए जीन थेरेपी को मंजूरी दे दी है, जिसमें आंखों में "सहज" कोशिकाएं शामिल हैं।

हीमोफिलिया के लिए जीन थेरेपी के एक नए तरीके के परीक्षण भी सफल रहे हैं। चीनी शोधकर्ताओं ने मानव भ्रूण जीन में उत्परिवर्तन को सफलतापूर्वक ठीक किया है, जिससे एनीमिया का विकास होता है। अन्य उपलब्धियां थीं - यह सब सिर्फ एक साल में!

लेकिन आगे क्या होगा? उपरोक्त सभी मामलों में, वैज्ञानिकों ने CRISPR तकनीक (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) Cas9 का उपयोग किया, जो कई वर्षों तक आपको जीवित कोशिकाओं में डीएनए को संपादित करने की अनुमति देता है। Cas9 एंडोन्यूक्लियूज़ आरएनए गाइड के "टेम्पलेट" के पूरक के रूप में आवश्यक क्षेत्रों में डीएनए को काटते हैं, जिसके बाद सेल के स्वयं के मरम्मत सिस्टम परिवर्तनों को ठीक करते हुए, डीएनए के सिरों को सीवन करते हैं।

हालाँकि, विधि अविश्वसनीय थी। न्यूयॉर्क में कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पाया कि CRISPR / Cas9 जीनोम एडिटिंग टेक्नोलॉजी पहले की तुलना में बहुत अधिक संख्या में साइड (गैर-लक्ष्य) म्यूटेशन की ओर ले जाती है ।

कुछ महीनों बाद, एक क्रांतिकारी समाधान प्रस्तावित किया गया जो जीन थेरेपी को एक नए स्तर पर ला सकता है। Cas9 के सक्रिय प्रोटीन के बजाय, वैज्ञानिकों ने इसका निष्क्रिय रूप ले लिया, जो जीनोम में विशिष्ट स्थानों को लक्षित कर सकता है, लेकिन अब डीएनए में कटौती नहीं करता है। इस निर्णय को आनुवंशिकी के इतिहास में सबसे महत्वपूर्ण सफलताओं में से एक माना जा सकता है ।

तीव्र गुर्दे की विफलता के साथ चूहों में नई विधि का परीक्षण किया गया था - वैज्ञानिक सामान्य गुर्दा समारोह को बहाल करने, क्षतिग्रस्त या मफल्ड जीन को सफलतापूर्वक सक्रिय करने में सक्षम थे। इसके अलावा, विधि ने टाइप 1 मधुमेह और यहां तक ​​कि मांसपेशियों के डिस्ट्रोफी के चूहों को ठीक करने में मदद की। कोई खतरनाक दुष्प्रभाव का पता नहीं चला।

सबसे कठिन हिस्सा रहता है: वैज्ञानिकों को लंबे समय तक रहने वाले चूहों और उनकी संतानों पर "आनुवंशिक प्रोग्रामिंग" के प्रभावों को ट्रैक करने के लिए प्रयोगों का संचालन करना चाहिए। फिर, अगर सब कुछ ठीक हो जाता है, तो प्रौद्योगिकी का मनुष्यों में परीक्षण किया जा सकता है और मानव रोगों के उपचार के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। परिणाम 5-10 वर्षों में उम्मीद की जानी चाहिए।

असंभव इंजन टेस्ट

EmDrive ध्रुवीय राय जगाता है। हमें संक्षेप में याद दिलाना है कि हम एक मैग्नेट्रोन और एक गुंजयमान यंत्र से युक्त इंजन के बारे में बात कर रहे हैं, जिसका कथित प्रदर्शन विश्व व्यवस्था के बारे में आधुनिक वैज्ञानिक विचारों के अनुरूप नहीं है । प्रायोगिक डेटा इस तरह की स्थापना के संचालन की अस्पष्ट पुष्टि या खंडन प्रदान नहीं करता है।

जब यह इंजन चल रहा होता है, तो ईंधन का उपयोग नहीं किया जाता है, जो, जाहिर है, गति के संरक्षण के कानून का उल्लंघन करता है। इसके अलावा, विकास के लेखक, इंजीनियर रोजर शेयूर, स्थापना के सिद्धांत का तार्किक विवरण नहीं दे सकते हैं। सौभाग्य से, EmDrive चित्र शोधकर्ताओं के लिए खुले हैं।

नवंबर 2016 में, नासा ईगलवर्क्स लैब इंजीनियरों द्वारा एक अध्ययन प्रकाशित किया गया था, जिसने निष्कर्ष निकाला कि एमड्राइव काम कर रहा था। हालांकि, वैज्ञानिक समुदाय के सभी लोग इस अध्ययन से सहमत नहीं थे। इंजन द्वारा प्रदान किए गए 1.2 m 0.1 mN / kW के जोर को प्रयोगात्मक त्रुटियों द्वारा समझाया जा सकता है।

इंजन चीन में बहुत रुचि रखता है। चीनी एकेडमी ऑफ स्पेस टेक्नोलॉजी के प्रतिनिधियों ने कहा कि चीन ने अपनी प्रयोगशालाओं में न केवल एमड्राइव तकनीक का सफलतापूर्वक परीक्षण किया है, बल्कि तियांगोंग -2 अंतरिक्ष स्टेशन पर इंजन का परीक्षण भी शुरू कर दिया है। अंतरिक्ष प्रयोगशाला का काम सितंबर 2018 तक चलेगा, जिसके बाद प्रयोग के परिणामों पर प्रकाशन की उम्मीद की जानी चाहिए। यदि पूरे अध्ययन को वर्गीकृत नहीं किया गया है (और चीनी अंतरिक्ष उद्योग का एक चालाक पीआर अभियान नहीं है)।

भविष्य में, EmDrive सस्ते अंतरिक्ष यात्रा के साथ-साथ तेजी से अंतरिक्ष यात्रा का मार्ग खोल सकता है। लेकिन सबसे महत्वपूर्ण बात, इसके अस्तित्व के बहुत तथ्य से इंजन भौतिकी के एक महत्वपूर्ण हिस्से में बदलाव लाएगा। और यह नए अनुसंधान और खोजों के लिए एक अविश्वसनीय प्रेरणा देगा।

भौतिकी की सीमाओं का विस्तार करना

बिग बैंग के बाद, समान अनुपात में पदार्थ और एंटीमैटर बनाए जाने थे। पदार्थ और एंटीमैटर पारस्परिक रूप से सर्वनाश करते हैं, हालांकि, ब्रह्मांड, जैसा कि हम देखते हैं, मौजूद है। भौतिकविदों का सुझाव है कि एंटीमैटर पदार्थ के कणों के प्रत्येक अरब जोड़े के लिए, पदार्थ का एक अतिरिक्त कण बनाया गया था।

हालांकि, "सार्वभौमिक समरूपता" का उल्लंघन केवल एक धारणा है जिसे अभी भी पुष्टि करने की आवश्यकता है। लार्ज हैड्रॉन कोलाइडर (LHC) में, आवेश, समता और समय (CPT अदर्शन) के समरूपता के सिद्धांत में त्रुटियों का पता लगाने के लिए प्रयोग किए जाते हैं। इस सिद्धांत के अनुसार, एंटीमैटर से भरे "मिरर" यूनिवर्स में भौतिकी के समान नियम होने चाहिए, केवल एक दर्पण छवि में।

अब तक, हमारे विचारों में, एंटीमैटर पदार्थ के समान है। LHC युग्मित कणों में एक अंतर की तलाश में है जो एंटीमैटर विरोधाभास की व्याख्या करेगा। आने वाले वर्षों में, प्रयोगों का उद्देश्य SUSY कणों - सुपरसिमेट्रिक कणों की खोज करना होगा, जिसके अस्तित्व का प्रमाण समरूपता के मूल सिद्धांत का भी उल्लंघन होगा।

2017 में अपनी 25 वीं वर्षगांठ मनाए जाने वाले एटलस प्रयोग को तकनीकी एकीकरण के लिए 2018 के वसंत तक सीएमएस प्रयोग के साथ रोक दिया गया था। हालाँकि, यह केवल शुरुआत है। LHC केवल 2026 में चरम शक्ति तक पहुंच जाएगा । इसके अलावा, इस समय तक फ्यूचर सर्कुलर कोलाइडर प्रोजेक्ट (एलएचसी का "वारिस") शुरू करने की योजना है, साथ ही साथ जापान में इंटरनेशनल लीनियर कोलाइडर (आईएलसी) भी लॉन्च किया जाएगा।

यूनिवर्स सिमुलेशन की परिभाषा

क्या हमारी दुनिया वास्तविक है या हम सभी एक कंप्यूटर प्रोग्राम के अंदर रह रहे हैं? एक सामान्य व्यक्ति के दृष्टिकोण से, इस प्रश्न का उत्तर कोई फर्क नहीं पड़ता (जब तक, निश्चित रूप से, सिमुलेशन के लेखकों से पर्यवेक्षकों के अस्तित्व का विचार टाल दिया जाता है), लेकिन भौतिकी के लिए यह प्रश्न मौलिक हो सकता है। बल्कि, इसका उत्तर खोजने की कोशिश पूरी दुनिया के लिए महत्वपूर्ण हो सकती है।

सैद्धांतिक भौतिकविदों ज़ोहर रिंगेल और दिमित्री कोवरीज़ी ने सुझाव दिया कि क्वांटम सिस्टम की विसंगतियों को प्रकट करना असंभव है, जैसे कि क्वांटम हॉल प्रभाव वे अध्ययन कर रहे हैं। कम-आयामी ठोस-राज्य संरचनाओं में मनाया जाने वाला यह क्वांटम प्रभाव, पदार्थ के क्वांटम गुणों का एक मैक्रोस्कोपिक अभिव्यक्ति है, और सार्वभौमिक भौतिक स्थिरांक को सटीक रूप से मापने के लिए एक विधि के रूप में महत्वपूर्ण है।

रिंगेल और कोवरीज़ी ने गणना की कि इस तरह के प्रभाव में निहित कई सौ इलेक्ट्रॉनों पर जानकारी संग्रहीत करने के लिए, उस राशि से अधिक कंप्यूटर मेमोरी की आवश्यकता होगी जो "ब्रह्मांड में मौजूद सभी परमाणुओं का उपयोग करके बनाई जा सकती है"।

हालांकि, यह विधि फेनमैन इंटीग्रल के शास्त्रीय यांत्रिकी के संचालन की कार्रवाई पर आधारित है। फेनमैन की व्याख्या शायद एकमात्र नहीं है। शायद कुछ अन्य विधि है जो आपको हॉल प्रभाव के साथ क्वांटम सिस्टम का अनुकरण करने की अनुमति देती है।

आने वाले वर्षों में, हम क्वांटम कंप्यूटर के साथ अधिक प्रयोग करने में सक्षम होंगे - यह हमें एक नए स्तर पर जांचने का अवसर देगा कि क्या ब्रह्मांड एक सिमुलेशन है या नहीं। यूनिवर्सिटी ऑफ मैरीलैंड कॉलेज पार्क और अमेरिका के नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी के वैज्ञानिकों ने 53-क्विट क्वांटिटी सिस्टम का मॉडल बनाया है। अब तक, यह उपयोगी कार्यों को हल करने के लिए पर्याप्त नहीं है, लेकिन सिस्को के पूर्वानुमानों के अनुसार, पहली वाणिज्यिक क्वांटम कंप्यूटर जो समस्याओं की एक विस्तृत श्रृंखला को हल करने में सक्षम है, 2020 के मध्य तक दिखाई देगा।

मानव मस्तिष्क परियोजना

यूरोपीय परियोजना " द ह्यूमन ब्रेन प्रोजेक्ट " (HBP) 2013 में शुरू हुई और इसे 10 वर्षों के लिए डिज़ाइन किया गया है। परियोजना में 26 देशों और 135 भागीदार संस्थानों के सैकड़ों वैज्ञानिक शामिल हैं। HBP को मानव मस्तिष्क और कृन्तकों का दुनिया का पहला कंप्यूटर मॉडल बनाना चाहिए। 1.6 बिलियन डॉलर के बजट के साथ मानव मस्तिष्क के अध्ययन के इतिहास में यह परियोजना पैमाने पर अभूतपूर्व है और सबसे बड़ा प्रयोग है।

वैज्ञानिकों ने मानव मस्तिष्क की तंत्रिका गतिविधि का एक कार्यात्मक एटलस बनाने की योजना बनाई है, जिसमें 85 बिलियन व्यक्तिगत कोशिकाएं हैं। नतीजतन, हम मस्तिष्क की बीमारियों को बेहतर ढंग से समझ पाएंगे और कुछ दवाओं के संपर्क में आने की प्रक्रिया की निगरानी कर पाएंगे, जिससे हम उन्नत निदान और उपचार विधियों को विकसित कर सकेंगे।

इसके अलावा, विस्तृत मस्तिष्क मॉडलिंग के लिए महत्वपूर्ण कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है, जो सुपर कंप्यूटरों के प्रदर्शन में सुधार, दूरसंचार और डेटा खनन विधियों में सुधार करने के लिए एक प्रेरणा देगा।

डार्क मैटर स्टडीज

डार्क मैटर क्या है? हमारे पास अभी कोई सटीक उत्तर नहीं है, लेकिन इसका गुरुत्वाकर्षण प्रभाव आकाशगंगाओं की गति के रास्तों पर देखा जा सकता है। डार्क मैटर की प्रकृति का पता लगाने से हमें यूनिवर्स की प्रकृति को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिलेगी, हालाँकि, कई प्रयोग जिनमें डार्क मैटर के अस्तित्व का प्रमाण पाया जाना था, पूरी तरह से अलग परिणाम दिखाते हैं। कोई एक विधि, कोई सटीक डेटा नहीं है।

चीनी ऑर्बिटल वेधशाला DAMPE की पहली टिप्पणियों को डार्क मैटर की खोज के लिए बनाया गया है, इस तथ्य के पक्ष में बोलते हैं कि डार्क मैटर वास्तव में पृथ्वी की कक्षा के आसपास और हमारी गैलेक्सी के केंद्र में स्थित हो सकता है। DAMPE (डार्क मैटर पार्टिकल एक्सप्लोरर) को उच्च-रिज़ॉल्यूशन और कम शोर वाले कॉस्मिक किरणों के उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन के ऊर्जा स्पेक्ट्रम प्राप्त हुए हैं।

0.9 TeV के क्षेत्र में, पंजीकृत इलेक्ट्रॉनों और पॉज़िट्रॉन की संख्या में एक "डुबकी" स्पेक्ट्रम में मनाया जाता है, जो अप्रत्यक्ष रूप से काले पदार्थ के अस्तित्व की पुष्टि करता है। शोधकर्ता अधिक सटीक डेटा चाहते हैं, लेकिन DAMPE केवल एक और वर्ष के काम के लिए डिज़ाइन किया गया है। वर्तमान में, हमारे पास अधिक सटीक डिटेक्टर नहीं हैं, जिसका अर्थ है कि स्टेशन का काम सबसे अधिक संभावना है।