Memilih prestasi ilmiah terbaik bahkan dalam satu tahun adalah sangat sulit. Hadiah Nobel juga tidak akan membantu kita, karena tidak mungkin untuk memberikannya kepada semua ilmuwan terkemuka (ahli fisika Freeman Dyson, misalnya, jelas pantas menerima hadiahnya, tetapi terpaksa memberikannya kepada Schwinger, Feynman dan Tomonaga).
Adapun berbagai koleksi TOP 10 yang disusun oleh publikasi terkemuka, orang tidak dapat melakukannya tanpa subjektivitas di sini.
Daftar teknologi revolusioner di tahun-tahun mendatang, yang disusun oleh editor jurnal Institut Teknologi Massachusetts “MIT Technology Review”, termasuk truk yang bisa mengemudi sendiri, teknologi pengenalan wajah, dan bahkan komputer kuantum, tetapi tidak ada penemuan dari industri dirgantara. Tidak semua orang bisa setuju dengan pilihan ini, menyaksikan nasib mesin "mustahil" EmDrive.
Bagaimana memilih eksperimen yang paling diharapkan dari ratusan yang direncanakan? Mari kita coba untuk fokus pada skala (kemungkinan besar, di depan kita, sebagian besar, hanya eksperimen mahal) dan nilai untuk semua umat manusia. Pada awal 2018, kami memutuskan untuk menyatukan teknologi yang menjanjikan yang akan mengubah masa depan kami.
ITER
Harapan utama umat manusia untuk energi murah yang terjangkau adalah reaktor fusi ITER. Sudah sepuluh tahun sejak dimulainya pembangunan Reaktor Eksperimental Termonuklir Internasional, meskipun dasar-dasar teoretis kerjanya
dikemukakan oleh para ilmuwan Soviet pada pertengahan abad ke-20 (dengan awal penggunaan
tokamaks ). Sebuah proyek di mana 35 negara berpartisipasi harus menunjukkan kelayakan penggunaan komersial reaktor fusi.
Biaya proyek saat ini adalah 18 miliar euro. Pada awal Desember 2017, pejabat ITER mengumumkan bahwa 50% dari semua pekerjaan konstruksi yang diperlukan untuk menerima plasma pertama selesai. Fase pertama percobaan, di mana hidrogen akan dikonversi menjadi gas yang panas dan bermuatan listrik, saat ini direncanakan akan dilaksanakan pada tahun 2025.
Instalasi eksperimental untuk kurungan plasma magnetik untuk mencapai kondisi yang diperlukan untuk fusi termonuklir terkendali untuk menghasilkan energi selama beberapa dekade. Tetapi sejauh ini mereka membutuhkan lebih banyak energi untuk bekerja daripada yang mereka hasilkan sendiri. Dalam percobaan ITER, mereka berencana untuk mengatasi keterbatasan ini karena dimensi besar instalasi: tokamak untuk memegang plasma berbobot 23 ton dan membutuhkan 840 meter kubik - 10 kali kapasitas perangkat serupa sebelumnya.
Jika semuanya berjalan dengan baik, ITER akan mencapai kapasitas penuh pada tahun 2035 dan akan memungkinkan manusia untuk berhenti menggunakan bahan bakar fosil. Reaktor akan menggunakan energi 50 megawatt untuk menghasilkan energi 500 megawatt. Di masa depan, pembangkit listrik ITER akan sebanding nilainya dengan pembangkit listrik tenaga nuklir konvensional. Tetapi, tidak seperti pembangkit listrik tenaga nuklir, pembangkit fusi tidak akan menghasilkan limbah radioaktif atau mencemari atmosfer dengan cara apa pun.
Gen overtherapy
Ribuan penyakit muncul karena kesalahan pada gen manusia. Terapi gen sudah ada dan membantu dokter mengobati beberapa penyakit keturunan. Sampai saat ini, amyotrophic lateral sclerosis (ALS - Stephen Hawking sedang berjuang dengan penyakit ini) dianggap tidak dapat disembuhkan, tetapi pada tahun 2017, para peneliti dari University of California di Berkeley
membuktikan bahwa terapi gen dapat mengalahkan ALS.
Badan Pengawas Obat dan Makanan AS telah
menyetujui terapi gen untuk mengobati kebutaan bawaan dengan gen yang "memasukkan" sel fotosensitif di mata.
Percobaan metode baru terapi gen untuk
hemofilia juga telah berhasil. Peneliti Cina telah berhasil memperbaiki mutasi pada gen embrio manusia, yang mengarah pada pengembangan anemia. Ada prestasi lain - semua ini hanya dalam satu tahun!
Tetapi apa yang akan terjadi selanjutnya? Dalam semua kasus di atas, para ilmuwan menggunakan teknologi CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) Cas9, yang selama beberapa tahun memungkinkan Anda untuk mengedit DNA dalam sel hidup. Cas9 endonucleases memotong DNA di wilayah yang diperlukan sebagai pelengkap "templat" panduan RNA, setelah itu sistem perbaikan sel itu sendiri menjahit ujung-ujung DNA, memperbaiki perubahan.
Namun, metode ini ternyata tidak dapat diandalkan. Para peneliti dari Universitas Columbia di New York menemukan bahwa teknologi pengeditan genom CRISPR / Cas9
mengarah ke jumlah mutasi sisi (non-target) yang jauh lebih besar daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Beberapa bulan kemudian, solusi revolusioner diusulkan yang dapat membawa terapi gen ke tingkat yang baru. Alih-alih protein Cas9 aktif, para ilmuwan mengambil bentuk tidak aktif, yang dapat menargetkan tempat-tempat tertentu dalam genom, tetapi tidak lagi memotong DNA. Keputusan ini
dapat dianggap sebagai salah satu terobosan paling signifikan dalam sejarah genetika.
Metode baru ini diuji pada tikus dengan gagal ginjal akut - para ilmuwan dapat berhasil mengaktifkan gen yang rusak atau teredam, memulihkan fungsi ginjal normal. Selanjutnya, metode ini membantu menyembuhkan tikus diabetes tipe 1 dan bahkan distrofi otot. Tidak ada efek samping berbahaya yang terdeteksi.
Bagian tersulitnya tetap ada: para ilmuwan harus melakukan percobaan untuk melacak efek "pemrograman genetika" pada tikus berumur panjang dan keturunannya. Kemudian, jika semuanya berjalan dengan baik, teknologinya dapat diuji pada manusia dan disesuaikan untuk mengobati penyakit manusia. Hasil akan diharapkan dalam 5-10 tahun.
Tes Engine yang Tidak Mungkin
EmDrive membangkitkan pendapat kutub. Mari kita ingat secara singkat bahwa kita berbicara tentang mesin yang terdiri dari magnetron dan resonator, kinerja yang diduga
tidak konsisten dengan ide-ide ilmiah modern tentang tatanan dunia. Data eksperimental
tidak memberikan konfirmasi yang jelas atau penolakan operasi yang dapat dilakukan dari instalasi semacam itu.
Ketika mesin ini berjalan, bahan bakar tidak digunakan, yang, tampaknya, melanggar hukum kekekalan momentum. Selain itu, penulis pengembangan, insinyur Roger Scheuer, tidak dapat memberikan penjelasan logis tentang prinsip pemasangan. Untungnya, gambar EmDrive terbuka untuk para peneliti.
Pada November 2016, sebuah
studi oleh insinyur laboratorium NASA Eagleworks diterbitkan, yang menyimpulkan bahwa EmDrive bekerja. Namun, tidak semua orang di komunitas ilmiah setuju dengan penelitian ini. Daya dorong 1,2 ± 0,1 mN / kW yang disediakan oleh mesin dapat dijelaskan oleh kesalahan eksperimental.
Mesinnya sangat tertarik dengan China. Perwakilan dari Akademi Teknologi Ruang Angkasa Cina
mengatakan bahwa China tidak hanya berhasil menguji teknologi EmDrive di laboratoriumnya, tetapi juga mulai menguji mesin di stasiun ruang angkasa Tiangong-2. Pekerjaan laboratorium luar angkasa akan berlangsung hingga September 2018, setelah itu publikasi tentang hasil percobaan harus diharapkan. Jika keseluruhan penelitian tidak diklasifikasikan (dan tidak berubah menjadi kampanye PR licik dari industri luar angkasa Tiongkok).
Di masa depan, EmDrive dapat membuka jalan bagi perjalanan ruang angkasa yang murah, serta perjalanan ruang angkasa yang lebih cepat. Tetapi yang paling penting, mesin dengan fakta keberadaannya akan menyebabkan perubahan dalam bagian penting fisika. Dan ini akan memberikan dorongan luar biasa untuk penelitian dan penemuan baru.
Memperluas batas-batas fisika
Setelah Big Bang, materi dan antimateri diciptakan dalam proporsi yang sama. Materi dan antimateri saling memusnahkan, bagaimanapun, Semesta, seperti yang kita lihat, terus ada. Fisikawan menyarankan bahwa untuk setiap milyar pasang partikel materi antimateri, satu partikel materi tambahan diciptakan.
Namun, pelanggaran "simetri universal" hanyalah asumsi yang masih perlu dikonfirmasi. Di Large Hadron Collider (LHC), percobaan dilakukan untuk mendeteksi kesalahan dalam prinsip simetri biaya, paritas, dan waktu (invarian CPT). Menurut prinsip ini, alam semesta "cermin" yang diisi dengan antimateri harus memiliki hukum fisika yang sama dengan kita, hanya dalam bayangan cermin.
Sejauh ini, dalam ide kami, antimateri tetap identik dengan materi. LHC sedang mencari celah dalam partikel berpasangan yang akan menjelaskan paradoks antimateri. Di tahun-tahun mendatang, percobaan akan ditujukan untuk mencari partikel SUSY - partikel supersimetrik, bukti keberadaannya yang juga akan melanggar prinsip dasar simetri.
Eksperimen
ATLAS , yang merayakan ulang tahun ke 25 pada 2017, dihentikan dengan eksperimen
CMS hingga musim semi 2018 untuk modernisasi teknis. Namun, ini baru permulaan. LHC
akan mencapai daya puncak hanya pada 2026. Selain itu, pada saat ini direncanakan untuk memulai proyek Future Circular Collider ("pewaris" LHC), serta meluncurkan International Linear Collider (ILC) di Jepang.
Definisi Simulasi Semesta
Apakah dunia kita nyata atau kita semua hidup di dalam program komputer? Dari sudut pandang orang biasa, jawaban untuk pertanyaan ini tidak masalah (kecuali, tentu saja, gagasan keberadaan Pengamat dari penulis simulasi dihindari), tetapi untuk fisika pertanyaan itu mungkin berubah menjadi mendasar. Sebaliknya, mencoba menemukan jawaban bisa sangat penting bagi seluruh dunia.
Fisikawan teoretis Zohar Ringel dan Dmitry Kovrizhi menyarankan bahwa tidak mungkin untuk memodelkan manifestasi anomali dari sistem kuantum, seperti
efek Hall kuantum yang mereka pelajari. Efek kuantum ini, diamati dalam struktur solid-state dimensi rendah, adalah manifestasi makroskopis dari sifat kuantum materi, dan penting sebagai metode untuk mengukur secara akurat konstanta fisik universal.
Ringel dan Kovrizhi
menghitung bahwa untuk menyimpan informasi pada beberapa ratus elektron yang melekat dalam efek seperti itu, lebih banyak memori komputer akan diperlukan daripada jumlah yang "dapat dibuat menggunakan semua atom yang ada di Semesta".
Namun, metode ini didasarkan pada aksi operasi
mekanika klasik integral Feynman . Interpretasi Feynman mungkin bukan satu-satunya. Mungkin ada beberapa metode lain yang memungkinkan Anda untuk mensimulasikan sistem kuantum dengan efek Hall.
Di tahun-tahun mendatang, kita akan dapat melakukan lebih banyak eksperimen dengan komputer kuantum - ini akan memberi kita kesempatan untuk memeriksa di tingkat baru apakah Semesta adalah simulasi atau tidak. Para ilmuwan dari University of Maryland College Park dan Institut Nasional Standar dan Teknologi A.S. telah
menciptakan model sistem kuantum 53-qubit. Sejauh ini, ini tidak cukup untuk menyelesaikan tugas-tugas yang bermanfaat, tetapi menurut
perkiraan Cisco, komputer kuantum komersial pertama yang mampu menyelesaikan berbagai masalah akan muncul pada pertengahan 2020.
Proyek otak manusia
Proyek Eropa "
Proyek Otak Manusia " (HBP) dimulai pada 2013 dan dirancang selama 10 tahun. Proyek ini melibatkan ratusan ilmuwan dari 26 negara dan 135 lembaga mitra. HBP harus menciptakan model komputer pertama di dunia untuk otak dan tikus. Proyek ini belum pernah terjadi sebelumnya dalam skala dan percobaan terbesar dalam sejarah studi otak manusia dengan anggaran $ 1,6 miliar.
Para ilmuwan berencana untuk membuat atlas fungsional aktivitas saraf otak manusia, yang berisi 85 miliar sel individu. Sebagai hasilnya, kita akan dapat lebih memahami penyakit otak dan memantau proses paparan obat-obatan tertentu, yang akan memungkinkan kita untuk mengembangkan diagnostik canggih dan metode perawatan.
Selain itu, pemodelan otak terperinci membutuhkan daya komputasi yang signifikan, yang akan memberikan dorongan untuk meningkatkan kinerja superkomputer, meningkatkan telekomunikasi dan metode penambangan data.
Studi Materi Gelap
Apa itu materi gelap? Kami belum memiliki jawaban yang pasti, tetapi efek gravitasinya dapat dilihat pada jalur gerak galaksi. Mengetahui sifat materi gelap akan membantu kita lebih memahami sifat Alam Semesta, namun, banyak percobaan di mana bukti keberadaan materi gelap ditemukan menunjukkan hasil yang sama sekali berbeda. Tidak ada satu metode, tidak ada data yang pasti.
Pengamatan pertama DAMPE observatorium orbital Cina, yang dirancang untuk mencari materi gelap, berbicara mendukung fakta bahwa materi gelap sebenarnya dapat membusuk di sekitar orbit Bumi dan di pusat Galaksi kita.
DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) telah menerima spektrum energi elektron berenergi tinggi dan positron sinar kosmik dengan resolusi tinggi dan noise rendah.
Di wilayah 0,9 TeV, "dip" dalam jumlah elektron terdaftar dan positron diamati dalam spektrum, yang secara tidak langsung mengkonfirmasi keberadaan materi gelap. Para peneliti menginginkan data yang lebih akurat, tetapi DAMPE dirancang hanya untuk satu tahun kerja lagi. Saat ini, kami tidak memiliki detektor yang lebih akurat, yang berarti bahwa pekerjaan stasiun kemungkinan besar akan berlanjut.