Escolher as melhores realizações científicas mesmo em um ano é incrivelmente difícil. O Prêmio Nobel também não nos ajudará, porque é impossível entregá-lo a realmente todos os cientistas destacados (o físico Freeman Dyson, por exemplo, claramente merecia seu prêmio, mas foi forçado a cedê-lo a Schwinger, Feynman e Tomonaga).
Quanto às várias coleções do TOP 10 compiladas por publicações respeitáveis, não se pode prescindir da subjetividade aqui. A
lista de tecnologias revolucionárias dos próximos anos, compilada pelos editores da revista MIT Technology Review do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, inclui caminhões autônomos, tecnologias de reconhecimento de rosto e até computadores quânticos, mas não há descobertas na indústria aeroespacial. Nem todos podem concordar com essa escolha, observando o destino do "impossível" mecanismo EmDrive.
Como escolher os experimentos mais esperados das centenas planejadas? Vamos tentar focar na escala (provavelmente, à nossa frente, na maioria das vezes, são apenas experiências caras) e valor para toda a humanidade. No início de 2018, decidimos reunir tecnologias promissoras que mudarão nosso futuro.
ITER
A principal esperança da humanidade para energia barata e acessível é o reator de fusão ITER. Faz dez anos desde o início da construção do Reator Experimental Termonuclear Internacional, embora os fundamentos teóricos de seu trabalho tenham sido estabelecidos por cientistas soviéticos em meados do século 20 (com o início do uso de
tokamaks ). Um projeto no qual 35 países estão participando deve demonstrar a viabilidade do uso comercial de um reator de fusão.
O custo do projeto no momento é de 18 bilhões de euros. No início de dezembro de 2017, funcionários do ITER anunciaram que 50% de todo o trabalho de construção necessário para receber o primeiro plasma foi concluído. A primeira fase dos experimentos, na qual o hidrogênio será convertido em um gás quente com carga elétrica, está atualmente planejada para ser realizada em 2025.
Instalações experimentais para confinamento de plasma magnético, a fim de alcançar as condições necessárias para a fusão termonuclear controlada para gerar energia por décadas. Mas até agora eles exigiram mais energia para trabalhar do que se geraram. No experimento ITER, eles planejam superar essa limitação devido às dimensões colossais da instalação: um tokamak para guardar plasma pesa 23 toneladas e ocupa 840 metros cúbicos - 10 vezes a capacidade de qualquer dispositivo similar anterior.
Se tudo der certo, o ITER atingirá a capacidade máxima até 2035 e permitirá que a humanidade pare de usar combustíveis fósseis. O reator usará 50 megawatts de energia para gerar 500 megawatts de energia. No futuro, as usinas do tipo ITER serão comparáveis em valor às usinas nucleares convencionais. Porém, diferentemente das usinas nucleares, as usinas de fusão não produzirão resíduos radioativos ou poluirão a atmosfera de forma alguma.
Overtherapy de gene
Milhares de doenças surgem devido a um erro em um gene humano. A terapia gênica já existe e ajuda os médicos a tratar algumas doenças hereditárias. Até recentemente, a esclerose lateral amiotrófica (ELA - Stephen Hawking está lutando com esta doença) era considerada incurável, mas em 2017, pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley
provaram que a terapia genética pode derrotar a ELA.
A Food and Drug Administration dos EUA
aprovou a terapia genética para o tratamento da cegueira congênita com um gene que "inclui" células fotossensíveis no olho.
Os ensaios de um novo método de terapia genética para
hemofilia também foram bem-sucedidos. Pesquisadores chineses corrigiram com sucesso uma mutação no gene do embrião humano, levando ao desenvolvimento de anemia. Houve outras conquistas - tudo isso em apenas um ano!
Mas o que acontecerá depois? Em todos os casos acima, os cientistas usaram a tecnologia CRISPR (Repetições Palindrômicas Curtas entre Espaços Regularmente Agrupados) Cas9, que por vários anos permite editar o DNA nas células vivas. As endonucleases Cas9 cortam o DNA nas regiões necessárias complementares ao "gabarito" do guia de RNA, após o qual os próprios sistemas de reparo da célula suturam as extremidades do DNA, corrigindo as alterações.
No entanto, o método acabou não sendo confiável. Pesquisadores da Universidade de Columbia, em Nova York, descobriram que a tecnologia de edição do genoma CRISPR / Cas9
leva a um número muito maior de mutações laterais (não-alvo) do que se pensava anteriormente.
Alguns meses depois, foi proposta uma solução revolucionária que poderia levar a terapia genética a um novo nível. Em vez da proteína Cas9 ativa, os cientistas adotaram sua forma inativa, que pode atingir lugares específicos no genoma, mas não mais cortar o DNA. Essa decisão
pode ser considerada uma das descobertas mais significativas da história da genética.
O novo método foi testado em camundongos com insuficiência renal aguda - os cientistas conseguiram ativar com sucesso genes danificados ou abafados, restaurando a função renal normal. Além disso, o método ajudou a curar ratos com diabetes tipo 1 e até distrofia muscular. Nenhum efeito colateral perigoso foi detectado.
A parte mais difícil permanece: os cientistas devem realizar experimentos para rastrear os efeitos da “programação genética” em camundongos de vida longa e seus filhotes. Então, se tudo correr bem, a tecnologia pode ser testada em seres humanos e adaptada para tratar doenças humanas. Os resultados devem ser esperados em 5 a 10 anos.
Testes impossíveis de motor
O EmDrive desperta opiniões polares. Lembremos brevemente que estamos falando de um mecanismo que consiste em um magnetron e um ressonador, cuja suposta performance
não é
consistente com as idéias científicas modernas sobre a ordem mundial. Os dados experimentais
não fornecem confirmação ou refutação inequívoca da operacionalidade de tal instalação.
Quando este motor está funcionando, não é usado combustível, o que, aparentemente, viola a lei de conservação do momento. Além disso, o autor do desenvolvimento, o engenheiro Roger Scheuer, não pode dar uma explicação lógica do princípio da instalação. Felizmente, os desenhos do EmDrive estão abertos aos pesquisadores.
Em novembro de 2016, foi publicado um
estudo realizado pelos engenheiros de laboratório da NASA Eagleworks, que concluiu que o EmDrive estava funcionando. No entanto, nem todos na comunidade científica concordaram com este estudo. O empuxo de 1,2 ± 0,1 mN / kW fornecido pelo motor pode ser explicado por erros experimentais.
O motor está muito interessado na China. Representantes da Academia Chinesa de Tecnologia Espacial
disseram que a China não apenas testou com sucesso a tecnologia EmDrive em seus laboratórios, mas também começou a testar o motor na estação espacial Tiangong-2. O trabalho do laboratório espacial durará até setembro de 2018, após o qual serão esperadas publicações sobre os resultados do experimento. Se todo o estudo não for classificado (e não for uma campanha de relações públicas astuciosa da indústria espacial chinesa).
No futuro, o EmDrive pode abrir caminho para viagens espaciais baratas, bem como para viagens espaciais mais rápidas. Mas o mais importante é que o mecanismo, pelo fato de existir, levará a mudanças em uma parte significativa da física. E isso dará um impulso incrível a novas pesquisas e descobertas.
Expandindo os limites da física
Após o Big Bang, matéria e antimatéria deveriam ser criadas em proporções iguais. Matéria e antimatéria aniquilam-se mutuamente, no entanto, o Universo, como vemos, continua a existir. Os físicos sugerem que, para cada bilhão de pares de partículas de matéria antimatéria, uma partícula extra de matéria foi criada.
No entanto, a violação da "simetria universal" é apenas uma suposição que ainda precisa ser confirmada. No Large Hadron Collider (LHC), são realizadas experiências para detectar erros no princípio de simetria de carga, paridade e tempo (invariância da CPT). De acordo com esse princípio, um universo "espelho" cheio de antimatéria deveria ter as mesmas leis da física que as nossas, apenas em uma imagem espelhada.
Até agora, em nossas idéias, a antimatéria permanece idêntica à matéria. O LHC está procurando uma lacuna nas partículas emparelhadas que explicaria o paradoxo da antimatéria. Nos próximos anos, os experimentos terão como objetivo procurar partículas SUSY - partículas supersimétricas, cuja prova da existência também violaria o princípio fundamental da simetria.
O experimento
ATLAS , que comemorou 25 anos em 2017, foi interrompido com o experimento
CMS até a primavera de 2018 para modernização técnica. No entanto, este é apenas o começo. O LHC
atingirá o pico de potência somente em 2026. Além disso, a essa altura, está planejado iniciar o projeto Future Circular Collider (“herdeiro” do LHC), bem como lançar o International Linear Collider (ILC) no Japão.
Definição de Simulação de Universo
Nosso mundo é real ou estamos todos vivendo dentro de um programa de computador? Do ponto de vista de uma pessoa comum, a resposta a essa pergunta não importa (a não ser, é claro, que seja evitada a idéia da existência de Observadores pelos autores da simulação), mas para a física a questão pode se tornar fundamental. Em vez disso, tentar encontrar uma resposta pode ser crucial para o mundo inteiro.
Os físicos teóricos Zohar Ringel e Dmitry Kovrizhi sugeriram que é impossível modelar a manifestação de anomalias de sistemas quânticos, como o
efeito quântico de Hall que eles estão estudando. Esse efeito quântico, observado em estruturas de estado sólido de baixa dimensão, é uma manifestação macroscópica das propriedades quânticas da matéria e é importante como método para medir com precisão as constantes físicas universais.
Ringel e Kovrizhi
calcularam que o armazenamento de informações sobre várias centenas de elétrons inerentes a esse efeito exigiria mais memória do computador do que a quantidade que "poderia ser criada usando todos os átomos existentes no Universo".
No entanto, esse método é baseado na ação operacional da
mecânica clássica da integral de Feynman . A interpretação de Feynman talvez não seja a única. Talvez haja algum outro método que permita simular um sistema quântico com o efeito Hall.
Nos próximos anos, seremos capazes de realizar mais experimentos com computadores quânticos - isso nos dará a oportunidade de verificar em um novo nível se o Universo é uma simulação ou não. Cientistas da Universidade de Maryland College Park e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA
criaram um modelo de sistema quântico de 53 qubit. Até o momento, isso não é suficiente para resolver tarefas úteis, mas, de acordo
com as previsões da Cisco, o primeiro computador quântico comercial capaz de resolver uma ampla gama de problemas aparecerá em meados de 2020.
Projeto do cérebro humano
O projeto europeu "
The Human Brain Project " (HBP) começou em 2013 e foi projetado por 10 anos. O projeto envolve centenas de cientistas de 26 países e 135 instituições parceiras. O HBP deve criar o primeiro modelo computacional do mundo do cérebro e roedores humanos. O projeto é sem precedentes em escala e o maior experimento na história do estudo do cérebro humano, com um orçamento de US $ 1,6 bilhão.
Os cientistas planejam criar um atlas funcional da atividade neural do cérebro humano, que contém 85 bilhões de células individuais. Como resultado, seremos capazes de entender melhor as doenças cerebrais e monitorar o processo de exposição a certos medicamentos, o que nos permitirá desenvolver métodos avançados de diagnóstico e tratamento.
Além disso, a modelagem detalhada do cérebro requer um poder computacional significativo, o que dará um impulso para melhorar o desempenho dos supercomputadores, melhorar as telecomunicações e os métodos de mineração de dados.
Estudos da matéria escura
O que é matéria escura? Ainda não temos uma resposta exata, mas seus efeitos gravitacionais podem ser vistos nos caminhos do movimento das galáxias. Descobrir a natureza da matéria escura nos ajudará a entender melhor a natureza do Universo, no entanto, numerosas experiências nas quais evidências da existência de matéria escura mostraram resultados completamente diferentes. Não existe um método, nem dados exatos.
As primeiras observações do observatório orbital chinês DAMPE, projetadas para procurar matéria escura, falam a favor do fato de que a matéria escura pode realmente decair nas proximidades da órbita da Terra e no centro de nossa galáxia.
O DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) recebeu o espectro de energia de elétrons de alta energia e pósitrons de raios cósmicos com alta resolução e baixo ruído.
Na região de 0,9 TeV, é observado um "mergulho" no número de elétrons e pósitrons registrados no espectro, o que indiretamente confirma a existência de matéria escura. Os pesquisadores querem dados mais precisos, mas o DAMPE foi projetado para apenas mais um ano de trabalho. No momento, não temos detectores mais precisos, o que significa que o trabalho da estação provavelmente continuará.