Наука сегодня

Давным-давно, когда люди ещё не знали, как разводить огонь, всюду царствовал каменный век. Люди делали простейшие инструменты: брали камень и крепили его каким-либо способом к палке. Всё изменилось, когда появился первый костёр. Огонь помог создать бронзу – материал покрепче камня. Но прошло ещё много веков, пока люди научились плавить металл и получать сталь и стекло. Потом появилось огнестрельное оружие. Когда крестьяне получили доступ к недорогим ружьям, рыцарям пришлось спешиться с лошадей и начать жить иначе, ведь доспехи больше не спасали от пуль. Так закончилась эпоха феодализма.

И самое главное: наука стояла у истоков всех этих открытий! Именно учёные придумали порох и станки для изготовления оружия. Разве кто-то посмеет утверждать, что развитие науки не отражает историю всего человечества?

Сегодня наука выходит на новый уровень. Раньше её роль была проще: она создавала новые технологии, чтобы помогать людям производить нужные вещи. Например, раньше наука подсказывала, как сделать машину или телефон, но сама идея, зачем нам машина или телефон, приходила к людям самостоятельно.

Сейчас всё изменилось. Стало ясно, что природа постепенно истощается, воздух загрязняется, ресурсы заканчиваются. Если мы будем продолжать действовать неразумно, Земля станет непригодна для жизни.

Теперь науке предстоит решить главную проблему современности: определить, что и в каком количестве нужно человечеству, чтобы выжить и развиваться дальше.

Поэтому современная наука стала важнейшей частью нашей жизни. Она определяет будущее производство и помогает выстроить оптимальную систему управления государством, чтобы обеспечить благополучное существование общества.

Наука изучает буквально всё вокруг: космос, природу, людей, общество, правила поведения и многое другое. Учёные используют любые доступные методы исследования, выбирая наиболее подходящие.

Во время исследований учёному приходится переживать сильные чувства, вдохновляться, иногда даже случается озарение, словно художник творит картину. Однако, когда дело доходит до оформления результатов, эмоции отходят на второй план. Учёному важно представить только точные факты, проверенные другими людьми, исключив личные переживания. Научный результат ценится за свою точность и возможность воспроизвести его снова и снова разными учёными. Никто не обращает внимания на то, какие чувства испытывал, например, Эйнштейн, открывая законы Мироздания. Важно само открытие.

Наука теперь играет огромную роль в развитии мира, становясь главной движущей силой прогресса. Это называется научно-технической революцией (НТР), когда наука и техника развиваются одновременно и тесно связаны друг с другом. Раньше открытия учёных ждали десятилетия или даже века, чтобы воплотиться в жизнь, а сейчас это занимает считанные годы.

Самые важные области для дальнейшего роста науки и технологий – это использование ядерной энергии, создание компьютеров и «искусственных мозгов» (кибернетика), исследование космического пространства (космонавтика). Эти направления обещают принести наибольшую пользу и изменить нашу жизнь сильнее всего.

А вы когда-нибудь задумывались, как учёные сегодня создают технологии, которые ещё вчера казались фантастикой? От энергии звёзд на Земле до гигантских телескопов, ловящих свет далёких галактик. Давай прогуляемся по самым крутым направлениям науки. Тут будет и про космос, и про суперлазеры, и даже про то, как в лабораториях творят «магию» будущего.

Начнём с энергии – ведь без неё никуда. Обычно мы используем нефть, газ и уголь для получения энергии, но запасы этих материалов скоро закончатся. Альтернативой называют атомные электростанции. Они работают на ядерных реакторах, где тяжёлые элементы, вроде урана, распадаются, выделяя тепло. Это как разогревать микроволновку, но в миллион раз мощнее!

Однако и у неё немало недостатков. Основные – это отходы и риски (помните Чернобыль и Фукусиму?). Просто замуровать радиоактивные отходы в бетоне, захоронить глубоко в горах или утопить в море нельзя. Такие способы опасны и экономически невыгодны.

Поэтому учёные мечтают о термоядерном синтезе – том самом процессе, который зажигает звезды, включая наше Солнце. Представьте: вместо распада атомов мы их соединяем. Например, изотопы водорода сливаются в гелий, выделяя колоссальную энергию.

Никаких долгоживущих отходов, почти неисчерпаемое топливо (в морской воде его на миллионы лет!). Но чтобы запустить такую реакцию, нужны температуры в 150 миллионов градусов – выше, чем в ядре Солнца! Как удержать эту «звезду в банке»? С помощью магнитных полей в устройствах, называемых токамаками.

Самый амбициозный проект – это ИТЭР (ITER) во Франции. Это международный мегареактор высотой с девятиэтажку. Если он заработает к 2035 году, человечество получит чистый и безопасный источник энергии.

А ещё есть стартапы вроде «СПАРКа» (SPARC), которые обещают компактные термоядерные установки. Может, к тому времени, как вы получите диплом, это станет реальностью?

Теперь перенесёмся в космос. Чтобы понять Вселенную, нам нужны суперглаза – телескопы. Раньше они просто ловили видимый свет и не всегда отличались хорошим качеством изображения. Но современные приборы видят инфракрасное излучение, рентген и даже гравитационные волны!

Взгляните на телескоп «Джеймс Уэбб». Он размером с теннисный корт и летает в 1,5 миллионах километрах от Земли.

Его золотые зеркала ловят свет первых галактик, родившихся после Большого взрыва. Благодаря ему мы узнали, что некоторые экзопланеты имеют воду в атмосфере – а вдруг там есть жизнь?

А ещё есть Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope) – виртуальный телескоп размером с Землю, который в 2019 году показал первую «фотографию» чёрной дыры. Это как снять апельсин на Луне с помощью обычной камеры! Такие технологии помогают проверять теорию Эйнштейна и искать новые законы физики.

Но космос – это не только для наблюдений, но и для жизни. МКС (Международная космическая станция) – это научная лаборатория размером с футбольное поле, летающая на высоте около 400 километров. Там космонавты выращивают кристаллы, изучают поведение огня в невесомости и даже печатают органы на 3D-принтере. А знаете, почему их лица на фото выглядят одутловатыми? В невесомости жидкость распределяется иначе – это один из сотни экспериментов о влиянии космоса на тело.

Скоро на смену МКС придут частные станции (Axiom Space). А Луну обживёт Лунная орбитальная платформа-шлюз (Lunar Gateway) – перевалочный пункт для полётов на Марс и к другим далёким планетам. Может, через 20 лет и вы сможете купить билет на выходные в космос?

А теперь спустимся под землю – в ЦЕРН, где находится Большой адронный коллайдер (БАК). Это 27 километровый кольцевой тоннель, где протоны разгоняются почти до скорости света и сталкиваются, воссоздавая условия ранней Вселенной. Именно так открыли бозон Хиггса – частицу, которая даёт массу всему сущему.

Зачем это нужно? Чтобы понять, из чего сделан мир. Может, есть тёмная материя, дополнительные измерения или антигравитация? Ускорители нового поколения, вроде «Будущий кольцевой коллайдер» (Future Circular Collider), будут втрое больше Большого адронного коллайдера. Кто знает, какие тайны они раскроют?

Теперь поговорим о лазерах. Лазеры – это не только указки для котов. Современные лазеры режут металл, передают данные через океаны и даже останавливают свет! В Институте Макса Планка учёные охлаждают атомы лазерами почти до абсолютного нуля, изучая квантовые эффекты. А в медицине лазеры корректируют зрение или уничтожают раковые клетки.

Самый мощный лазер (ELI-NP) расположен в Румынии. За одну триллионную долю секунды он выдаёт энергию, сравнимую с потреблением всей Европы. Такие установки моделируют взрывы сверхновых или ядерные реакции, не создавая радиоактивных отходов.

С развитием знаний о составе вещества, структуре и размерах атомов и молекул, человечество подошло к новой эре – эре нанотехнологий. Нанотехнологии – это наука и технологии, которые работают с очень маленькими объектами, размером всего в несколько нанометров. Чтобы представить это соотношение наглядно, сравните футбольный мяч и весь земной шар! Считается, что эра нанотехнологий началась в 1959 году со знаменитой лекции Ричарда Фейнмана «Там внизу – много места». Слово «внизу» в названии лекции означало в «мире очень малых размеров».

Нанотехнологии работают с объектами, называемыми наночастицами. размеры которых варьируются от 1 до 100 нм. Их размер такой маленький, что трудно даже вообразить: от одного до ста нанометров (это примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса!). Учёные выяснили, что такие мелочи ведут себя совсем иначе, чем обычные вещи больших размеров. Даже обычное золото становится красным, если превратить его в наночастицу.

Теперь учёные умеют обращаться с этими крохотными частицами и делают из них специальные материалы – наноматериалы. Эти материалы получают необычные качества, которых нет у обычных веществ. А главный помощник здесь – углерод. Из него получаются совершенно разные формы, хотя сами атомы одни и те же. К примеру, тот же самый углерод образует твёрдый алмаз и мягкий карандашный грифель – графит. Но благодаря своей особенной форме углерод помогает создать самые невероятные наноструктуры: фуллерены, углеродные нанотрубки, нановолокна, графены и многие другие.

Например, графен – это такая плёнка толщиной всего лишь один слой атомов углерода, соединённых друг с другом в виде пчелиных сот. Представляешь, какая тонкая эта вещь? Просто невероятно! Хотя он очень тонкий и лёгкий, зато является одним из самых прочных материалов – в триста раз прочнее стали. Сегодня учёные уверены: в XXI веке нанотехнологии станут основой технической революции. С их помощью будут делать материалы, лекарства и различные устройства.

Бионика. Бионика изучает природу и её обитателей, перенимая у них крутые идеи для изобретений. Как говорится, всё гениальное – природное! Первые шаги в бионике сделал американский военный инженер Джек Стил в 1960 году. Его идея была проста: живые прототипы – ключ к новой технике.

Сегодня бионика активно используется в медицине. Вот пример: учёные создали бионический глаз – устройство, которое возвращает зрение слепым людям. Люди, которым этот глаз установили, снова видят свет и лица близких спустя долгие годы слепоты. Здорово, правда?

И, конечно, мы не могли обойти стороной химию. Химия сегодня – это не колбы с дымящейся жидкостью. В современных лабораториях создают материалы с невероятными свойствами, например, саморемонтирующиеся пластмассы или лекарства, которые «программируются» под конкретного человека.

Современные технологии (CRISPR-Cas9) позволяют редактировать ДНК, как текст в Word. Уже испытывают терапию против рака и генетических болезней. А компьютерное моделирование ускоряет открытия: вместо тысяч экспериментов – алгоритм предсказывает структуру молекул. Так создали вакцины от COVID-19 за рекордные сроки!

Есть такие учёные, которые считают, что однажды человечество узнает абсолютно все тайны природы. Тогда любое наше предположение будет идеально совпадать с результатами экспериментов. Получается, будто бы дальнейший прогресс науки остановится, раз все загадки будут разгаданы.

Но тут возникает одна важная мысль: проблемы, возникающие перед нами каждый день, появляются постоянно и бесконечно увеличиваются. Ведь мир такой огромный и разнообразный, что вопросов у нас будет становиться всё больше и больше. И дело здесь не только в огромном количестве предметов и явлений, но и в бесконечном многообразии качеств и свойств окружающего мира.

Самое важное предназначение науки – помочь человечеству остаться живым на планете Земля. Нужно изучать весь живой мир вместе с человеком как единую большую систему, потому что беспорядочное развитие промышленности и технологий может привести к большим бедствиям.

Люди начинают понимать, насколько важна эта задача, и вступают в новую эру, называемую «эрой разума» (ноосфера). В этот период мозг человека обязан отвечать за сохранность всей планеты. Чтобы справиться с этими сложнейшими вопросами, нужны свежие научные открытия и познания.

Но помните, что современная наука – это не скучные учебники. Это космические миссии, квантовые компьютеры и гонка за чистой энергией. И вы можете в этом участвовать! Собирайте роботов на Arduino, изучайте Python для анализа данных, анализируйте данные с телескопов на платформе Zooniverse или ставьте эксперименты дома (только не взорвите кухню!). Кто знает, может, через пару лет вы будете работать на термоядерном реакторе или открывать новые законы физики на спутнике Юпитера. Вселенная огромна – и она ждёт вас.