Wenn wir das Fass des futuristisch klingenden Jahres 2020 anstarren, ist es an der Zeit, über das vergangene Jahrzehnt nachzudenken. Die Welt hat in den letzten 10 Jahren einige ziemlich große wissenschaftliche Errungenschaften gesehen, als Entdeckungen und Entwicklungen Jahrzehnte in der Herstellung endlich realisiert wurden. Der neue Atlas rundet fünf der bahnbrechendsten und geschichtsträchtigsten Meilensteine der 2010er Jahre ab.,
Das Higgs – Boson
Im Jahr 2012 wurde am CERN ein neues Elementarteilchen entdeckt, das die Aufmerksamkeit der Welt auf sich zog-selbst diejenigen, die normalerweise nicht über teilchenphysikalische Nachrichten informiert sind. Aber das ist, weil dies kein gewöhnliches Teilchen war. Dieser Neuling war kein anderer als das Higgs-Boson.,
Obwohl es aufgrund seines dramatischen, aber ungenauen Spitznamens „the God particle“ die öffentliche Vorstellung eingefangen haben mag, war das Higgs-Boson aus einer Reihe von Gründen ein unglaublich aufregender Fund. Es war das letzte Elementarteilchen, das vom Standardmodell der Teilchenphysik vorhergesagt wurde, es gibt anderen Elementarteilchen Masse, und Wissenschaftler hatten fast 50 Jahre danach gesucht.
Vor den 1960er Jahren hatte das Standardmodell ein kleines Problem: Nach seinen Vorhersagen sollten Elementarteilchen, Bosonen genannt, keine Masse haben – Beobachtungen zeigen dies jedoch., 1964 entwickelten drei Wissenschaftlerteams unabhängig voneinander ähnliche Mechanismen, wie sie an Masse gewinnen.
Nach der vorherrschenden Idee durchdringt ein Quantenfeld einheitlich das Universum. Bosonen fühlen dieses Feld, das sie verlangsamt und ihnen dabei Masse gibt. Dieses Feld würde durch einen brandneuen Boson vermittelt, der noch entdeckt werden musste – und es würde nicht für weitere 48 Jahre sein.
Das vorhergesagte Feld, der Mechanismus und das Boson wurden schließlich nach Peter Higgs benannt, einem der Physiker, die es zuerst vorschlugen.,
Und sicher genug, 2012 fanden Wissenschaftler am Large Hadron Collider des CERN endlich ein Teilchen, das mit den vorhergesagten Eigenschaften des Higgs-Bosons übereinstimmte. Weitere Forschungen bestätigten später, dass es sich um das schwer fassbare Higgs handelte, und zwei der Forscher, die dafür verantwortlich waren – Higgs selbst und Francois Englert, ein Physiker in einem anderen Team – wurden 2013 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.,
In den Jahren danach zeigten weitere Experimente am CERN, dass alle Messungen des Higgs-Bosons, einschließlich Spin, Parität, Masse und Wechselwirkungen mit anderen Teilchen, mit den Vorhersagen des Standardmodells übereinstimmten.
Nach einem halben Jahrhundert Jagd auf den Heiligen Gral der Teilchenphysik ist das Higgs-Boson leicht eine der wichtigsten wissenschaftlichen Errungenschaften des Jahrzehnts.,
CRISPR-Gen-Editing
Die Fähigkeit, die Gene von lebenden Menschen und anderen Organismen ist seit Jahrzehnten ein Grundnahrungsmittel der Science-Fiction-und in diesem Jahrzehnt wurde es Realität., Das CRISPR-Gen-Editing-System ist bereit, die Medizin zu revolutionieren und uns möglicherweise dabei zu helfen, die großen wie Krebs und HIV zu bekämpfen und nicht gesundheitliche Probleme anzugehen. Aber natürlich ist es nicht ohne Kontroversen.
Gruppierten regelmäßig interspaced kurze Palindrom-Wiederholungen (CRISPR) ist eine Familie von DNA-Sequenzen natürlich verwendet, die durch Bakterien als self-defense-Mechanismus. In den letzten Jahren erkannten die Wissenschaftler, dass sie diesen Mechanismus als Werkzeug für die Gentechnik kooptieren konnten, indem sie CRISPR mit einer leitenden RNA-Sequenz und einem Enzym, normalerweise Cas9, kombinierten.,
Bei Verwendung in Zellen oder lebenden Organismen leitet die leitende RNA das Werkzeug zum gewünschten DNA-Abschnitt, wo das Cas9-Enzym es sauber schneidet. Das kann verwendet werden, um lästige Gene – wie diejenigen, die Krankheiten verursachen – herauszuschneiden und neue, nützliche einzufügen.
Bisher hat sich diese Technik im Kampf gegen viele verschiedene Krankheiten als vielversprechend erwiesen, darunter traditionell schwierige wie Krebs, HIV, Muskeldystrophie, Progerie und genetische Formen von Blindheit und Herzerkrankungen.
Aber CRISPRS Potenzial reicht über die Bearbeitung hinaus., Wir können Pflanzen bearbeiten, um Pflanzen mit besseren Erträgen oder Nährstoffen herzustellen, Insekten bearbeiten, um die Ausbreitung von Krankheiten zu stoppen, oder Schweine bearbeiten, um menschliche Organe für die Transplantation anzubauen.
So vielversprechend CRISPR auch sein mag, das Tool wirft natürlich ethische Fragen auf, die noch im Gange sind. Studien haben gezeigt, dass CRISPR die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass eine Zelle Krebs entwickelt, und unbeabsichtigte Mutationen im gesamten Genom verursachen könnte. Diese Ergebnisse werden heiß diskutiert.,
Im November 2018 kam alles auf den Kopf, als chinesische Wissenschaftler die Geburt von Zwillingsmädchen als erste CRISPR-bearbeitete menschliche Babys der Welt ankündigten. Professor Jiankui Er und sein Team injizierten die CRISPR-Maschinerie in den Embryo und löschten ein Gen, das als CCR5 bekannt ist. Dabei sollten die Mädchen eine Immunität gegen HIV entwickeln.
Das Problem ist, dass das Experiment größtenteils im Geheimen durchgeführt wurde und die jahrelange Debatte über Ethik überschritt., Einige Wissenschaftler wiesen darauf hin, dass die Funktion von CCR5 schlecht verstanden wird und dass es die Mädchen anfälliger für häufige Krankheiten wie die Grippe machen könnte.
Nach diesem rücksichtslosen Schritt wurde ein Moratorium für die Bearbeitung menschlicher Keime gefordert, bis diese ethischen Fragen geklärt werden können.
Trotzdem laufen CRISPR-Studien am Menschen immer noch – nur nicht in Embryonen. Sie begannen 2016 in China, um Lungenkrebs zu bekämpfen, aber die Ergebnisse müssen noch veröffentlicht werden., In den USA begannen 2019 zwei Studien, von denen eine auf drei Krebsarten und die andere auf Sichelzellerkrankungen abzielte, mit äußerst vielversprechenden frühen Ergebnissen.
Es mag einen steinigen Anfang gehabt haben, aber CRISPR-Gen-Editing wird wahrscheinlich als einer der wichtigsten Durchbrüche in der Medizin sowie für Anwendungen, die wir noch nicht einmal in Betracht gezogen haben, in die Geschichte eingehen.
Gravitationswellen
Im Jahr 2015 entdeckten Physiker Wellen im Gewebe der Raumzeit, als sie sich nach mehr als einer Milliarde Lichtjahren über die Erde wuschen. Dies bestätigte eine Vorhersage von niemand anderem als Albert Einstein vor einem Jahrhundert.
Als Einstein 1916 seine allgemeine Relativitätstheorie vorlegte, implizierte dies, dass bestimmte Ereignisse, an denen Objekte mit großen Massen beteiligt waren, Schockwellen in der Raumzeit selbst erzeugen würden – ein Phänomen, das als Gravitationswellen bezeichnet wurde.,
Obwohl sie durch einige der energetischsten Ereignisse im Universum erzeugt werden, verzerren sie die Realität nur um weniger als den Kern eines Atoms, wenn diese Wellen die Erde erreichen. Das machte sie natürlich fast 100 Jahre lang unmöglich zu erkennen – bis die Technologie endlich einholte.
Die verantwortliche Technologie ist das Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), das in zwei riesigen Einrichtungen in Louisiana und Washington untergebracht ist. Jeder dieser Zwillingsdetektoren besteht aus zwei 4 km langen Tunneln in L-Form., Extrem präzise Instrumente wachen über Laser, die diese Tunnel für winzige Störungen in den Strahlen abstrahlen, was auf Gravitationswellen zurückgeführt werden kann, die über die Anlage gespült werden.
Und sicher genug, am September 14, 2015, nahmen beide LIGO-Detektoren ihr erstes Signal auf. Die Wellen wurden bei einer Kollision zwischen zwei Schwarzen Löchern in etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung erzeugt.
Seit dieser ersten Erkennung sind Dutzende von Signalen eingegangen, die sowohl von LIGO als auch von der Virgo-Einrichtung in Italien aufgenommen wurden, die 2017 ausgelöst wurde., Die meisten sind das Ergebnis der Verschmelzung von zwei schwarzen Löchern gewesen, aber andere haben ein schwarzes Loch, einen Neutronenstern und zwei Neutronensterne kollidieren enthalten.
Es ist dieses Lattermost-Szenario, das uns das beeindruckendste Feuerwerk bescherte. Bald nach einer Gravitationswellendetektion im Jahr 2017 entdeckten Observatorien auf der ganzen Welt eine ganze Reihe elektromagnetischer Signale aus derselben Quelle, darunter Lichtwellen, einen Gammastrahlenstoß, Röntgenstrahlen und Radiowellen.,
Für die Lösung eines jahrhundertealten Geheimnisses wurde den Physikern Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish der Nobelpreis für Physik 2017 für ihre Rolle bei der ersten Erkennung von Gravitationswellen verliehen.
Dies ist auch nicht das Ende der Geschichte. LIGO erhielt im April 2019 ein Upgrade, wobei zukünftige Arbeiten geplant sind, um es noch sensibler zu machen. Das KAGRA-Observatorium in Japan soll ebenfalls im Dezember der Jagd beitreten. Gemeinsam können ruhigere und entferntere Ereignisse aufgegriffen werden, die immer mehr Geheimnisse des Kosmos enthüllen.,
Der Exoplanetenboom
Im Laufe der Menschheitsgeschichte haben wir kontinuierlich herausgezoomt, um einen breiteren Blick auf unseren Platz im Universum zu erhalten. Unsere Welt dehnte sich von einem Kontinent auf die ganze Erde aus. Dann erkannten wir, dass die Erde nicht das Zentrum von allem ist, sondern nur ein Planet von mehreren, der die Sonne umkreist., Schließlich entdeckten wir, dass auch unser Sonnensystem nicht speziell ist, aber einer von unzähligen solchen anderen. Und in diesem Jahrzehnt haben wir unseren ersten echten Blick darauf bekommen, wie viele andere da draußen sind.
Die ersten Exoplaneten – ein Planet, der einen anderen Stern als die Sonne umkreist – wurden bereits in den 1990er Jahren entdeckt, aber die Dinge nahmen erst mit dem Start des Kepler-Weltraumteleskops im Jahr 2009 richtig Fahrt auf. Dieses Observatorium wurde entwickelt, um 150.000 Sterne gleichzeitig zu beobachten und zu überwachen, wie oft ihr Licht gedimmt ist. Wenn ein regelmäßiges Muster gesehen wurde, deutete dies darauf hin, dass ein Planet zwischen dem Stern und der Erde vorbeizog.,
Mit dieser Technik (bekannt als die Übergangsmethode) entdeckte Kepler während seiner neunjährigen Laufzeit über 2.600 Exoplaneten. Mit Hilfe anderer Projekte wie HARFEN, WESPE und TESS ist diese Zahl mittlerweile auf rund 4.100 angewachsen. Und wir können viel darüber schließen, wie diese Welten sind, indem wir ihre Atmosphären, Zusammensetzung, Masse studieren, welche Arten von Sternen sie umkreisen und wie weit sie von diesen Sternen entfernt sind.
Daraus haben wir alle möglichen unglaublichen Planeten kennengelernt, die es wert sind, Science-Fiction-Geschichten zu lesen. Es gibt Wasserwelten, pechschwarze Planeten und einige heißer als Sterne., Es gibt einen Planeten, der nur ein riesiger Diamant ist, und ein anderer mit Wolken aus Rubinen und Saphiren. Auf anderen regnet es Felsen, Glas oder Sonnencreme.
Aber vielleicht sind die faszinierendsten Exoplaneten von allen diejenigen, die erdähnlicher sind. Schließlich sind dies die besten Kandidaten für uns, um endlich die Frage zu beantworten: „Sind wir allein im Universum?“Und es stellt sich heraus, dass potenziell bewohnbare Exoplaneten ziemlich häufig sind.
Einer der größten Hauls kam 2017 mit der Entdeckung von sieben felsigen, ungefähr erdgroßen Exoplaneten, die TRAPPIST-1 umkreisen., Drei dieser Umlaufbahnen innerhalb der bewohnbaren Zone des kühlen roten Zwergsterns, und Follow-up-Studien haben gezeigt, dass erhebliche Mengen an Wasser vorhanden sein könnten, was sie zu den besten Anwärtern auf bewohnbare Planeten außerhalb unseres Sonnensystems macht.
Und wir fangen gerade erst an. In den nächsten Jahren werden viele weitere Projekte starten, um nach neuen Welten zu suchen oder bekannte im Detail zu studieren. Wir wären nicht allzu überrascht, wenn unser nächstes „Jahrzehnt im Rückblick“ die Entdeckung außerirdischen Lebens beinhaltet.,
Die Klimakrise
Es ist vielleicht nicht die gute Art von Leistung, aber in den letzten zehn Jahren haben wir mehr Klimarekorde gebrochen als an jedem anderen Punkt in der Menschheitsgeschichte. Als die Auswirkungen des Klimawandels sichtbarer wurden, kam das Thema in letzter Zeit wirklich in den Vordergrund der Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit., Neue Studien zeigten das Ausmaß der Situation, und Pläne wurden in Gang gesetzt, um sie anzugehen.
Überwältigende Beweise zeigen einen starken Anstieg der atmosphärischen Kohlendioxid (CO2) – Spiegel nach etwa 1750-nicht so zufällig, um die Zeit der industriellen Revolution. Infolgedessen sind die Oberflächentemperaturen auf der ganzen Welt seitdem stetig gestiegen, mit einem besonders starken Anstieg in der zweiten Hälfte des 20. Dies wiederum führt zu einer Vielzahl von run-on-Effekte.,
Obwohl wir es schon lange wissen, hat der Klimawandel dieses Jahrzehnt in der Wissenschaft dominiert, da greifbare Konsequenzen auftauchen. Laut NASA und NOAA war 2016 das heißeste Jahr seit Beginn der Aufzeichnungen im Jahr 1880, und die ersten fünf sind die letzten fünf. Juli 2019 hält den Rekord für den heißesten Monat.
Andere neuere Studien haben gezeigt, was diese überschüssige Hitze der Welt antut. Ein Stand des Klimaberichts für 2018 zeigte, dass extreme Wetterereignisse wie Hurrikane, Überschwemmungen, Dürren und Waldbrände intensiver und häufiger werden., Gletscher und Polareis schrumpfen und der Meeresspiegel steigt.
Im Jahr 2015 kletterte das atmosphärische CO2 erstmals seit rund drei Millionen Jahren über 400 Teile pro Million. Dies bedeutet auch, dass die Ozeane mehr Gas aufnehmen und sie saurer machen. Die Kombination aus wärmeren und saureren Gewässern führte dazu, dass Australiens Great Barrier Reef 2016 und 2017 von Back-to-Back-Bleichereignissen getroffen wurde. Während es in der fernen Vergangenheit ein ähnliches Trauma durchgemacht hat, glauben Experten, dass die aktuellen Veränderungen zu schnell eingetreten sind, als dass sich das Riff vollständig erholen könnte.
Aber es gibt noch Hoffnung., Im Jahr 2015 unterzeichneten fast 200 Länder das Pariser Abkommen und verpflichteten sich, die Treibhausgasemissionen zu senken, um zu verhindern, dass die globalen Temperaturen 2° C (3.6° F) über das vorindustrielle Niveau steigen. Berichte des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) besagen, dass zur Erreichung dieser Ziele beispiellose Veränderungen in allen Aspekten der Gesellschaft erforderlich sein werden – und wenn die Klimastreiks und Proteste von 2019 Anzeichen dafür sind, erwärmt sich die Gesellschaft auf die Idee.