gdy wpatrujemy się w beczkę futurystycznie brzmiącego roku 2020, nadszedł czas refleksji nad minioną dekadą. Świat widział dość duże osiągnięcia naukowe w ciągu ostatnich 10 lat, jak odkrycia i rozwój dziesięcioleci w tworzeniu zostały ostatecznie zrealizowane. Nowy Atlas podsumowuje pięć najbardziej przełomowych, przełomowych kamieni milowych 2010 roku.,
bozon Higgsa
w 2012 roku w CERN odkryto nową cząsteczkę elementarną, która zwróciła uwagę świata – nawet tych, którzy zwykle nie znają wiadomości z fizyki cząstek elementarnych. Ale to nie była zwykła cząstka. Tym przybyszem był bozon Higgsa.,
choć mogło to wzbudzić wyobraźnię publiczności ze względu na dramatyczny, ale niedokładny przydomek „cząstka Boga”, bozon Higgsa był niezwykle ekscytującym znaleziskiem z wielu powodów. Była to ostateczna cząstka elementarna przewidziana przez standardowy Model fizyki cząstek elementarnych, daje masę innym cząstkom elementarnym, a naukowcy polowali na nią od prawie 50 lat.
przed latami 60.Model Standardowy miał mały problem: według jego przewidywań cząstki elementarne zwane bozonami nie powinny mieć masy – ale obserwacje pokazują, że tak., W 1964 roku trzy zespoły naukowców niezależnie wymyśliły podobne mechanizmy uzyskiwania masy.
zgodnie z panującą ideą, pole kwantowe równomiernie przenika wszechświat. Bozony odczuwają to pole, które je spowalnia i w procesie nadaje im masę. W tym polu pośredniczy zupełnie nowy Bozon, który nie został jeszcze odkryty – i to nie będzie przez kolejne 48 lat.
przewidywane pole, mechanizm i Bozon zostały nazwane na cześć Petera Higgsa, jednego z fizyków, który jako pierwszy je zaproponował.,
i oczywiście, w 2012 roku naukowcy z CERN-u znaleźli w końcu cząstkę zgodną z przewidywanymi właściwościami bozonu Higgsa. Dalsze badania potwierdziły później, że jest to nieuchwytny Higgs, a dwóch naukowców odpowiedzialnych za jego zaproponowanie – Sam Higgs i Francois Englert, fizyk z innego zespołu – otrzymało w 2013 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.,
w kolejnych latach kolejne eksperymenty w CERN wykazały, że wszystkie pomiary bozonu Higgsa, w tym jego spinu, parzystości, masy i interakcji z innymi cząstkami, zgadzały się z przewidywaniami Modelu Standardowego.
zamykając półwieczne polowanie na świętego Graala fizyki cząstek elementarnych, bozon Higgsa jest bez wątpienia jednym z najważniejszych osiągnięć naukowych dekady.,
edycja genów CRISPR
możliwość edytowania genów żywych ludzi i innych organizmów była podstawą science fiction przez dziesięciolecia-w tej dekadzie stała się rzeczywistością., System edycji genów CRISPR jest gotowy zrewolucjonizować medycynę, potencjalnie pomagając nam walczyć z dużymi, takimi jak rak i HIV, a także rozwiązywać problemy inne niż zdrowotne. Ale oczywiście nie obyło się bez kontrowersji.
Clustered regularly interspaceed short palindromic repeats (CRISPR) to rodzina sekwencji DNA naturalnie wykorzystywanych przez bakterie jako mechanizm samoobrony. W ostatnich latach naukowcy zdali sobie sprawę, że mogą kooptować ten mechanizm jako narzędzie inżynierii genetycznej, łącząc CRISPR z przewodnią sekwencją RNA i enzymem, Zwykle Cas9.,
w przypadku użycia w komórkach lub organizmach żywych, RNA przewodnika kieruje narzędzie do żądanej sekcji DNA, gdzie enzym Cas9 starannie go wycina. To może być wykorzystane do wycinania kłopotliwych genów – takich jak te, które powodują choroby – i wstawiania nowych, korzystnych.
do tej pory technika ta okazała się obiecująca w walce z wieloma różnymi chorobami, w tym tradycyjnie trudnymi, takimi jak rak, HIV, dystrofia mięśniowa, progeria oraz genetyczne formy ślepoty i chorób serca.
ale potencjał CRISPR wykracza poza edytowanie siebie., Możemy edytować rośliny, aby uzyskać lepsze plony lub odżywianie, edytować owady, aby zapobiec rozprzestrzenianiu się chorób lub edytować świnie, aby wyhodować ludzkie organy do przeszczepu.
oczywiście, jak obiecujące, jak CRISPR wydaje, narzędzie podnosi kwestie etyczne, które są nadal w trakcie rozwiązywania. Badania sugerują, że CRISPR zwiększa szanse komórki rozwijającej raka w dół toru, i może powodować niezamierzone mutacje w całym genomie. Wyniki te są gorąco dyskutowane.,
wszystko przyszło do głowy w listopadzie 2018 roku, kiedy chińscy naukowcy ogłosili narodziny bliźniaczek jako pierwszych na świecie ludzkich dzieci. Profesor Jiankui on i jego zespół wstrzyknęli maszynę CRISPR do zarodka, usuwając Gen znany jako CCR5. Czyniąc to, dziewczęta powinny rozwinąć odporność na HIV.
problem w tym, że eksperyment został przeprowadzony w dużej mierze w tajemnicy, pomijając lata rozważanej debaty na temat etyki., Niektórzy naukowcy zwrócili uwagę, że funkcja CCR5 jest słabo poznana, a usunięcie jej może sprawić, że dziewczęta będą bardziej podatne na typowe choroby, takie jak grypa.
Po tym lekkomyślnym posunięciu, wezwano do moratorium na ludzkie edytowanie, dopóki te kwestie etyczne nie zostaną rozwiązane.
pomimo tego, badania CRISPR u ludzi nadal idą do przodu – tylko nie w embrionach. Rozpoczęły się w Chinach w 2016 roku, w próbach walki z rakiem płuc, ale wyniki nie zostały jeszcze opublikowane., W 2019 roku w Stanach Zjednoczonych rozpoczęły się dwa badania, z których jedno dotyczy trzech rodzajów raka, a drugie niedokrwistości sierpowatokrwinkowej, z bardzo obiecującymi wczesnymi wynikami.
może i miał skalisty początek, ale edycja genów CRISPR prawdopodobnie przejdzie do historii jako jeden z najważniejszych przełomów w medycynie, a także zastosowań, których jeszcze nie rozważaliśmy.
fale grawitacyjne
w 2015 roku fizycy wykryli fale w samej tkaninie czasoprzestrzeni, gdy obmywali Ziemię po przebyciu ponad miliarda lat świetlnych. To potwierdziło przewidywania dokonane przez nikogo innego niż Albert Einstein sto lat temu.
Kiedy Einstein przedstawił swoją ogólną teorię względności w 1916 roku, sugerował, że pewne zdarzenia dotyczące obiektów o ogromnych masach generują fale uderzeniowe w samej czasoprzestrzeni – zjawisko, które zaczęto nazywać falami grawitacyjnymi.,
chociaż są one tworzone przez jedne z najbardziej energetycznych wydarzeń we wszechświecie, zanim fale te dotrą do ziemi, wypaczają rzeczywistość o mniej niż jądro atomu. To oczywiście uniemożliwiało ich wykrycie przez prawie 100 lat – aż technologia w końcu dogoniła.
technologią odpowiedzialną jest Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (Ligo), mieszczące się w dwóch ogromnych obiektach w Luizjanie i Waszyngtonie. Każdy z tych bliźniaczych detektorów składa się z dwóch tuneli o długości 4 km W Kształcie litery L., Niezwykle precyzyjne instrumenty obserwują lasery przesyłane w dół tych tuneli pod kątem drobnych zakłóceń w wiązkach, które można przypisać falom grawitacyjnym przemywającym nad obiektem.
i oczywiście 14 września 2015 roku oba detektory LIGO odebrały swój pierwszy w historii sygnał. Fale powstały w wyniku zderzenia dwóch czarnych dziur oddalonych o około 1,3 miliarda lat świetlnych.
od tej pierwszej detekcji napływały dziesiątki sygnałów, wychwyconych przez LIGO, a także obiekt Virgo we Włoszech, który odpalił się w 2017 roku., Większość z nich była wynikiem połączenia się dwóch czarnych dziur, inne obejmowały czarną dziurę połykającą gwiazdę neutronową oraz zderzające się dwie gwiazdy neutronowe.
To właśnie ten ostatni scenariusz dał nam najbardziej imponujący pokaz fajerwerków. Wkrótce po wykryciu jednej fali grawitacyjnej w 2017 roku obserwatoria na całym świecie wykryły cały szereg sygnałów elektromagnetycznych z tego samego źródła, w tym fale świetlne, rozbłysk gamma, promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe.,
za rozwiązanie stuletniej tajemnicy w 2017 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali fizycy Rainerowi Weissowi, Kip Thorne i Barry Barish za rolę w pierwszym wykryciu fal grawitacyjnych.
to też nie koniec historii. LIGO zostało zmodernizowane w kwietniu 2019 roku, a przyszłe prace zaplanowano, aby uczynić go jeszcze bardziej wrażliwym. W grudniu do polowań dołączy także Obserwatorium KAGRA w Japonii. Razem, cichsze i bardziej odległe wydarzenia mogą być odbierane, odkrywając coraz więcej tajemnic kosmosu.,
the exoplanet boom
w ciągu historii ludzkości stale powiększaliśmy obraz, Aby uzyskać szerszy obraz naszego miejsca we wszechświecie. Nasz świat rozszerzył się z jednego kontynentu na całą Ziemię. Potem zdaliśmy sobie sprawę, że Ziemia nie jest centrum wszystkiego, ale tylko jedną z kilku planet krążących wokół Słońca., W końcu odkryliśmy, że nawet nasz Układ Słoneczny nie jest wyjątkowy, ale jeden z niezliczonych takich innych. W tej dekadzie po raz pierwszy przyjrzeliśmy się, ilu ich jest.
kilka pierwszych egzoplanet – planety krążącej wokół gwiazdy innej niż słońce – zostało odkrytych w latach 90., ale sprawy zaczęły się dopiero po wystrzeleniu Kosmicznego Teleskopu Kepler w 2009 roku. Obserwatorium to zostało zaprojektowane do obserwacji 150 000 gwiazd jednocześnie, monitorując, jak często ich światło jest przyciemniane. Jeśli zauważono Regularny wzór, sugerował, że planeta przechodziła między gwiazdą a Ziemią.,
korzystając z tej techniki (znanej jako metoda przejściowa), Kepler odkrył ponad 2600 egzoplanet w czasie swojej dziewięcioletniej eksploatacji. Z Pomocą innych projektów, takich jak HARPS, WASP i TESS, liczba ta wzrosła do około 4100. Możemy wywnioskować wiele na temat tego, jak wyglądają te światy, badając ich atmosfery, skład, masę, jakie typy gwiazd okrążają i jak daleko są od tych gwiazd.
z tego dowiedzieliśmy się o różnych niesamowitych planetach godnych pulpy sci-fi. Są światy wodne, czarne jak smoła planety, a niektóre gorętsze niż Gwiazdy., Jest planeta, która jest tylko jednym wielkim diamentem, a drugim z chmurami zrobionymi z rubinów i szafirów. Na innych pada skałami, szkłem lub filtrem przeciwsłonecznym.
ale chyba najbardziej intrygujące ze wszystkich egzoplanet są te bardziej ziemskie. W końcu są to najlepsi kandydaci, aby w końcu odpowiedzieć na pytanie: „czy jesteśmy sami we wszechświecie?”I okazuje się, że egzoplanety potencjalnie nadające się do zamieszkania są dość powszechne.
w 2017 roku odkryto siedem skalistych egzoplanet wielkości Ziemi krążących wokół TRAPPIST-1., Trzy z nich krążą w strefie nadającej się do zamieszkania chłodnej Czerwonej Gwiazdy karłowatej, a dalsze badania wykazały, że mogą występować znaczne ilości wody, co czyni je jednymi z najlepszych kandydatów do życia na planetach poza naszym Układem Słonecznym.
a my dopiero zaczynamy. W ciągu najbliższych kilku lat rozpocznie się wiele projektów, które będą poszukiwać nowych światów lub szczegółowo studiować znane światy. Nie bylibyśmy zbyt zaskoczeni, gdyby nasza następna „dekada przeglądu” obejmowała wykrywanie życia pozaziemskiego.,
kryzys klimatyczny
może nie jest to dobre osiągnięcie, ale w ostatniej dekadzie pobiliśmy więcej rekordów klimatycznych niż w jakimkolwiek innym punkcie historii ludzkości. W miarę jak skutki zmian klimatu stały się bardziej widoczne, kwestia ta naprawdę znalazła się ostatnio na pierwszym planie uwagi opinii publicznej., Nowe badania ujawniły zasięg sytuacji i podjęto plany jej rozwiązania.
przytłaczające dowody wskazują na gwałtowny wzrost poziomu dwutlenku węgla w atmosferze (CO2) po około 1750 roku – nie tak przypadkowo, mniej więcej w czasie Rewolucji Przemysłowej. W rezultacie temperatury powierzchniowe na całym świecie stale rosną, a szczególnie gwałtowny wzrost nastąpił w drugiej połowie XX wieku. To z kolei prowadzi do różnych efektów run-on.,
chociaż wiemy o tym od dawna, zmiany klimatyczne zdominowały tę dekadę w nauce, ponieważ namacalne konsekwencje zaczynają się nasilać. Według NASA i NOAA, rok 2016 był najgorętszym rokiem od rozpoczęcia rekordów w 1880 roku, a pierwsza piątka to ostatnie pięć. Lipiec 2019 jest rekordem najgorętszego miesiąca.
Inne ostatnie badania ujawniły, co ten nadmiar ciepła robi światu. Stan raportu klimatycznego na 2018 pokazał, że ekstremalne zdarzenia pogodowe, takie jak huragany, powodzie, susze i pożary stają się coraz bardziej intensywne i powszechne., Lodowce i lód polarny kurczą się, a poziom mórz wzrasta.
w 2015 roku atmosferyczny CO2 wspiął się powyżej 400 części na milion po raz pierwszy od około trzech milionów lat. Oznacza to również, że oceany pochłaniają więcej gazu, czyniąc je bardziej kwaśnymi. Połączenie cieplejszych i bardziej kwaśnych wód spowodowało, że Wielka Rafa Koralowa Australii uderzyła w wydarzenia wybielające w 2016 i 2017 roku. Choć w odległej przeszłości przeszła podobną traumę, eksperci uważają, że obecne zmiany uderzyły zbyt szybko, aby Rafa mogła się z niej w pełni zregenerować.
ale jest jeszcze nadzieja., W 2015 r. prawie 200 krajów podpisało porozumienie paryskie, zobowiązując się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, aby utrzymać globalne temperatury przed wzrostem o 2° c (3,6° F) powyżej poziomów sprzed epoki przemysłowej. Raporty Międzyrządowego Zespołu ds. zmian klimatu (IPCC) mówią, że aby osiągnąć te cele, potrzebne będą bezprecedensowe zmiany we wszystkich aspektach społeczeństwa – a jeśli strajki klimatyczne i protesty w 2019 r. Są jakimkolwiek wskazaniem, społeczeństwo rozgrzewa się do tego pomysłu.