18 апреля, 2024

Научные и технические прорывы года: версия Naked Science

В большинстве случаев научные результаты схожи друг с другом. Разные публикации воспроизводят одно и то же событие. 2023 год был особенным. Это научное событие повлекло за собой серьезный кризис космологии и одновременно его решение. Это редкое сочетание. Обычно между кризисами в науке и их разрешением проходит много лет. В общем, обещаем. Большинство результатов этого года, представленных ниже, полностью отличаются от тех, которые вы можете прочитать где-либо еще.

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

Достижения 2023 года в области науки и техники недавно были подведены двумя самыми престижными научными журналами мира: Nature («Научные герои года») и Science («Прорывы года»). Однако картины, которые они рисуют, местами удивляют. Допустим, в число научных героев года по версии журнала Nature попал человек, участвовавший в лунной миссии Индии. Конечно, заслуги этой героини для индийской науки и техники огромны, и она сыграла немаловажную роль в том, что индийский аппарат совершил мягкую посадку на Луну. Проблема в том, что этот шаг вряд ли можно назвать героическим или новаторским для человечества в целом. Первую мягкую посадку на Луну осуществил Советский Союз далекой зимой 1966 года.

Среди научных достижений года как-то неожиданно оказался поиск геологических источников водорода, пожалуй, любимая тема российских любителей науки на протяжении 20 лет. С научной точки зрения ясно, что водород в силу своих химических и физических свойств не может образовывать значительные запасы на Земле. Очевидно, что провал перехода к безуглеродной технологии усилил поиск чего-то, что могло бы послужить волшебной палочкой. Но неужели среди прорывов этого года есть такая необходимость документировать провал поиска энергоносителя, который явно не имеет никакого значения?

Или возьмем новые научные достижения этого года: новые доказательства того, что люди жили в Америке во время ледникового периода. Мы говорим о свидетельствах, датированных менее 23 000 лет назад. Между тем, как отметила три года назад Naked Science, наука располагает неоспоримыми доказательствами того, что люди жили в Северной Америке 33 000 лет назад. Как доказательства из гораздо меньшего масштаба древности стали прорывом этого года?

Конечно, искушенные читатели научной фантастики могут с этим не согласиться. Год не был наполнен бесспорными открытиями. Оно вызвало гораздо больше вопросов и сомнений, чем «чистое» открытие. И научные журналы должны писать о результатах. Поэтому нам пришлось втянуть в это все, что мы могли получить, в том числе не повторить работу 1966 года и не повторить работу археологов тремя годами ранее.

Мы попытались обойти это с помощью наших собственных результатов. Они будут о чем-то, что раньше не было очевидным.

Прорыв первый: «Джеймс Уэбб» бросил современную картину Вселенной в острый кризис

В науке зачастую важен не просто ответ, а прежде всего сам вопрос. Потому что, если вы не зададите правильные вопросы, вы не получите ответов. В этом смысле телескоп Джеймса Уэбба 2023 года — настоящая революция. И с ним случилось нечто неожиданное.

Неожиданностью этой революции является, без преувеличения, то, что, хотя от г-на Уэбба ожидали многого, все оказалось совсем иначе. Оно было призвано дополнить известную картину реальности, а не переписать ее. Например, когда мы строили БАК, проект, который в конечном итоге стоил десятки миллиардов долларов, единственной надеждой были прорывные открытия, такие как частицы темной материи. Фактически «среди крупных частиц» был обнаружен только бозон Хиггса, предсказанный в 1960-х годах. Хорошо подтвердить выводы учёных полувековой давности, но они ожидали от коллайдера большего.

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

С Уэббом все оказалось наоборот. Да, это стоило десятки миллиардов долларов, но улов, который он принес в первый год «налаженной» деятельности, был огромен. Как мы писали отдельно, он обнаружил, что уже через 600 миллионов лет после Большого взрыва существовало скопление галактик, столь же развитых и «зрелых», как и многие современные галактики. Почему это переворот?

Традиционно космология вращается вокруг идеи, что в момент Большого взрыва не было буквально ничего, никакой структуры, только энергия, и что через некоторое время после взрыва образовались знакомые нам атомы и молекулы. Естественно, сразу собраться в звезды они не могли, и потребовалось много времени, чтобы температура опустилась ниже порога ионизации. Только тогда образуются молекулы водорода (молекулы из водорода не образуются до полной ионизации), и только тогда начнется процесс постепенной сборки первых звезд.

При этом процесс гораздо более сложный и трудоемкий, чем в наше время. Ведь сегодня термоядерные реакции глубоко внутри звезд вызываются «катализаторами» — тяжелыми элементами, которых в то время во Вселенной не существовало (сверхновых еще не существовало). У меня было время их создать). Без такого «катализатора» от первой звезды потребовалось бы большое количество массы, чтобы вызвать термоядерную реакцию. И для накопления требуется много времени. Период между появлением молекулярного газа (380 000 лет после Большого взрыва) и первыми звездами называется Темным веком Вселенной. За это время на небе не было буквально ни одной звезды.

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

Тогда, по разным оценкам, должна начаться эпоха реионизации, примерно через 150–1 миллиард лет после Большого взрыва. Появились звезды, образовались галактики, их излучение ионизировало межзвездный газ в плазму, и пространство вокруг нас снова стало «светлым».

«Джеймс Уэбб» 2023 года выбросил весь этот стройный план на свалку истории. Нет, конечно, Naked Science уже указала, что есть некоторые интересные детали, которые необходимо подтвердить. Тем не менее, его данные выглядят революционными. Это показывает, что нормальные галактики и звезды существовали спустя 600 миллионов лет после Большого взрыва. В соответствии с современными стандартными космологическими моделями это физически невозможно. Невозможно, чтобы галактика в ее нынешнем виде могла возникнуть «из воздуха» всего за 600 миллионов лет.

Поэтому открытия космических телескопов являются настоящими научными достижениями. Природа и Наука о нем не пишут не потому, что не знают. Обсервационные исследования Уэбба также были опубликованы в этих двух журналах. Причина, по которой о них не пишут, заключается в том, что «Уэбб» разрушил предыдущие космологии, фактически положив конец Стандартной модели, но не предложил свою собственную космологию. И это логично – он не человек, а телескоп. Мало кто любит описывать научный прогресс тем, что есть свидетельства того, что те или иные теории и гипотезы уничтожены, но альтернативы им нет.

Я бы не рискнул писать о прорыве Уэбба или кризисе современной космологии. Даже без единого «но», кажется, можно назвать кандидата на замену той космологии, которую так мощно поразил этот телескоп.

Новая космология: второй научный прорыв года

Это может показаться странным. Как может конкретная теория успешно заполнить пробел, образовавшийся в результате наблюдений 2023 года? И все же это возможно.

Дело в том, что кризис в современной астрофизике начался еще до того, как «Джеймс Уэбб» показал, что стандартная картина реионизации и Темных веков не соответствует действительности. Этот кризис, серьезный для того времени, начался в конце 1990-х годов. Примерно в это же время стало ясно, что Вселенная расширяется с возрастающей скоростью, но физики не могли понять, почему.

Вторым по значимости элементом кризиса астрофизики (и общей физики) стали 2010-е годы. И, во-первых, все попытки найти частицы темной материи в каком-либо ускорителе или детекторе потерпели неудачу. А во-вторых, когда астрономические наблюдения показывают, что скопления галактик сталкиваются друг с другом, как если бы темная материя внутри скоплений вообще не имела трения. С другой стороны, существующие частицы требуют «трения». Это означает, что они должны терять энергию при столкновении. Но при этом скорость должна снижаться довольно быстро. Но они этого не хотят.

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

До 2010-х годов стандартной гипотезой о природе темной материи было то, что это некая гигантская частица, которая взаимодействовала с обычной материей только посредством гравитации. Однако эта модель работает только в том случае, если эти частицы относительно равномерно распределены в галактическом гало, темной области сразу за видимой частью галактики. Понятно, что такие равномерно распределенные частицы должны создавать «трение», но на самом деле это не так. К концу 2010-х годов это стало ясно, и в то же время многие астрофизики (в отличие от физиков элементарных частиц, которые не очень следят за астрономическими аспектами этой проблемы) считали, что никто не сможет открыть частицы темной материи никогда не случится.

Его не существует, поэтому он не откроется.

Российский физик Николай Горкави (и соавтор) предложил решения этих двух проблем в статьях 2016, 2018 и 2021 годов. Первые два использовали данные гравитационной обсерватории LIGO, чтобы показать, как именно Вселенная расширяется за счет ускорения. LIGO обнаруживает гравитационные волны, генерируемые при слиянии черных дыр с 2016 года, и эти наблюдения позволили нам точно понять, какая часть массы черной дыры преобразуется в гравитационные волны во время слияния. С другой стороны, как указал Эйнштейн, гравитационные волны сами по себе не создают гравитацию. Другими словами, в момент слияния черных дыр часть массы Вселенной преобразуется в энергию гравитационных волн, поэтому общая масса Вселенной уменьшается.

Представьте себе, что большая часть солнечной массы внезапно исчезла в нашей солнечной системе что происходит? Планеты не улетают от Солнца, потому что движутся по склону гравитационной «воронки». Поскольку гравитационная масса Солнца быстро уменьшается, вместо «углубления» в центре этой воронки «верхушка» растет и достигает Земли в течение 8 минут. В результате Земля достигнет не склона воронки, а, наоборот, склона горы. Также очень легко набрать скорость при спуске с горы. Земля и другие планеты разлетятся во все стороны, словно выстрелом из требушета. То же самое происходит во Вселенной, где черные дыры сливаются воедино, превращая большую часть своей массы в гравитационные волны. В результате все объекты во Вселенной начали расширяться с ускоренной скоростью и продолжают расширяться по сей день.

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

Третье исследование было посвящено темной материи. Нам удалось показать, что темная материя состоит из сферических скоплений черных дыр сравнительно небольшой массы (несколько масс Солнца). Эти шаровые скопления не содержат звезд и газа, поэтому их невозможно обнаружить с помощью обычных телескопов. Однако они должны искажать свет звезд позади себя (действуя как гравитационные линзы), поэтому неизбежно, что со временем они будут обнаружены.

Каждая из этих работ по отдельности затрагивала очень большие вопросы, но после их прочтения у меня возникло еще больше вопросов. Ясно, что Вселенная, наполненная огромным количеством черных дыр промежуточной массы, не может иметь ту же историю, что и Вселенная в стандартных космологических моделях. Например, откуда берется так много черных дыр?

В 2023 году в России вышла книга, в которой Николай Гокави сформулировал общее видение истории Вселенной с учетом всех исследований как по темной энергии, так и по темной материи. Картина эта получилась весьма необычной – и мы даже не будем претендовать на ее полное воспроизведение, с ней может ознакомиться читатель.

Но если вы не будете осторожны, вы упустите прорыв этого года.

Книга «Вибрирующая Вселенная» показывает, что наша нынешняя Вселенная циклична, а не «одноразовая» Вселенная, как предполагает стандартная космология. Вслед за циклом расширения, в котором мы живем (длительностью около 100 миллиардов лет), неизбежно начинается цикл сжатия. Все началось с того, что большие черные дыры эффективно улавливают гравитационные волны, испускаемые при слиянии меньших черных дыр. В начале цикла истории Вселенной, в момент Большого взрыва, ее масса быстро уменьшалась, так как основная ее часть превратилась в гравитационные волны. Но в течение следующих 100 миллиардов лет большая черная дыра захватывает эти волны, увеличивая их массу.

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

Другими словами, в начале каждого цикла Вселенной масса быстро уменьшается, вызывая расширение, а затем постепенно увеличивается, вызывая сжатие. Подсчитано, что к концу цикла сжатия Вселенная сократится на 10 световых лет, чего достаточно, чтобы уничтожить все звезды, планеты и даже атомы, но недостаточно, чтобы уничтожить черные дыры. Как только Вселенная сжимается до дюжины или около того световых лет, черные дыры, содержащие почти всю ее массу, начинают одновременно сливаться. При этом масса быстро уменьшается, что преобразуется в энергию гравитационных волн, и вслед за быстрым уменьшением массы Вселенная испытывает новый большой взрыв и начинает быстро расширяться.

Всего полвека назад эта идея была распространена среди многих космологов. Однако в 1970-х годах были выдвинуты аргументы против периодической Вселенной. Было отмечено, что по мере цикличности Вселенной энтропия должна увеличиваться. Теория Горького первой решила этот вопрос и была совершенно неожиданной (энтропия в теории буквально означает «падение в черную дыру).

Публикация книги «Осциллирующая Вселенная» также дает ответ на вопрос, поставленный «Джеймсом Уэббом»: как именно образовались современные галактики через 600 миллионов лет после Большого взрыва? В периодической Вселенной нам не нужно создавать вещи с нуля, как в стандартной космологии. В космологической модели Горького многие черные дыры (трудноразрушимые объекты, пережившие прошлые циклы) пришли к нам из прошлых космических циклов.

А если ваша Вселенная содержит много плотных и компактных объектов с момента ее рождения, обычной материи, т е газа и пыли, то ваша Вселенная изначально была однородной и не имела большого количества черных дыр. «Собираются» в звезды и галактики гораздо быстрее чем в случае

Мы не собираемся пересказывать всю эту книгу — нам пришлось бы написать здесь вторую книгу — но мы знаем, что это самая развитая космологическая модель на сегодняшний день, и в этом году ее опубликовал Джеймс Уэбб открытия, сделанные и подобные открытиям, сделанным НАНОГрав некоторое время назад. Лиго.

Первый «Старшип» достиг космоса: крупнейшее техническое достижение года

В 2023 году 5000-тонный звездолет, крупнейшая космическая ракета в истории человечества, впервые попытался достичь космоса. Было две попытки: неудачная весной и частичный успех осенью. Частично это удалось, потому что на высоте 150 километров (значительно выше линии Кармана, границы космического пространства) SpaceX перестала получать данные от Starship и отправила Starship сигнал о самоуничтожении (и это произошло).

И все же это прорыв. И сразу в нескольких направлениях. Во-первых, это самая многомоторная ракета, когда-либо запускавшая что-либо в космос в истории человечества. На протяжении десятилетий скептики утверждали, что такой план нереален, поскольку слишком много двигателей будет мешать работе друг друга, но теперь ясно, что это не так. Во-вторых, Starship использует первый в мире многоразовый метановый двигатель. В отличие от кислородно-керосиновых двигателей, которые были распространены в космических полетах до Илона Маска, метановые двигатели практически не производят сажи, поэтому их можно использовать снова и снова.

Другая китайская ракета также использует кислородно-метановый двигатель, но этот одноразовый. И это существенно ограничивает его перспективы — только полностью многоразовый звездолет сможет существенно снизить стоимость космического полета.

Перспективы этой системы очень ясны. Он приземлится на Луне в 2020-х годах и на Марсе в 2030-х, если Илон Маск, человек, стоящий за этой системой, жив.

Не столь очевидно, почему в списках вех этого года в западных и научно-популярных изданиях о Starship нет ни слова. Как самый большой корабль, когда-либо отправленный землянами в космос, позволил им спастись?

Ответ не очень приятный. Вмешалась политика. Маск лично принимал важные решения относительно Starship, от выбора моторного топлива до выбора нержавеющей стали в качестве материала корабля, несмотря на сопротивление инженеров SpaceX. Поэтому его успех неотделим от личности его создателя.

Но в последнее время западные СМИ ее резко недолюбливают. Г-н Маск взял на себя смелость выступить против операций по смене пола несовершеннолетних и других вопросов, важных для западных СМИ. Естественно, оно не только отвергается, но зачастую вызывает серьезную ненависть у многих людей в западных частях мира.

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

Это нельзя назвать рациональным. Например, лишив Роскосмос его первого места по экспортным заказам и запускам, г-н Маск разозлил Россию гораздо более заметно и существенно, чем в западных СМИ. Но это не мешает вам понять, насколько важным был первый космический полет Starship, даже если он закончился управляемым взрывом.

В конце концов, первые три запуска Р-7, ракеты, на которой Королев доставил людей в космос, также привели к разрушению частей ракеты. Однако это не помешало ей совершить революцию в истории человечества. SpaceX работает быстро и, скорее всего, уже с четвертой попытки сможет научить Starship нормально летать, как это когда-то сделал Королев. Это значит, что в следующем году.

Семаглутид: конец эпидемии ожирения?

Мы попытались начать этот раздел со слов: «Эпидемия избыточного веса – самая распространенная и самая опасная из всех, с которыми сталкивается современное человечество…» Но они уже в кризисе. Поэтому давайте пропустим вступление. Мы все знаем, почему и как избыточный вес убивает миллионы людей каждый год.

И мы все знаем, что попытки бороться с этой эпидемией на протяжении десятилетий бесполезны. Нет, несмотря на все разговоры в СМИ и науке о здоровом образе жизни, процент людей, имеющих избыточный вес, продолжает увеличиваться. Почему продвижение умеренности в питании и спорте не замедлило этот процесс?

Научно-технические прорывы этого года: версия Naked Science

Это похоже на совет: «Лучше быть богатым и здоровым, чем бедным и больным». Эпидемия избыточного веса и ожирения имеет объективную причину: современный образ жизни. Это вовсе не избыток калорий, поскольку охотники-собиратели поглощают такое же количество калорий и едят сладости, что и современный человек, но не имеют проблем с весом. Это просто современный образ жизни в целом.

Ожирение возникает у людей, которые физически неактивны. А когда снижается физическая активность, снижается и уровень того же тестостерона в организме, и при недостатке тестостерона делать большие физические усилия становится трудно и очень сложно.

Поэтому чем больше у вас лишнего веса, тем легче набрать еще больше веса и тем труднее похудеть. Напротив, чем больше у человека возможностей заниматься спортом в жизни, тем легче ему контролировать свою деятельность (и питание, к счастью, у спортсменов от физической активности больше дофамина). Эффект Святого Матфея». Прочь».

Что делать, если у кого-то здоровье подорвано и его очень сложно поправить, мы даем ему лекарства. На протяжении многих десятилетий не предпринималось попыток разработать такой препарат «против лишнего веса». Конечно, если вы будете ежедневно принимать слабительные средства (список длинный, включая те, которые влияют на нейромедиаторы), вы похудеете. Однако негативные последствия для его здоровья огромны и даже более серьезны, чем те, которые вызваны избыточным весом. Хирургическое вмешательство может помочь вам похудеть, но оно требует постоянного повторения и сопряжено с риском для здоровья.

В 2012 году об этом тогда никто не знал, но фармацевтическая компания обнаружила первое лекарство, которое ответило на этот вопрос. Фактически, они думали, что разрабатывают лекарство от диабета. Однако к 2017 году сторонняя научная группа обнаружила, что он очень эффективен для снижения веса. Действительно, всего несколько лет спустя фармацевтические власти США одобрили его использование в этих целях. Речь идет о веществе семаглутид, известном в СМИ под торговыми марками Ozempic, Vegovi.

Что сделало возможной семаглутидную революцию?Фактически, она основана на гормоне под названием GLP-1, который у человека вырабатывается некоторыми клетками кишечника. Попав в кровь, этот гормон обычно очень быстро расщепляется. Однако фармацевтические компании нашли способ стабилизации белка (альбумина), который сам организм человека использует для стабилизации и транспортировки веществ через кровь).

Важным механизмом снижения веса семаглутидом является замедление движения пищи из желудка в кишечник. Когда желудок человека полон, человеку становится физически трудно есть, и чувство голода сильно подавляется. Результаты показали, что даже люди без диабета с избыточным весом потеряли 15% массы тела после 68 недель лечения семаглутидом. Это в несколько раз выше, чем у других более-менее легальных препаратов. И что важно, побочные эффекты препарата семаглутид не так распространены, как у предшествующих ему «препаратов против ожирения.

Нет, конечно, большинству принимавших его не удалось избежать побочных эффектов, таких как тошнота, рвота и некоторая степень диареи. Для большинства людей эти проблемы решаются (но не для всех). Однако по сравнению с побочными эффектами прошлых кандидатов на лекарства от ожирения (такими как псевдонаркомания), это менее серьезно. Людям с проблемами поджелудочной железы следует проконсультироваться со своим врачом, прежде чем принимать семаглутид, поскольку он немного увеличивает вероятность панкреатита (некоторые люди не могут использовать семаглутид). В редких случаях может возникнуть так называемый гастропарез (к счастью, это обратимо).

Однако есть и хорошие «побочные эффекты». Исследования на крысах также показали, что крыс больше не привлекал алкоголь после приема семаглутида. Хотя подобные исследования трудно провести на людях, многие неофициальные данные от людей, принимающих семаглутид, показывают снижение употребления алкоголя, и аналогичные эффекты, по-видимому, наблюдаются при курении. Причина явно во влиянии препарата на процессы, связанные с дофамином.

Конечно, когда люди с сердечно-сосудистыми заболеваниями принимают семаглутид, частота опасных сердечно-сосудистых событий значительно снижается, по крайней мере, на 20%. Хоть это и ожидаемо, но это очень хороший результат. Избыточный вес значительно увеличивает вероятность возникновения таких заболеваний, как сердечный приступ и инсульт. Логично, что потери снижают риск в этой сфере.

Семаглутид также имеет ряд недостатков. В настоящее время он производится (легально) только на Западе компанией-разработчиком. Легко понять, что в Россию они ничего не везут. Конечно, это не означает, что семаглутид недоступен в России, но его обычно нельзя купить, просто зайдя в аптеку. Кроме того, западные фармацевтические компании известны тем, что никогда не играют дешево. Мы не предлагаем курсы лечения семаглутидом стоимостью менее 600 долларов в месяц. В большинстве стран мира это дорого.

Благодаря санкциям Россия уже наладила собственное производство лекарств на основе семаглутида. Но к сожалению, как показывает история с коронавирусом, наш Минздрав очень консервативен и пока такие препараты разрешены только диабетикам. Несложно догадаться, что на самом деле можно получить то, что не разрешает Минздрав, но тем не менее это создает определенные трудности.

Пока семаглутид не будет производиться массово в странах третьего мира, он будет дорогим. Однако Индия и Китай не дремлют, поэтому цены на лекарства в ближайшее время снизятся. Это означает, что ожирение начнет снижаться, сначала в богатых странах, а затем и во всем мире.

Есть ли счастливый конец? конечно, нет. Если вы прекратите прием препарата семаглутид, вы снова быстро наберете вес. Это означает, что многие люди, у которых тошнота и все другие побочные эффекты семаглутида не проходят со временем, не смогут похудеть навсегда. Да и вообще, регулировать столь деликатный участок тела лекарствами – явно не лучший метод.

Проблема в том, что других пока нет. Если вы не охотник-собиратель или, по крайней мере, никогда не добивались успехов в любительском спорте, семаглутид зачастую может оказаться вашим единственным шансом избавиться от веса, который вызывает скачок артериального давления и сокращает продолжительность жизни человека на многие годы.

Таким образом, вопреки тому, что кажется на первый взгляд, в 2023 году могли произойти крупные научные и технологические достижения. И не только в виде хайпа вроде ChatGPT или поиска неизвестного подземного водорода, но и в виде действительно важных событий.

Мы приближаемся к разгадке загадок Вселенной, высадке людей на другие небесные тела и даже борьбе с крупнейшими эпидемиями нашего времени. Разве этого недостаточно?

Read Previous

Глупые и покорные: как химия снизила IQ зумеров 

Read Next

Теория инфляции — что не так с «объяснением расширения Вселенной» с точки зрения науки

Leave a Reply

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *