Будущее глазами ученых
Что может произойти в науке в ближайшие 15 лет
За 15 лет младенец превращается в подростка с практически сложившимся мировоззрением, а подросток становится взрослым человеком, выбравшим жизненную и карьерную траекторию. С другой стороны, для астрофизиков и археологов 15 лет — это мгновение. Что такое 15 лет для разных научных сфер, какие открытия могут быть сделаны за это время, какие изменения могут произойти в этот период, рассказывают эксперты сети Информационных центров по атомной энергии (ИЦАЭ).
Квантовые технологии: синтез лекарств и защита информации
Алексей Федоров, руководитель научной группы Российского квантового центра
— Сегодня ученые всего мира работают над развитием нового и перспективного направления — квантовых технологий — и созданием приборов и устройств, основанных на управлении индивидуальными квантовыми системами — атомами, ионами, фотонами, электронами и т.д.
Индивидуальный и селективный контроль над квантовыми состояниями дает возможность задействовать столь необычные свойства квантовых систем, как, например, квантовая суперпозиция и квантовая запутанность. Квантовая суперпозиция — возможность находиться в нескольких возможных состояниях одновременно, а квантовая запутанность (сцепленность) — проявление очень сильной «взаимосвязи» между квантовыми объектами, обусловленной их природой.
Одна из наиболее масштабных задач, которая может полностью поменять облик нашего мира, — это создание квантовых компьютеров. Квантовые компьютеры смогут решать те задачи, которые принципиально не поддаются классическим суперкомпьютерам. Это точное моделирование материалов, синтез лекарств, логистическая оптимизация, а также взлом современных криптографических алгоритмов (например, алгоритма RSA, который используется для защиты данных в интернете).
Уже сегодня разрабатываются первые прототипы квантовых компьютеров, тестируются квантовые алгоритмы для различных задач и апробируются перспективные методы защиты информации. Построение квантового компьютера приближает нас не только к решению практически важных задач, но и к ответу на интригующий вопрос: как построить самый мощный компьютер, задействуя все возможности, которые предоставлены нам природой?
Полагаю, что через 15 лет квантовый компьютер будет решать практические задачи, которые улучшат жизнь каждого человека. Например, мы увидим оптимизацию логистических процессов или генерацию лекарств с помощью квантовых компьютеров.
Лингвистика: язык для новой реальности
Владимир Пахомов, кандидат филологических наук, главный редактор портала «Грамота.ру», научный сотрудник Института русского языка им. В. В. Виноградова РАН
— Что может произойти в лингвистической науке, в частности в русистике, за ближайшие 15 лет? Первое, что хочется сказать: я надеюсь, что мы за это время наконец получим новый полный свод правил русской орфографии. И хочется верить, что и пунктуации тоже, потому что мы до сих пор живем по правилам, которые были приняты в 1956 году и которые во многих пунктах уже давно устарели. Есть задача описать то, что есть в современном русском письме, то, что уже зафиксировано словарями и справочниками, — и все это подробно отразить в правилах. Эта работа ведется в Институте русского языка РАН, в конце 2023 года проект нового свода правил должен быть вынесен на экспертное обсуждение.
Например,сейчас невозможно ответить на вопрос, как по действующим правилам правописания нужно писать слова с первой частью «интернет-», потому что в 1956 году интернета не было, а книги, в которых есть рекомендации на эту тему, не носят характер общеобязательного свода правил, это просто справочники.
Хочется верить, что будут закончены многотомные академические лексикографические проекты, в частности «Большой академический словарь русского языка», который выходит с 2004 года. Сейчас словарь добрался до буквы «С». В Институте русского языка РАН идет работа над «Академическим толковым словарем русского языка» — уже вышло два тома. Сейчас не лучшее время для выхода книг вообще и словарей в частности, но будем верить, что эти многотомные издания за этот срок серьезно продвинутся или будут закончены.
Мы имеем дело с языком, а он отражает действительность и окружающий мир. И нам очень тяжело строить прогнозы, потому что мы не знаем, как изменится мир за эти 15 лет.
Например, мы никак не могли предположить, что случится пандемия и русский язык обогатится новыми словами. Сейчас уже вышел «Словарь русского языка коронавирусной эпохи». Мы увидели, насколько русский язык силен и жив, потому что в новых условиях он выдал нам необходимый набор новых слов и понятий, полно описывающих необычную сложившуюся ситуацию. Некоторые слова были взяты из других языков, некоторые образованы в русском языке, в том числе от иноязычных корней, например глагол «зумиться». Это показывает, что русский язык жив, здоров, прекрасно себя чувствует и на вызовы времени совершенно спокойно откликается. 15 лет для языка — это, конечно, очень короткий срок, чтобы увидеть конечный результат изменений. Все процессы продолжаются.
Медицина: искусственный интеллект для персонифицированного подхода
Екатерина Мозерова, кандидат медицинских наук, врач-радиотерапевт
— Человек живет и будет жить долго. В нагрузку к долгожительству человечество неизменно получит увеличение числа онкологических заболеваний, а значит, и богатый опыт их лечения и победы над ними. Поэтому на первый план выходят фантастические с точки зрения обывателя, а для специалиста уже привычные технологии. Волшебная таблетка или аппарат не решат все проблемы, как бы этого ни хотелось. Только комплекс мероприятий, включающих первичную профилактику, диагностику на ранних стадиях, своевременное лечение с сохранением высокого качества жизни пациентов, а также повышение доступности высокотехнологичной помощи для населения всего мира является залогом возможных чудесных перемен.
Запрос на сохраняющий здоровье образ жизни уже сформирован в обществе. Наши «умные часы» сообщают о необходимости разминки, а смартфоны напоминают, что пора попить воды, подсчитывают шаги и калории. Возможно, наши «умные холодильники» через 15 лет уже будут выдавать сигнал тревоги при появлении в них вредной пищи, а курение табака в любой форме будет запрещено законодательно.
Разработка и внедрение программ скрининга позволит выявлять болезни на ранних стадиях, повышая таким образом эффективность лечения. Применение компактных диагностических приборов и активное развитие телемедицинских технологий решит проблему обследования пациентов, проживающих на значительном удалении от крупных онкологических центров, а использование высокоскоростного транспорта обеспечит доставку пациента для проведения высокотехнологичного лечения.
Технологии искусственного интеллекта значительно облегчат работу радиотерапевтам и медицинским физикам. Персонализированный подход и индивидуализация лечения будут направлены на повышение эффективности лечения для каждого конкретного пациента, а генетическая и эпигенетическая терапия смогут влиять непосредственно на причины возникновения заболевания. Главное — было бы желание самого человека жить долго и качественно.
Антропология: история с проекцией в будущее
Елена Сударикова, старший научный сотрудник научно-исследовательского отдела Дарвиновского музея
— Есть биологические дисциплины, для которых 15 лет — это огромный интервал, на горизонте которого трудно делать прогнозы из-за стремительного (и порой непредсказуемого) развития научных методов. Антропология, пожалуй, не так резва, и все самое важное в ней делается во время полевой работы. Поэтому главные перспективы лежат в регионах, очевидно богатых находками, как, например, в треугольнике Великих озер Виктория, Малави и Танганьика, где многолетние исследования Луиса Лики и его потомков и последователей регулярно прибавляют работы ученым в лабораториях.
Та же история в регионах, где много ценных находок ждут своих исследователей, но доступ к раскопкам затруднен по политическим причинам. Например, это страны Ближнего Востока, куда люди вышли более 1,7 млн лет назад и в течение полумиллиона лет часто оказывались в сухих условиях пастбищ, где замечательно сохраняются останки. Но религиозная ориентированность государств этого региона практически никуда не позволяет поехать для реализации гранта и прояснения образа жизни и деталей культурного производства людей прямоходящих. Ключевые шаги изменений человеческого тела давно известны, но заполнение пробелов в длинной череде наших предков — это большая ценность для физической антропологии. Чем шире будут возможности для поиска останков наших предков и тупиковых ветвей, тем полнее станет история.
Антропология всегда обращалась к методическим разработкам других дисциплин. Большую часть ее истории это были геология, физика и химия, но в последние пару десятилетий не менее востребованы генетические методы работы. Если в настоящее время чаще всего сравниваются относительно целые геномы недавно (до 50 000 лет назад) живших людей (неандертальцев, денисовцев, на очереди — предки с острова Флорес), то в ближайшие годы тенденция такова, что изучаться будут модели геномов, уходящих в гораздо более далекое прошлое. Ученые смогут с более высокой точностью отлавливать узловые точки расходящихся видов и подвидов людей и новые варианты генов, которые позволяли адаптироваться к тем или иным условиям. При помощи геологов можно будет уточнять, какие именно климатические факторы служили для отбора тех или иных вариантов. Это важно не только для ретроспекции нашей истории, но и чтобы лучше понимать, что нас ждет в мире, где климатические условия изменяем уже мы сами.
Энергетика: водород, накопители и энергопереход
Алексей Паевский, заместитель руководителя Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ФИЦ ПХФ и МХ РАН
— Мне кажется, что на горизонте 15 лет произойдет вхождение водородных технологий в нашу бытовую, рутинную жизнь. Широко будут распространены водородные автобусы, водородные поезда, самолеты и другие виды транспорта. В связи с этим начнется бум новых исследований, связанных с прикладными аспектами дальнейшего развития водородных топливных элементов. Много будет работ в области высокотемпературных твердооксидных топливных элементов, сейчас еще есть проблемы с их внедрением, но такие топливные элементы очень перспективны.
Огромное количество работ и, надеюсь, прорывов произойдет в технологиях производства и хранения безуглеродного водорода, то есть такого, который не оставляет углеродный след, — так называемого голубого, оранжевого, зеленого. А также нас ждет большое количество работ, посвященных литийионным и постлитийионным аккумуляторам. Это натрийионные аккумуляторы, калийионные аккумуляторы, которые в связке с четвертым энергопереходом, то есть переходом на возобновляемые источники энергии, станут одними из основных (наряду с водородом) способов хранения энергии. Энергия из возобновляемых источников отличается тем, что эти источники имеют непостоянную выработку. Поэтому нам приходится во время пиковой выработки энергию запасать, а потом выдавать. И в этом смысле технологии литийионных, натрийионных и калийионных аккумуляторов будут очень востребованы.
Помимо этого, как мне кажется, в ближайшее время нас ждет большое количество работ в области распределенной генерации и схемы потребления энергии, которую можно образно назвать «интернетом энергии». Будут использоваться все возможные системы микрогенерации, то есть генерации небольших объемов электричества. Его можно получать с помощью энергии солнца (солнечные мини-панели уже устанавливают на крышах частных домов), с помощью энергии ветра (ветрогенераторные мини-электростанции тоже уже существуют) и даже с помощью энергии шагов человека (первые разработки в этом направлении начались несколько лет назад). А главное, будет существовать распределенная сеть их использования. Мы будем пользоваться энергией практически по той же схеме, по которой получаем информацию в интернете.
Космос: лунные базы, карта Вселенной и «копия» Солнечной системы
Алексей Семихатов, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отделения теоретической физики Физического института им. П. Н. Лебедева
— Я ожидаю многого от космоса — прежде всего из-за радикального удешевления каждой тонны, отправленной на орбиту. Это коснется в том числе и науки — в космосе будет много телескопов, ведущих наблюдения в различных частях электромагнитного спектра. Дело, я надеюсь, приблизится к картированию наблюдаемой Вселенной на уровне скоплений галактик. Это будет удивительное состояние — когда мы получим представление обо всех крупных структурах, которые вообще доступны для наблюдения. Набранная статистика (конечно, вместе с наблюдениями объектов звездного масштаба) позволит уточнить наши представления о том, как Вселенная приобрела современный вид.
Неоценимый вклад за 15 лет внесут и размещенные в космосе детекторы гравитационных волн: они снабдят нас информацией, которую в принципе невозможно получить электромагнитным способом, в первую очередь об очень ранних этапах развития Вселенной (свой вклад внесет и растущая статистика слияний компактных объектов). «Легкость» взлета с Земли переводит вопрос о базах на Луне в разряд «давайте, конечно, так и сделаем, если это интересно». Правда, я думаю, что базы на Марсе останутся в разряде «сначала скажите, чем оправданы такие усилия».
Благодаря растущим компьютерным возможностям (и, опять же, точности наблюдений), мы будем иметь все более точную «виртуальную копию» Солнечной системы. Использовать ее будут не только для предсказания критических сближений Земли с астероидами, но и для виртуозного исполнения космическими аппаратами гравитационных маневров (как пассивных, так и активных) вблизи массивных тел. В результате мы сможем отправлять достаточно тяжелые инструменты к спутникам больших планет, а быть может, и в пояс Койпера для извлечения оттуда информации как о возможной жизни, так и об эволюции Солнечной системы. Правда, подобные путешествия все равно останутся долгими, поэтому я очень надеюсь, что будут разработаны ядерные двигатели для космических перелетов. А вот в чем я продолжаю сомневаться, это в отправке к альфе Центавра флота «парусных» корабликов, разогнанных до нестыдной доли скорости света батареей лазеров: среди проблем там — ткань для паруса.
