Прогноз: как наука изменит мир в ближайшие годы
Разрешат ли роботу стрелять в человека? Разгадаем ли мы тайну рождения Вселенной? А может, найдем кротовые норы? Будем ли редактировать нездоровые эмбрионы с помощью CRISPR/Cas9? Справимся ли с глобальным потеплением?
Научный редактор канала «Наука» Иван Семенов дал прогнозы на 2020-е годы в рамках лекции перед студентами и преподавателями Тольяттинского государственного университета.
Тайна рождения Вселенной
Ученым пока так и не удалось открыть поляризацию реликтового излучения для того, чтобы доказать инфляционную теорию возникновения Вселенной. Ныне принятая теория Большого взрыва — горячего расширения Вселенной из сингулярности — не подразумевает, что до начала этого горячего расширения что-то происходило. При этом она не может объяснить, почему наше пространство так слабо искривлено и почему самые отдаленные части Вселенной так похожи друг на друга. Причины всего этого могла бы указать так называемая инфляционная модель, согласно которой сначала холодное пространство как бы надувалось со скоростями, безгранично превышающими скорость света, а потом только началось горячее расширение — тот самый Большой взрыв. В 2014 году физики из антарктической обсерватории BICEP сообщили, что открыли следы гравитационных волн в поляризации реликтовых фотонов, но потом дезавуировали результат, сказали: «Нет, мы не уверены, могла помешать космическая пыль». Надеемся, что инфляционная теория в наступившем десятилетии подтвердится. А если она подтвердится, то Нобелевскую премию имеют шансы получить наши физики Алексей Старобинский (Москва) и Андрей Линде (Великобритания), которые предсказали эту модель.
Также мы ждем, когда запустится наш коллайдер NICA в Дубне. И тогда мы узнаем, что творится внутри нейтронных звезд и как устроена кварк-глюонная плазма. Буквально через год-два этот эксперимент у нас заработает.
Закат электронного компьютера
Развитие электронных компьютеров постепенно завершается. Микросхема уже имеет эффективную толщину 5 нанометров. Если делать меньше, начинается квантовый шум, так что ускорить развитие электронных компьютеров уже невозможно. Конечно, можно продолжать увеличивать число транзисторов в микросхеме, но тогда нужно иметь хорошие технологии распределенных вычислений, а их мало и они не очень эффективны. Сейчас число транзисторов на микросхеме удваивается каждые два года, это так называемый «закон Мура», но все это уже подходит к финалу, и в конце этого десятилетия должны появиться либо очень продвинутые системы распределенных вычислений и алгоритмы параллельной обработки, которых сейчас нет, либо какие-то альтернативные вычислительные устройства: например, фотонные компьютеры, которые сейчас уже развиваются и не имеют таких технологических ограничений, как электронные.
Расцвет квантовых технологий
В третьем десятилетии, конечно, покажут себя квантовые технологии. Будем надеяться на создание работоспособного универсального квантового процессора. Один специалист из «Сколкова» привел интересное сравнение — о том, что такое квантовые технологии сейчас. Представьте себе развитие воздухоплавания: от крыльев, которые моделировал Леонардо да Винчи, до сверхзвукового самолета. Квантовые технологии на их сегодняшнем этапе развития находятся на уровне шара Монгольфье: оно уже летит, но все еще никому не нужно. Да, можно взять квантовый процессор и на нем поиграться, особенно если это не универсальный вычислитель, а «находитель экстремумов» методом так называемого квантового отжига. Но пока это только исследовательская вещь. Однако в третьем десятилетии XXI века они, конечно же, должны завоевать свою нишу.
С приходом квантовых компьютеров неизбежно обрушится вся система защиты информации, которая есть в мире. Потому что большинство алгоритмов защиты информации построены на проблеме факторизации чисел — разложения на простые множители. Для очень больших чисел электронный компьютер решает эту задачу за время, сравнимое с возрастом Вселенной, а вот квантовый компьютер будет делать это за секунды. В первую очередь пострадают наименее защищенные финансовые рынки и банковские системы. Но тут же будет дан импульс развитию квантового шифрования, и вскоре квантовое шифрование догонит компьютер, баланс восстановится. Это произойдет в ближайшие годы, и за этим надо следить.
Читайте также: Как применять квантовый компьютер на практике
Нога человека на Марсе
На Марс скоро приземлится новейший марсоход Perseverance, который будет искать там следы жизни. Все понимают, что на Марсе действующей жизни нет, но следы бывшей жизни, вполне возможно, удастся обнаружить. Ровер будет исследовать разные условия на поверхности Марса, в том числе для того, чтобы в ближайшие годы был осуществлен пилотируемый полет туда.
Вопрос о том, нужен ли пилотируемый полет к Марсу и как вообще будет развиваться пилотируемая космонавтика, — очень острый. Потому что почти все специалисты говорят одно и то же: «Что человеку делать в космосе? Человек слабый, неустойчивый, на него действуют излучения, его нужно кормить, ему нужно дышать, он писает… Зачем его туда отправлять?» Нет ни одного космического действия, для которого требовался бы человек. Все гораздо лучше будет делать автомат, за исключением одного: «Вот, смотрите: моя нога наступила на поверхность планеты Марс!» И это единственное, для чего может понадобиться человек в космосе. Вообще, пилотируемая космонавтика будет сдавать свои позиции, а автоматическая космонавтика будет сильно развиваться. За этим мы будем наблюдать в течение этого десятилетия.
Найдем ли мы кротовые норы?
В наступающем десятилетии будет запускаться наш аппарат «Миллиметрон», который станет помощником «Спектру-РГ». Он будет исследовать Вселенную в миллиметровых волнах. Это дико сложная история, гораздо сложнее, чем рентгеновская, потому что радиоволны не квантованы сразу, их ловить гораздо труднее, находясь далеко от Земли. Но если этот «Миллиметрон» нормально полетит, он сможет обнаружить кротовые норы, если они вдруг существуют в Вселенной. Вы, наверное, слышали из фантастических фильмов, что какие-то черные дыры могут оказаться не совсем черными? Они могут, по определенным предсказаниям теории относительности, оказаться дырками в соседние пространства, где существуют другие вселенные. Если такая штука есть, то «Миллиметрон» это, возможно, увидит, и это очень интересно!
Темная энергия
Полуфантастическая, но не невероятная перспектива — это то, что мы поймем, что такое темная энергия. А темная энергия — это, по сути, антигравитация: то, что расталкивает Вселенную и не дает ей схлопнуться. Это то, за что вручили десять лет назад Нобелевскую премию. Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением. Откуда это ускорение берется, никто не может объяснить. Причиной этого ускоренного расширения назвали темную энергию, о которой мы до сих пор ничего не знаем. Мы не знаем, что расталкивает галактические скопления, почему они разлетаются в разные стороны... При этом на сравнительно малых масштабах исправно работает закон всемирного тяготения — например, наша Галактика летит на Туманность Андромеды, и через 6 млрд лет они столкнутся. Жалко, мы не доживем до этого красивого события! Но зато можно надеяться, что в третьем десятилетии мы что-то узнаем о темной энергии, которая на самых больших масштабах как бы противостоит закону всемирного тяготения.
Генная терапия и торжество ГМО
С точки зрения генных технологий, конечно же, CRISPR/Сas9 будет развиваться — и, будем надеяться, менее скандальными путями, чем показал нам эксперимент с китайскими девочками-близнецами. Конечно же, появятся какие-то терапевтические способы редактирования эмбрионов, когда берется генетически нездоровая оплодотворенная яйцеклетка и методами CRISPR/Сas9 исправляется, чтобы будущие дети рождались здоровенькие. Это, несомненно, будет.
В третьем десятилетии регуляторы обязаны будут пересмотреть свое отрицательное отношение к так называемым генно-модифицированным организмам. Сейчас в магазине можно увидеть даже на хлебе надпись «без ГМО». Так вот, без ГМО мы с вами в третьем десятилетии уже не проживем, потому что мы просто всех не прокормим. Надо успокоиться по поводу ГМО, перестать его запрещать и, наоборот, начать активно внедрять эти технологии. Но с оглядкой. Я не являюсь бешеным сторонником этого дела, но очевидно, что без этого нам не прожить.
Читайте также: Нобелевский комитет поддержал редактирование генома человека
Пересадка микробиоты как лекарство
В микробиологии мы ждем препаратов терапевтической микробиоты. Что с микробиологией произошло и что будет происходить сейчас? Всего лишь в конце XX века начали массово секвенировать генетику микроорганизмов, в том числе тех, которые живут внутри нас. И выяснилось, что на 95% мы были незнакомы с тем, что живет у нас внутри! Микробиологи изучали лишь то, что выращивается в чашке Петри: эдакие красивые заросли розовой плесени и зеленого налета, полученные из посевов на питательном субстрате. Мы считали: то, что выросло в чашке Петри, это то, что в нас живет. И вдруг в конце XX века выяснилось, что 95% того, что в нас живет, не вырастает в чашке Петри, оно просто по-другому устроено!
Мы впервые начали осознавать свой микробный состав и только сейчас понимаем, как он влияет на наше здоровье и на нашу жизнь. С помощью пересадки микробиома, то есть содержимого толстого кишечника, сейчас лечат многие болезни, начиная от расстройства желудка и заканчивая шизофренией. Это направление, конечно, будет развиваться, и это будет очень интересно.
Система мозг — мозг
В нейробиологии, конечно же, будет продолжаться то самое электронное нейропротезирование. И уже сейчас ведутся такие эксперименты, как передача образов мозг в мозг и запись снов. Кажется, что это полная фантастика, но такие эксперименты есть, и они успешны. Уже можно набирать текст головой — буквально силой мысли. С помощью набирания текста из мозга в компьютер абсолютно парализованные люди могут общаться с миром, и это уже действующая технология.
Читайте также: Сколько нужно гномов, чтобы закинуть пельмени в кастрюлю
Напечатанные органы
По медицине очень трудно что-то прогнозировать. Но, видимо, будет создана надежная терапия вируса иммунодефицита (ВИЧ). Ткани будут протезироваться с помощью 3D-биопринтера — это делается уже сейчас. Целые органы будут печататься. Также появятся глобальные базы геномной совместимости, которые очень нужны при лечении, например, рака костного мозга, лейкоза. Типирование костного мозга станет настолько распространенным, что каждый из нас сможет определить свой тип генома костного мозга и стать потенциальным донором для человека, страдающего этим недугом.
Пересмотр законов робототехники
Ожидаем рубежных событий мы и в области робототехники. Законы робототехники, которые сформулировали писатели-фантасты XX века (включая закон о том, что робот не может навредить человеку), к сожалению, придется пересматривать. И это важнейшая тяжелая работа. Беспилотники уже ездят по дорогам. И мы немедленно упираемся в этическую «проблему вагонетки». Когда сидят люди в беспилотнике, а из куста абсолютно непрогнозируемо выскакивает ребенок за мячиком, выкатившимся на дорогу. Человек на это не среагирует, потому что не успеет. А беспилотник среагирует, но он должен принять какое-то решение: либо ему сбивать ребенка, либо врезаться в столб, нанося ущерб пассажирам, которые сидят в салоне. Понимаете, какая штука? И эту проблему скоро придется решать.
Второй поворот той же проблемы более критичный: уже сейчас во многих системах обеспечения безопасности в мире работают роботы, распознающие сложные образы. В самых продвинутых аэропортах за безопасностью следят системы искусственного интеллекта: например, в Сингапуре. И вот одного случая, когда робот предупредит людей о человеке с признаком готовности к террористической атаке, а люди не успеют среагировать и террористический акт произойдет, будет достаточно, чтобы в мире поднялась серьезная дискуссия о том, что роботу нужно дать право наносить вред человеку. Потому что если бы робот имел право выстрелить ему в руку, пока он не дернул свой пояс со взрывчаткой, то аэропорт остался бы цел. А так, пока люди разбирались и бежали к нему, он всех взорвал. А робот мог бы это предотвратить. Вопрос о том, что делать и как регулировать взаимодействия между роботом и человеком, — это еще одна дискуссия, в которую мы вступаем прямо сейчас.
Зеленые технологии и 5G
Увеличение телекоммуникационных возможностей, развитие системы искусственного интеллекта и всемирное внедрение технологии связи 5G полностью изменит рынок труда. Уже сейчас исчезают такие профессии, как консультант по оборудованию или оператор колл-центра: когда у вас что-то сломалось или надо проделать рутинные операции с банковским счетом, вы связываетесь и консультируетесь с роботом. В будущем такого взаимодействия будет больше и больше.
Читайте также: Вся правда о технологии 5G
С другой стороны, огромную роль начнут играть зеленые технологии. С 2030 года скандинавские страны законодательно запретили двигатели внутреннего сгорания. В Швеции и Норвегии обещают, что у них не будет таких двигателей уже в 2030 году.
Наша углеводородная прерогатива будет уменьшаться. На днях Дания приняла решение построить в Северном море огромный искусственный остров, уставить его ветряками и таким образом не только навсегда снабдить Данию электроэнергией и отказаться от ископаемого топлива, но еще и продавать его в Европу. Это все будет и дальше развиваться, мы будем свидетелями того, как будут перераспределены в этом десятилетии мировые экономические и финансовые потоки. И это довольно грозная история — по крайней мере для нашей страны.
Угрозы будущего
Угрозы связаны прежде всего с изменениями климата. К сожалению, ожидается вымирание полярных животных: моржей, белых медведей и др. Как сохранить эти популяции, не очень понятно.
Уже сейчас у нас малярия продвинулась далеко на север. Происходит миграция тропических болезней и вредителей. Из-за глобального потепления возникают засухи и неурожаи. Вскоре Гольфстрим утратит мощность из-за этого потепления и, как ни странно, произойдет замерзание Северной Европы: из-за уменьшения разницы температуры воды. Похолодает во всей Европе, и в ее северной части может оказаться холодно, как у нас на Чукотке. Уже сейчас происходит затопление разных территорий. Минувшей осенью Венецию снова затопило. Это будет продолжать происходить, и что с этим делать, пока совершенно непонятно. Сама система глобального потепления, степень антропогенного вклада в это потепление, как с этим бороться — все это пока никому не понятно. Это тот вызов, с которым придется столкнуться сегодняшним студентам, когда они станут специалистами.
Всю лекцию Ивана Семенова, в которой он также подробно рассказал о важнейших научных достижениях последних десяти лет, можно посмотреть здесь:
Что ждет науку в 2021 году?
Президент РАН — о российской науке в 2020 году и ближайшем будущем
