Достижения науки и техники 21 века: 10 самых важных изобретений XXI века

10 самых важных изобретений XXI века

суббота, 24.02.2018 23:57

Пройдите по дороге по технологиям и узнайте о 10 самых больших технологических изобретениях XXI века.

Автомобили с использованием водорода

Автомобили, работающие на водородном топливе, являются одним из самых важных изобретений XXI века. Это изобретение является прекрасной новостью для борьбы с глобальным потеплением. Данное удивительное создание не потребляет испокаемое топливо и это означает, что больше никогда не выпускается монооксид углерода. Эти автомобили работают на топливе, вырабатываемом возобновляемыми ресурсами, и не испускают ничего, кроме водяных паров. Топливо для этих автомобилей получается путем электролиза и т.п. Изобретение, ожидается, резко сократит сжигание ископаемого топлива в мире. Toyota Mirai 2015 года является одним из первых автомобилей с водородным топливом, которые коммерчески продаются до настоящего времени. Концепция Mirai основана на автомобиле Toyota FCV.

Toyota Mirai 2015 года. Фото: businessinsider.com

Генетическая инженерия

Фото: earthtimes.org

Генетическая инженерия является манипулированием структурой ДНК организма с применением биотехнологий. Генетическая инженерия принесла пользу областям медицины, фармакологии, воспроизводства, технологий и т.д. Улучшенные виды сельскохозяйственных культур, современные лекарства являются некоторыми из заметных достижений, связанных с генетической инженерией.

Свободная энергия

Фото: usahitman.com

Энергия, как мы все знаем, жизненно важна для выживания человека. Люди живут благодаря разным формам энергии с тех пор, как они вступили в существование. В прошлом ископаемое топливо стало основным источником энергии. Развитие технологий позволило нам использовать альтернативные источники энергии. Мы можем использовать ветер, геотермическое тепло, воду и даже солнце как источник энергии. Свободная энергия или термодинамическая энергия развивается. Она, ожидается, доказывает жизненно важную и наиболее эффективную форму энергии в будущем.

Искусственный интеллект

Фото: careers.orbium.com

Искусственный интеллект развивается для установления связей между человеком и технологиями. В сегодняшнем мире роботы, игрушки и компьютеры выполняют приказ человека и отвечают потребностям в соответствии с его пожеланиями. Даже iPhone оснащен искусственным интеллектом в известной форме «SIRI».

Нанотехнология

Нанотехнология – это манипулирование веществом на атомном, молекулярном и сверхмолекулярном уровне. Изобретение нанотехнологии позволяет нам превратить сложную технологию в простую, компактную форму. Несмотря на то, что по-прежнему остается большой потенциал для открытия, нанотехнология, несомненно, добавила новые главы в жизнь человека. Нанотехнология пронизывает все, от DVD дисков до бассейна отеля до ваших солнцезащитных очков.

Фото: express.co.uk

Клонирование человека

Фото: rt.com

Одним из величайших открытий XXI века было создание генетически идентичных копий человека. Клонирование человека было новаторским открытием. С применением этого открытия ученые теперь видят перспективу борьбы с проблемами, угрожающими жизни, такими как сердечный приступ, рак, лечение или выращивание новых органов, селективный выбор генов у новорожденных и даже заранее устранение болезней у младенцев.

Антигравитация

Первый человек, оказавшийся на Луне, имел представление о антигравитации. Другие, однако, воспринимали это как обман , а не реальность. После многих лет ученые теперь на грани делают его реальностью. Антигравитация является идеей создания места, свободного от гравитации. Представьте себе, что вы путешествуете по воздуху без необходимости идти в медленное движение или пожилые люди, плавающие в воздухе независимо от их веса! Подъем тяжелых вещей в сфере строительства будет простым и жизнь будет проще и быстрее с применением антигравитационной технологии.

Фото: imgur.com

Автоматизация

Автоматизация была обнаружена в процессе развития роботов. Еще есть место для значительного ее улучшения. Автоматизация продвигала обрабатывающую промышленность, содействуя процессам сборки. Домашняя автоматизация также является частью нашей повседневной жизни, как централизованное отопление, охлаждение и безопасные замки для дверей и ворот. Автоматизация упростила работу людей и может принести большую пользу человечеству.

Фото: nividous. com

Робототехника

Робототехника – это отрасль науки, развиваемая в XXI веке. Самый большой вклад, который она внесла – это машина в форме человека, широко известная как «Робот». Машина работает по собственному программированному интеллекту и мыслям, искусственно имплантированным в ней и выполняет автоматические функции. Роботы используются в сферах обрабатывающей промышленности, обороны, услуг, в разведке и в мерах безопасности. Разница между роботами и людьми размывается быстрыми темпами, поскольку роботы дальше развиваются и совершенствуются. Одним из лучших роботов был ASIMO. Он был разработан HONDA. ASIMO обладает способностью дифференцировать и взаимодействовать с людьми, и в настоящее время он представлен в Диснейленде.

Робот ASIMO был разработан HONDA. Фото: theverge.com

Гиперзвуковый транспорт

Ученые приложили много времени и сил для достижения эффективности времени. Они разработали технологии, обеспечивающие наименьшее потребление времени с большей производительностью. Гиперзвуковый транспорт является одним из величайших изобретений XXI века в направлении к эффективности. Гиперзвуковый транспорт дал возможность подвижности с невообразимыми темпами. Эти транспортные средства способны покрывать большие расстояния со скоростью в 4 раза быстрее, чем звук.

Фото: inhabitat.com

Самые значительные открытия в XXI веке

     За последние 17 лет мы стали свидетелями огромного количества важнейших научных открытий, которые способны изменить будущее. Настоящие прорывы были сделаны в медицине, физике, биологии, генной инженерии, истории, математике, астрономии и других областях.

     Некоторые гипотезы и выводы ученых настолько уникальны, что ставят под сомнение основы многих фундаментальных наук. Другие стали подтверждением теорий, которые были выдвинуты многие годы тому назад.

     Для скептиков, которые к науке относятся пренебрежительно и заявляют, что ни на что ваши ученые не способны, даже рак лечить не научились, приведем простой пример. Каких-нибудь четыре поколения назад, в 1918 году, за несколько месяцев в Европе от эпидемии гриппа умерло по разным сведениям от 50 до 100 миллионов человек. Столько же, сколько сегодня проживает в Германии (83 миллиона). А это вторая по численности населения страна в Европе. Умирало по преимуществу молодое население: 20-40 лет.

     Много сегодня вы знаете смертельных случаев от гриппа? Надо еще что-то доказывать?  Итак, перечислим 20 наиболее значимых научных открытий XXI века.

      Наряду с фундаментальными открытиями XXI век ознаменовался интереснейшими находками археологов. Например, в 2016 году в гробнице Тутанхамона обнаружены 2 тайные комнаты, в которых найдены органические остатки, которые, возможно, принадлежат знаменитой царице Нефертити.

     Остановимся на некоторых важных открытиях.

1. КИБЕРНЕТИКА – Создан робот с биологическим мозгом.

     В 2008 году ученые Англии создали первого в мире киборга – полуживого робота с мозгом на основе 300 тысяч крысиных нейронов.

     Первый робот с биологическим мозгом получил собственное имя Гордон, он был оснащен платформой для передвижения у ультразвуковым сенсором, сканирующим местность при езде. Сигналы от него идут в мозг, и возникающая обратная связь управляет движением.

     Ученым удалось добиться обучаемости Гордона, поскольку нейроны обладают памятью.

     При этом киборг не управляется извне. А контролируется серым веществом, доставшимся от крысы. Это первый шаг  по созданию полноценных киборгов на основе не десятка тысяч, а миллиарда нейронов, что произойдет, скорее всего, до конца текущего столетия.

2. ФИЗИКА – Проведены успешные опыты по дальней квантовой телепортации.

     Под квантовой телепортацией понимается не перемещение физических объектов, а передача информации о состоянии элементарной частицы или атома. Самое важное для этого – расстояние. Вплоть до XXI века подобную связь удавалось обеспечить только на уровне микромира.

     В 2009 году ученым Мерилендского университета удалось передать квантовое состояние иона иттербия на расстояние 1 метр.

     Затем инициативу перехватили китайские ученые, сначала обеспечив квантовую связь на дистанции 120 км., а в 2017 году – осуществить первую космическую квантовую телепортацию со спутника «Мо-Цзы» на 3 наземных лаборатории, расстояние до которых 1203 км.

     Это открытие позволит в будущем создать абсолютно защищенные системы связи, которые, даже теоретически, не смогут взломать хакеры.

3. АСТРОФИЗИКА – Доказано существование гравитационных волн.

     Открытие гравитационных волн – важнейшее достижение 2016 года. В 2017 год их первооткрывателям Райнеру Вайссу, Бэрри Бэришу и Кипу Торну была присуждена Hобелевская премия по физике. С помощью интероферметических обсерваторий LIGO и  VIRGO, расположенных в США и Италии, удалось зафиксировать гравитационные волны, образовавшиеся в результате слияния двух черных дыр на расстоянии в1,3 млрд световых лет от солнца.

     Тем самым исследователи подтвердили достоверность Общей теории относительности Эйнштейна, предсказавшей наличие гравитационных волн еще в начале XX века (на уровне теории).

4. БИОЛОГИЯ – Получены стволовые клетки не из эмбрионов, а из зрелых тканей.

     В 2012 году Hобелевская премия по физиологии и  медицине была вручена английскому биологу Джону Гордону и его японскому коллеге Сине Яманаке, создавших из обычных клеток стволовые, т.е. способные составлять любые органы. Для этого ученые ввели в клетки соединительной ткани всего 4 гена и в результате фибропласты превратились в незрелые стволовые клетки, обладающие свойствами эмбриональных, что дает возможность вырастить любой орган – от печени до сердца. Таким образом была практически доказана обратимость специализации клеток.

     Уже сейчас вырастить внутренний орган из стволовых клеток не является сложной задачей, а через 20-30 лет создание печени и почек из своих же клеток, скорее всего, станет тривиальным.

5. МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ – Создан сверхпрочный материал  ГРАФЕН.

     Этот уникальный по прочности материал, который впервые был получен русскими физиками (работающими в Англии) Констатином Новоселовым и Андреем Гаймом в 2004 году. В 2010 году за это открытие они получили Нобелевскую премию. В настоящее время материал исследуется и уже применяется в некоторых изделиях. Важные особенности графена: второй по прочности (после карбина) из известных в настоящее время; великолепный проводник, с помощью которого достигаются великолепные электронные эффекты; обладает высочайшими показателям теплопроводности, что позволяет использовать его в полупроводниковой электронике без опасений ее перегрева. Особые надежды возлагаются на графен в плане его применения в сверхьемких аккумуляторах, которых так не хватает электромобилям.

6. ИМУНОТЕРАПИЯ — Иммунотерапия произвела революцию в лечении рака, используя иммунную систему для борьбы с опухолями.

     В частности, ингибиторы иммунной контрольной точки (immune checkpoint inhibitors) продемонстрировали большие надежды в лечении больших опухолей, таких как меланома и немелкоклеточный рак легких. Предполагается, что когда-нибудь варианты иммунотерапии будут существовать для всех типов опухолей.

7. ИННОВАЦИИ В РОБОТИЗИРОВАННОЙ ХИРУРГИИ

— роботизированные решения для хирургических вмешательств проходят менее инвазивно и быстрее, и часто связаны с улучшением клинических результатов, таких как сокращение времени выздоровления и уменьшение боли.

     Роботы в операционной дают возможность хирургам достигать предельной точности в хирургии. Сегодня хирургические роботоплатформы очень развиты и используются везде, от позвоночника до эндоваскулярных процедур. Например, хирургическая система da Vinci, которая, вероятно, является самой известной платформой для роботизированной хирургии, переводит виртуальные движения рук хирурга в мельчайшие движения, совершаемые роботом внутри тела. Все это визуализируется с помощью лапароскопии. Система da Vinci была использована в лечении более чем 3 миллионов больных во всем мире.

8. ФИЗИКА – Обнаружен бозон Хиггса или «частица Бога».

     В июле 2012 года был открыт Большой адронный коллайдер близ Женевы. На создание которого было затрачено 6 млрд долларов. Ученые обнаружили т.н. «частицу Бога», существование которой было предсказано еще в 60-х годах британским физиком Питером Хиггсом, в честь которого она и была названа.

     Благодаря экспериментальному доказательству бозона Хиггса фундаментальная физика получила последнее недостающее звено для построения пренормируемой квантовой теории поля Данная, которая является продолжением классической квантовой механики, однако качественно меняет взгляд на картину микромира и Вселенной в целом.

     Практическое значения открытия бозона Хиггса заключается в том, что ученым открываются перспективы разработки антигравитации и разработки двигателей, которым для работы не требуется энергия.

9. СВЕРХБЫСТРЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ — Появились ПК работающие по новым принципам.

     Компьютер был изобретен в прошлом веке, однако великие открытия XXI века в науке «Информатика» происходят сегодня. Это сверхбыстрые квантовые компьютеры, способные обрабатывать тетрабайты информции в считанные секунды.

     Основное их предназначение – сложные научные и финансовые расчеты, построение компьютерных моделей для прогнозирования будущих событий. Они уже используются во многих областях человеческой деятельности, правда доступ к ним ограничен (это, в основном, ученые, экономисты, военные).

10. ИСКУССТВЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ

— Способен охватывать широкие области информации.

     Британская энциклопедия определяет искусственный интеллект (ИИ) как “способность цифрового компьютера или робота с компьютерным управлением выполнять задачи, обычно связанные с разумными существами. Этот термин часто применяется к проекту разработки систем, наделенных интеллектуальными процессами, характерными для человека. Например, способность рассуждать, открывать смысл, обобщать или учиться на прошлом опыте”.

     Хотя технологии искусственного интеллекта соответствовали выполнению человеком задач, таких как математические вычисления или игра в шахматы, им еще предстоит сопоставить человеческую способность охватывать широкие области информации.

11. НЕЙРОЛОГИЯ – В 2014 году ученым Массачусетского университета удалось внедрить в память подопытных мышей ложные воспоминания.

     Им в голову были вживлены оптоволоконные провода, присоединенные к участкам мозга, ответственным за формирование памяти. По ним передавались лазерные синапсы, которые воздействовали на определенные участки нейронов. В результате удалось добиться как стирания некоторых воспоминаний мышей, так и формирования ложных.

     Возможно создатели фильма «Вспомнить все», были не так уж далеки от истины, изображая будущее, где человеку можно записывать новые воспоминания и стирать старые.

12. АСТРОФИЗИКА – Обнаружены планета Эрида и вода на Марсе.

     В 2005 году группой американских астрономов из обсерватории «Джемини» Йельского и Калифорнийского университетов было открыто небесное тело, движущееся за орбитой Плутона. Дальнейшие исследования показали, что открытая планета Эрида по размерам немного уступает Плутону. Вокруг нее вращается довольно крупный спутник, получивший название Дисномия. Вся планета покрыта ярко-белым льдом, поскольку ее отражающая поверхность уступает только спутнику  Сатурна Энцепаду.

     Второе важнейшее открытие – обнаружение воды на Марсе. Еще в 2002 году орбитальный аппарат «Одиссей» обнаружил признаки наличия над поверхностью планеты водяного льда. В 2005 году были засняты кратеры с явственными признаками водяных потоков, окончательное подтверждение дал американский зонд «Феникс».

Гарантированное наличие воды на красной планете снимает главное ограничение для ее колонизации. Америка планирует запустить пилотируемую миссию на Марс  уже в 2030 годы. Идет разработка ядерного двигателя для этой цели в России.

13. БИОТЕХНОЛОГИИ – Создана первая в мире синтетическая бактериальная клетка.

      В 2010 году  группа ученых под руководством Крейга Вентера добились прорыва в амбициозном проекте по созданию новой жизни.

     Биологи взяли геном бактерии Mycolasma genetalium и систематически удаляли из него гены, чтобы определить минимальный набор клеток, необходимый для жизни. Оказалось,что он должен включать в себя 382 гена, составляющих основу жизни.

    После этого они «с нуля» составили искусственный геном, который пересадили в клетку использованной бактерии, из которой были удалены собственные комплексы ДНК.

     Искусственная клетка, которая получила собственное имя Синтия оказалась жизнеспособной и начала активно делиться.

    Это дает возможность создания более сложных организмов с заданными параметрами (производство вакцин, даже топливо для автомобилей), в перспективе создание клетки, поглощающей углекислый газ.

14. БИОНИКА – Сконструированы биопротезы, управляемые силой мысли.

     Еще недавно утраченные конечности людям заменяли пластиковые муляжи или даже крюки. В последние два года наука сделала огромные шаги в создании биопротезов, управляемых силой мысли и даже передающих ощущения от искусственных пальцев в мозг. В 2010 году английская фирма «RSL Steeper» представила биопротез руки, с помощью которого человек способен открывать дверь ключом, разбивать яйца на сковородку, снимать деньги в банкомате и даже держать пластиковый стакан. Его можно раздавить при чрезмерном усилии, но ученые добились того, что силу сжатия пальцев можно варьировать.

     В 2016 году был создан протез, которым можно управлять не только силой мысли, но изделие оснащено датчиками чувствительности, подключенными к нервным окончаниям культи. Таким образом создана обратная связь, пациент может ощущать тепло.

     Пока такие протезы достаточно дорогие. Но уже в ближайшее время можно рассчитывать на их более широкую доступность.

15. ТАЙНЫЕ КОМНАТЫ В ГРОБНИЦЕ ТУТАНХАМОНА —

Археологи при помощи специальной радиолокационной установки обнаружили в гробнице две тайные комнаты.

     По мнению специалистов, гробница, в которой ранее покоился правитель древнего Египта, была приготовлена для Нефертити. Но из-за внезапной ранней смерти Тутанхамона его положили именно здесь.

10 самых важных изобретений 21-го века в области медицины — Архив публикаций и новостных статей портала DISLIFE

Начало 21 века ознаменовалось многими открытиями в области медицины, о которых еще 10-20 лет назад писали в фантастических романах, а сами пациенты о них могли лишь мечтать. И хотя многие из этих открытий ждет длинная дорога внедрения в клиническую практику, они уже относятся не к разряду концептуальных разработок, а являются реально работающими устройствами, пусть пока и не массово применяющимися в медицинской практике.

1. Искусственное сердце AbioCor

В июле 2001 года группа хирургов из Луисвилля (Кентукки) сумела имплантировать пациенту искусственное сердце нового поколения. Устройство, получившее название AbioCor, было имплантировано человеку, который страдал от сердечной недостаточности. Искусственное сердце разработано компанией Abiomed, Inc.. Хотя подобные устройства использовались и раньше, AbioCor является наиболее совершенным в своём роде.

В предыдущих версиях пациент должен был быть присоединён к огромной консоли через трубки и проводки, которые вживлялись ему через кожу. Это означало, что человек оставался прикованным к кровати. AbioCor же полностью автономно существует внутри человеческого тела, и ему не нужны дополнительные трубки или проводки, которые выходят наружу.

2. Биоискусственная печень

Идея создания биоискусственной печени пришла в голову доктору Кенннету Матсумуре (Kenneth Matsumura), который решил по-новому подойти к вопросу. Учёный создал устройство, которое использует клетки печени, собранные у животных. Приспособление считается биоискусственным, поскольку оно состоит из биологического и искусственного материала. В 2001 году биоискусственная печень была названа Изобретением года по версии журнала TIME.

3. Таблетка с камерой

С помощью такой таблетки можно диагностировать рак на самых ранних стадиях. Устройство было создано с целью получать качественные цветные изображения в ограниченных пространствах. Таблетка-камера может зафиксировать признаки рака пищевода, её размер приблизительно равняется ширине ногтя взрослого человека и дважды его длиннее.

4. Бионические контактные линзы

Бионические контактные линзы разработали исследователи Вашингтонского университета (University of Washington). Они сумели соединить эластичные контактные линзы с отпечатанной электронной схемой. Это изобретение помогает пользователю видеть мир, накладывая компьютеризированные картинки поверх его собственного зрения. По словам изобретателей, бионические контактные линзы могут пригодиться шофёрам и пилотам, показывая им маршруты, информацию о погоде или транспортных средствах. В дополнение, эти контактные линзы могут следить за такими физическими показателями человека как уровень холестерола, присутствие бактерий и вирусов. Собранные данные могут быть отправлены на компьютер при помощью беспроводной передачи.

5. Бионическая рука iLIMB

Созданная Дэвидом Глоу (David Gow) в 2007 году, бионическая рука iLIMB стала первой в мире искусственной конечностью, которая снабжена пятью индивидуально механизированными пальцами. Пользователи устройства смогут брать в руку объекты различной формы — например, ручки чашек. iLIMB состоит из 3 отдельных частей: 4-х пальцев, большого пальца и ладони. Каждая из частей содержит свою систему управления.

6. Роботы-помощники во время операций

Хирурги уже некоторое время пользуются роботизированными руками, однако теперь появился робот, который может самостоятельно проводить операцию. Группа учёных из Университета Дьюка (Duke University) уже протестировала робота. Они использовали его на мёртвой индейке (поскольку мясо индейки имеет схожую структуру с человеческим). Успешность роботов оценивается в 93%. Конечно, ещё рано говорить об автономных роботах-хирургах, однако данное изобретение является серьёзным шагом в этом направлении.

7. Устройство, читающее мысли

«Чтение мыслей» — термин, используемый психологами, который подразумевает подсознательное обнаружение и анализ невербальных сигналов, например, выражений лица или движений головы. Такие сигналы помогают людям понять эмоциональное состояние друг друга. Это изобретение является детищем трёх учёных из MIT Media Lab. Читающая мысли машина сканирует сигналы мозга пользователя и оповещает о них тех, с кем происходит общение. Устройство может быть использовано для работы с аутистами.

8. Elekta Axesse

Elekta Axesse — это современное устройство для борьбы с раком. Оно было создано с целью лечить опухоли по всему телу — в позвоночнике, лёгких, простате, печени и многих других. Elekta Axesse совмещает в себе несколько функциональных возможностей. Устройство может производить стереотаксическую радиохирургию, стереотаксическую лучевую терапию, радиохирургию. Во время лечения доктора имеют возможность наблюдать 3D-изображение участка, который будет обработан.

9. Экзоскелет eLEGS

Экзоскелет eLEGS является одним из наиболее впечатляющих изобретений 21-го века. Он прост в использовании, и пациенты могут носить его не только в больнице, но и дома. Устройство позволяет стоять, ходить и даже подниматься по ступенькам. Экзоскелет подходит для людей ростом от 157 см до 193 см и весом до 100 кг.

10 . Глазописец

Это устройство с целью помочь в общении людям, прикованным к постели. Глазописец — общее творение исследователей из Ebeling Group, Not Impossible Foundation и Graffiti Research Lab. В основе технологии лежат дешёвые, отслеживающие движение глаз очки, оснащённые программным обеспечением с открытым исходным кодом. Такие очки позволяют людям, страдающим нервно-мышечным синдромом, общаться, рисуя или записывая на экране при помощи фиксирования движения глаз и преобразования его в линии на дисплее.

Екатерина Мартыненко

Источник: science.ua

Самые заметные достижения науки десятилетия

Как известно, создание научно-технических инноваций всегда отмечалось определенными прорывами в социально-экономической сфере общества. Находясь на пороге завершения второго десятилетия XXI века, мы можем с уверенностью говорить о том, что прошедшая декада как ничто другое смогла показать масштабность подобных изменений. Если череда новых свершений будет продолжаться в нынешнем темпе, то облик следующих десяти лет — от информационных технологий до прикладной бионауки и энергетики — будет все больше зависеть от сделанных за второе десятилетие открытий. Так какие же именно научные события стали эпохальными за последнюю декаду?

Каким же станет второе десятилетие XXI века с точки зрения науки?

Открытия второго десятилетия XXI века

Согласно статье, опубликованной на портале nature.com, развитие механизмов искусственного интеллекта (ИИ) стало одной из наиболее приоритетных задач второй декады XXI века. Так, именно в данном десятилетии ИИ научилось проявлять свою мощь и разрушительный потенциал, и, хотя подобная революция машинного обучения коснулась лишь немногих областей, например, материаловедения, медицины и квантовой физики, большинство из нас уже сейчас уверено, что большое количество работы, выполняемой в настоящее время людьми, может быть быстрее и проще выполнено неодушевленным ИИ. И хотя говорить об опасности восстания роботов нам еще рано, уже завтрашние машины должны будут использовать нюансные рассуждения и более точные представления о реальности, в некотором плане превосходя аналогичные человеческие показатели.

Влияние информационной революции второй декады XXI века наиболее сильно ощущалось и в богатых данными областях исследований. Так, естественные науки смогли преобразовать изучение микробиома и генетического материала известных микроорганизмов, коренным образом повлияв на медицинское восприятие человечества. Перепрограммирование зрелых человеческих клеток в состояние стволовых также стало одной из основных целей человечества. Открытие способности к трансформированию данного вида клеток одновременно в несколько типов тканей открывает огромные перспективы для выращивания новых клеток практически любого сорта и назначения. Уже сегодня новейший метод применяется при лечении дегенерации нервной ткани или сетчатки глаз, хотя и требует дальнейшей разработки.

Читайте также: 9 явлений и феноменов, которые наука пока не может объяснить

Применение технологии CRISPR или редактирования генома получило одобрение на реализацию в ряде мировых держав

Несмотря на всю свою скандальность, именно в 2010-х годах была впервые применена технология CRISPR, направленная на редактирование человеческого генома. Если ранее все сходились на том, что ни один ученый не пойдет так далеко, чтобы решиться на изменение гена в зародышевой линии — яйцеклетке или даже эмбрионе, учитывая при этом все потенциальные опасности для любого полученного таким образом ребенка, то в ноябре 2018 года ситуация коренным образом изменилась. Так, китайский исследователь Хэ Цзянькуй объявил, что он использовал технологию CRISPR при редактировании гена у двух новорожденных девочек, которые были рождены в результате экстракорпорального оплодотворения, вызвав при этом всемирное осуждение. Что же, пожалуй, вопрос решения морально-этических проблем современной науки грозит стать одним из наиболее волнующих в грядущем новом десятилетии.

Какими были главные достижения физики второго десятилетия XXI века?

Подтверждение нахождения в 2008 году знаменитого бозона Хиггса при помощи Большого Адронного Коллайдера в Женеве состоялось в 2012 году — начале второй декады уходящего десятилетия. Когда спустя четыре года исследователи объявили об обнаружении гравитационных волн, тем самым в очередной раз подтвердив теорию относительности Эйнштейна, человечеству удалось немного продвинуться вперед в поисках своего места во Вселенной. С появлением новых детекторов и мощной модернизацией существующих приборов, гравитационные волны теперь являются официально признанными явлениями, наряду с привычными электромагнитными частотами и радиоволнами.

Точно таким же образом ознаменовалось и создание первых квантовых компьютеров компаниями IBM и Google, которые, ко всему прочему, начали вести борьбу за первенство обретения наиболее мощных квантово-битных массивов. Пожалуй, исход подобной конкуренции двух гигантов современной цифровой индустрии мы сможем пронаблюдать уже в начале нового десятилетия. В то время как весь мир следит за новостями из США, Китай не стоит на месте, став первым в мире государством, которое применило квантовую телепортацию для безопасной передачи данных через спутник и волоконно-оптическую сеть на пути к созданию полноценного квантового интернета.

Создание квантового интернета может полностью изменить человеческое общество

Борьба с климатическим кризисом

Беспокоящие многих темпы глобального потепления наиболее ярко проявились именно в последнее десятилетие. Так, вторая половина десятилетия, начиная с 2015 года, оказалась самой теплой за последние пять лет, согласно данным Всемирной метеорологической организации. Подобные показатели означают, что 2020-е годы будут решающими для судьбы человечества. Если выбросы углекислого газа не будут резко сокращены к 2030 году, мы рискуем ступить на непознанную территорию, которая включает возможность повсеместной потери антарктического льда и затопления огромного количества прибрежных регионов большинства континентов.

А какое мнение по поводу уходящего десятилетия сложилось у вас? Поделитесь своим комментарием с нашими читателями в официальном Telegram-чате Hi-News.

Высокие технологии

Для отправки комментария вы должны или

Физика в XXI веке | КПИ им. Игоря Сикорского

Изменения, происходящие в развитии человечества, поражают. Буквально на глазах одного-двух поколений технический и даже бытовой ландшафт нашего бытия изменился кардинально, что полностью опирается на открытия в науке. Это признал и президент США Барак Обама, который в апреле с.г., выступая перед членами НАН США, заявил, что «все цивилизационные завоевания человечества обязаны науке» и «наука нам нужна как никогда раньше». Любой молодой человек или школьник может узнать из газет, телевидения, но, прежде всего, от родителей (которые, не исключено, родились, когда еще не было ни полетов в космическое пространство, ни цветного, а тем более цифрового телевидения, ни мобильной связи, ни много-много чего еще), как было и как есть сейчас. А если сравнивать развитие уже самой науки как отдельной отрасли в течении ее истории, что по сути насчитывает не более 300-400 лет, то становится очевидным, что оно только ускоряется. Особенно заметным это ускорение стало во второй половине прошлого века, и нет никаких сомнений, что в ближайшем будущем оно, как минимум, не затормозится. При этом гигантскими шагами идет накопление и необходимость обработки огромных объемов разнообразной информации, что не позволяет в одной, даже относительно большой, статье попробовать хотя бы примерно ответить на вопрос: а что же нас ждет в веке, в который человечество только вступило?

На него трудно ответить и в том случае, если речь идет только об одной из наук, но я рискну поделиться с молодежью, которая читает «Киевский политехник», своими мыслями по физике. На это меня вдохновляет большая собственная вера в непреодолимую силу науки, которая давно, прямо по выражению Карла Маркса, превратилась в самую мощную производительную силу. Если сравнивать роль той или иной естественной науки, то достаточно легко убедиться, что ведущее место среди них, безусловно, занимает физика. Такой вывод следует из того, что она изо всех естественных наук наиболее фундаментальная, или такая, что изучает наиболее глубокие и наиболее общие законы природы. Открытые ней (или, точнее сказать, физиками) закономерности лежат в основе и химических, и биологических, и геологических и космологических процессов.

Однако начну с прошлого и фрагментарно прослежу, какой была и к чему привела физика предыдущего, ХХ века. Чаще всего сегодняшние студенты знают о нем, как о веке революций, мировых войн и социальных потрясений. Но в то же время страны не только воевали друг с другом за территории и природные ресурсы, а люди в них отстаивали свои социальные права. Непрерывные поиски шли и в научных (прежде всего, университетских) лабораториях — вспомним хотя бы КПИ, где, несмотря на войны, революции и мировые кризисы сравнительно небольшие группы энтузиастов самоотверженно выполняли выбранное ими для себя, но очень нужное всем дело — познание тайн и исследование свойств окружающей материи — от микро- до макромира. Позже все это и составило предмет физического научного подхода. Поэтому осмелюсь утверждать, что с полным правом прошлый век можно и нужно называть веком физики. Именно ее развитием обусловлен невероятный технико-технологический прогресс человечества и его наиболее известные научные, технические и инженерные достижения (среди которых, если честно, не все с пометкой «плюс», если вспомнить хотя бы оружие массового уничтожения). И важно понимать, что невиданные возможности общества в значительной мере обязаны открытиям в области знаний, которая, быстро и непредсказуемо развиваясь, одновременно остается и одной из древнейших, поскольку гении античного естествознания Аристотель, Архимед, Демокрит и другие отделены от нас более чем двумя тысячелетиями . Если же вернуться к физике ХХ века, то уверен, что не ошибусь, если заявлю, что ее основным достижением стало торжество идеи квантов и построение квантовой теории.

Догадка о квантах не была выдумкой гениального ума, а, как и подавляющее большинство других глубоких идей, созрела на фоне эксперимента и неоспоримых фактов. В частности, выяснилось, что кванты составляют основной элемент гипотезы, что ведет к конечному успеху в понимании определенного вопроса. Немного подробнее напомню, что они были привлечены для объяснения спектра излучения абсолютно черного тела.

Первым, кому удалось сделать важный шаг, стал, как известно даже школьникам, выдающийся немецкий физик-теоретик М. Планк. В безудержном желании установить ключевые закономерности излучения абсолютно черного тела, он вынужденно принял гипотезу о «порционности» энергии элементарных излучателей, спектр которых в классической физике всегда рассматривался как непрерывный. Исследователь же проявил научную смелость и предположил совершенно противоположное. Путем внедрения новой фундаментальной постоянной — теперь общеизвестной постоянной Планка — ему удалось достичь идеального согласования развитой теории с экспериментальной картиной. День 14 декабря 1900 года, когда Планк обнародовал перед членами Немецкого физического общества свою теорию излучения, считается днем рождения квантовой теории.

Довольно скоро, чтобы описать фотоэффект, идею квантов подхватил и развил А. Эйнштейн. Впоследствии датчанин Н. Бор, немец В.Гейзенберг, француз Л.де Бройль, австриец Е.Шредингер, швейцарец В.Паули, англичанин П.Дирак и другие довели ее до логического завершения, сделав квантовую теорию целостным и по сути единственным рабочим инструментом для вычисления любых измеряемых данных микромира. Сказанное ярко демонстрирует, насколько мощный интеллектуальный «интернационал» присоединился к решению актуальных проблем физической науки, которая фактически уже в позапрошлом веке перестала чувствовать границы государств, наций и народов. Должны быть и почти всегда являются национальными культура и искусство, не говоря уже о языке, а вот физика, как бы к этому ни относиться, является объективным и изначально общемировым произведением. Поэтому не будет преувеличением заявить, что глобализация, охватившая и другие континенты, началась в естественных науках задолго до того, как ее осознали мыслители, философы, газетчики.

Рассказывая о физике ХХ века, нельзя обойти вышеупомянутую ее роль в развитии техники и передовых технологий. Однако это далеко не главное или, честно говоря, не вся правда. Не менее, а, по-моему, даже более важным является то, что законы физики, включая общие законы о строении пространства-времени, заложили основы последовательного и предсказуемого понимания законов химии, геологии, механики, материаловедения и тому подобное. С другой стороны, физика является мировоззренческой наукой и в перспективе должна стать — в это верят даже ярые биологи — решающим звеном в проникновении в не до конца понятные и пока не формализованные законы живой материи.

Конечно, физики уверены, что физика и дальше будет главной силой научно-технического прогресса. И если квантовая теория — фундамент физики — действительно является вершиной современного познания, то, чтобы представить или спрогнозировать, каким путем она будет развиваться в будущем, надо определить, какие события в физике оказали наибольшее влияние на ход ХХ века. Понятно, что у разных специалистов свой «гамбургский счет», поэтому такие перечни могут весьма существенно различаться. Но я придерживаюсь мнения выдающихся физиков современности — единственного дважды лауреата Нобелевской премии за открытия в области физики американского теоретика Дж.Бардина и Нобелевского лауреата российского экспериментатора Ж.И.Алферова. Они среди многих возможных выделили три определяющие события.

Первое — это открытие в 1938 году искусственного деления ядер, сделанное немецким химиком О.Ганом, который измерял особенности рассеяния нейтронов на уране. Из полученных, что стали крайне важными, данных распада урановых ядер исследователям быстро стала понятной принципиальная возможность ядерных взрывных процессов, которые, будучи сверхмощными, в неуправляемом режиме легли в основу созданного вскоре ядерного оружия, а в управляемом — определяют полезную работу ядерной техники, наиболее известным гражданам творением которой являются атомные электростанции. Наличие ядерного оружия или ядерной энергетики является теперь одним из главных факторов, по которым можно оценивать военный или промышленный потенциал того или иного государства.

Думаю, не стоит оставлять без внимания молодежи и такие научно-исторические факты, что первая в мире атомная бомба была взорвана американцами летом 1945 года, а первая работающая атомная станция была построена в Советском Союзе в 1955 году. Довольно скоро атомного оружия стало так много, что это стало угрозой миру, поэтому разные страны с ее избытком пришли к выводу об ограничении проектирования и производства новых атомных изделий военного направления. Что касается атомных станций, то, наоборот, они стали широко использоваться в электроэнергетике и здесь наблюдается постоянный рост их количества. Сейчас есть страны, в частности Украина, где ядерная составляющая в производстве электроэнергии достигла или превышает тепло- и гидроэлектрическую составляющие, а тем более взнос от так называемого альтернативного электричества (например, ветрового или солнечного).

Однако после чернобыльской катастрофы (причины которой окончательно, между прочим, так и не обнародованы) отношение нашей общественности к ядерному способу получения электроэнергии, который грозит экологическими потрясениями, достаточно сложное и неблагоприятное. Тем не менее, абсолютное большинство (в том числе, отечественных) физиков-ядерщиков и энергетиков не сомневаются, что в ближайшей перспективе человечеству не удастся отойти от интенсивного развития этой отрасли, поскольку традиционные и широко используемые источники энергии — уголь, нефть и газ — в целом, хотя и по-разному во времени, ограничены. С этого однозначно следует, что ядерная физика и ядерная техника должны оставаться среди приоритетов научной отрасли, если люди собираются увеличивать потребление энергии. А на это указывают и история, и настоящее, и имеющиеся тенденции развития всех сфер жизнедеятельности человечества. Поэтому роль КПИ, где готовятся специалисты соответствующего профиля, уверен, будет только расти.

Что касается термоядерного способа производства энергии, или, как говорят популяризаторы и фантасты, создание искусственного Солнца на Земле, то эта проблема в полном объеме еще не решена и даже примерно назвать срок, за который это произойдет, не решается никто. Несмотря на научные и прикладные успехи в этом направлении, в котором, замечу, Украина занимает одно из ведущих мест, специалисты из разных стран, будучи уверенными в принципиальной осуществимости искусственного, или управляемого, термоядерного синтеза в промышленных масштабах, тем не менее считают, что запуск экономически выгодного термоядерного реактора состоится не ранее середины XXI века. Поэтому и по этой причине можно предположить, что на «обычный» ядерный способ получения энергии остается еще достаточно много времени.

Осуществляются интенсивные поиски и других вариантов. Так, не исключено, что будут созданы материалы, благодаря которым откроется путь к дешевому использования самой солнечной энергии, хотя сейчас ни один серьезный специалист также не станет прогнозировать, когда и как физики и химики справятся со сложной материаловедческой проблемой накопления энергии Солнца, которая бесперебойно и в значительных количествах поступает на Землю, к тому же экономически приемлемого уровня. Учитывая такое положение проблемы утилизации и преобразования солнечной энергии в электрическую снова можно с уверенностью предполагать, что фундаментальные ядерные исследования в аспекте дальнейшего совершенствования и повышения безопасности производства электроэнергии должны оставаться одними из самых актуальных в течении, как минимум, первой половины XXI века, а может и дальше . Поэтому физики, технологи и инженеры будут уделять этим проблемам первостепенное внимание. Важным обещает быть и медицинское применение ядерных процессов на потребность людям, поскольку составляет одно из эффективных средств борьбы со многими неизлечимыми болезнями.

Второе из трех важнейших физических событий века состоялась в декабре 1947 года, когда американские специалисты, проводившие исследования в одной из лабораторий фирмы Bell, Дж.Бардин, У.Браттейн и У.Шокли открыли транзисторный эффект. Дело в том, что в то время значительное развитие получили радиотехника и радиолокация, где на смену ламповым усилителям пришли кристаллические, основой которых служили полупроводниковые среды. Интересно, что целью исследователей, изучавших возможности применения этих кристаллов, была фундаментальная проверка работоспособности квантовой теории в твердых телах, в первую очередь — полупроводниках. Однако, как распорядилась история, основным результатом работы группы стало несколько иное: изобретение германиевого усилителя, или точечного транзистора. А после того, как экспериментально было доказано, что главным при этом является инжекция, или впрыскивание, носителей к германию, физики догадались, какой принцип надо положить в основу создания полупроводниковой техники. Собственно, так и произошло, и явление инжекции определяет работу подавляющего большинства полупроводниковых, включая вычислительные, приборов, где используются pn-переходы. Между прочим, на нем «выросла» и вся современная бытовая техника.

Полезно также знать, что первая интегральная схема — два транзистора, несколько конденсаторов и сопротивление — была собрана вручную на одном кристалле диаметром около 2 см в 1959 году. Теперь же в современных интегральных схемах того же размера располагается в 100 млн. транзисторов и они намного экономичнее — удельная мощность каждого уменьшена примерно в 100 тыс. раз! Такие неожиданные изменения произошли всего за 40-50 лет, когда основными лозунгами прогресса были и в значительной степени еще сохраняются такие: меньше, быстрее, дешевле. Микроэлектроника и информационная техника, без которых невозможно представить нашу теперешнюю жизнь и специалисты для которых, что важно знать и новым, и будущим студентам, готовятся на нескольких факультетах и кафедрах КПИ, стали не только наиболее яркими выразителями научно-технического прогресса, но и отраслями промышленности, где занято до 50% трудоспособного населения технологически развитых стран. Однако проторенный путь постепенного уменьшения размеров до микрон и улучшения работы транзисторов себя уже по сути исчерпывает, и на пути проникновения в отрасль настоящих наноразмеров стоит вопрос о принципиально новых физических принципах, технологиях и элементной базе. Если такое действительно произойдет, то это на самом деле будет электроника нового поколения, а фактически — квантовая сфера. Возможно, ее прообразом станет молекулярная электроника, где активными рабочими элементами должны выступать отдельные молекулы. Она находится еще на этапе поисковых исследований, интенсивно развивается, уже имеет определенные достижения, но рассказ о ней требует специальной статьи с привлечением специалистов КПИ.

Наконец, третьим еще одним решающим физическим событием ХХ века стало, на мой взгляд, создание лазера.

Подчеркну, что речь идет только о выдающихся событиях именно в физике. Потому что если бы меня спросили о трех крупнейших научных открытия ХХ века, то мой выбор был бы несколько иным: как и выше, это создание квантовой механики, а кроме этого — раскрытие генетического кода и изобретение компьютеров (прежде всего, персональных). Но анализ этих открытий выходит за рамки данной статьи. Можно только гордиться, что физика и физики здесь тоже были на ведущих ролях, поскольку квантовая механика является разделом физики, генетический код разгадал физик-теоретик (между прочим, одессит по рождению и детству) Г. Гамов, а вычислительную технику невозможно представить без физического материаловедения .

Что же касается истории лазера, то она интересна и поучительна. Все началось в 1917 году, когда А. Эйнштейн, который, имея в виду объяснить распределение плотности излучения нагретыми телами (и, скорее всего, совершенно не представляя себе лазеры, но зная об атоме Бора), высказал предположение о наличии наряду с так называемыми спонтанными также и стимулированных оптических атомных переходов. Прошло еще несколько десятилетий до того момента, когда в 1957-58 годах исследователи и будущие Нобелевские лауреаты О.М.Прохоров и его ученик М. Басов смогли, опираясь на идею о стимулированное (иногда говорят — вынужденное) излучение, теоретически сформулировать принцип усиления электромагнитных волн и изобрели такой усилитель в радиочастотном диапазоне волн — мазер.

Позже в США, исходя из того же принципа, был запущен первый усилитель в оптическом диапазоне, или лазер. С тех пор мазеры и лазеры получили очень широкое применение — научное, технологическое, медицинское и, что греха таить, военное — все они также широко представлены и разрабатываются в соответствующих учебных и исследовательских подразделениях КПИ! А второе — информационное — родилось после важнейшего достижения, которым оказалась технология создания полупроводниковых гетероструктур. Первые были выращены Ж.И.Алферовым в 1967 году с вполне конкретной целью, в успех которой мало кто верил, — иметь химически разные слои в едином монокристалле, а не в слойной композиции, чио принципиально и что именно и было отмечено Нобелевской премией. Не прошло и трех лет, как зажегся полупроводниковый лазер, где накачкой служит легко управляемый электрический ток. Сейчас такие лазерные мультислойные элементы из самых разнообразных составляющих стали сердцем волоконно-оптической связи, что обеспечивает миллионы телефонных разговоров одновременно. Около 100 млн. оптических кабелей опоясывают земной шар, их количество постоянно растет, а качество — особенно помехоустойчивость — улучшается. Кроме того, лазерные полупроводниковые микроустройства, что конструируются в нашем университете, служат «иглами», снимающими звук и изображение с лазерных дисков.

В целом, несмотря на неоспоримые и многочисленные достижения, можно быть уверенным, что квантовая теория твердого тела есть и еще долго будет оставаться основой дальнейшего научно-технического прогресса, а соответствующие специалисты — выпускники КПИ — без работы не будут сидеть. Созданием новых материалов, а затем и сбором из них микросхем и, наконец, везде необходимых устройств, фактически ежедневно проверяются квантовые законы. Они постоянно в действии, потому что технологии постоянно совершенствуются, превращаясь в нанотехнологии, и, например, уже существует, хотя и в единичных экземплярах, надпрецезионное оборудование из структурного дизайна. С его помощью физики и инженеры-исследователи научились составлять атомы различных элементов в заранее заданном порядке и буквально частично строить искусственные композиции, которые сами по себе в природе не встречаются. Появился даже термин «лаборатория-на-кристалле», который отражает именно такое моделирование наноструктур. Понятно, что их свойства могут быть весьма непредсказуемыми, что открывает перспективу для глубоких и всесторонних их исследований. Важно только понимать, что с точки зрения физики размер не имеет какого-то отдельного содержания — важны только физические эффекты. Несмотря на такое замечание, это очень важная и перспективная отрасль физического (а фактически — квантового) материаловедения, которое давно вышло на путь служения человеку, хотя еще не может похвастаться производством массовых изделий.

Другой пример: один из новейших приборов последнего времени — лазер на так называемых квантовых полупроводниковых точках. Каждая из них может состоять из нескольких сотен атомов, изменением количества или формой укладки которых можно менять частоту излучения, а следовательно микроскопический по размерам объект будет иметь многоцветный спектр свечения. В целом же строительство подобных нанообъектов представляет собой, образно говоря, «квантовую алхимию». Не вызывает сомнений, что ее развитие составляет первоочередную задачу для национальных лабораторий, академий, университетов.

Добавлю, что квантовые точки — очень нестандартные образования. Их можно конструировать атом-к-атому, а можно выращивать путем молекулярно-пучковой эпитаксии. Именно точки, по мнению некоторых экспертов, являются прообразом нового типа транзисторов. Дело в том, что основное действие последних опирается на переход из одного стабильного состояния к другому. В коллективе квантовых точек состояний больше, а энергетические барьеры между ними ниже. Это означает, что соответствующие переходы могут инициироваться считанными электронами. Создание таких транзисторов, безусловно, требует нового уровня технологий, что и будут определять развитие полупроводниковой электроники, которая все больше приближается к границе, установленной самой госпожой Природой. При этом работу любого устройства, которым может быть и одиночная молекула, будут определять одноэлектронные процессы, а значит — исключительно квантовые закономерности. Они заставят работать лазерные и компьютерные компоненты, энергопотребление которых также станет мизерным, что тождественно предельно экономным.

У меня лично не вызывает сомнений, что развитие названных отраслей физики в XXI веке, как это произошло в ХХ, будет продолжать определять реальный прогресс человечества. В то же время многое в выборе научных исследований стали диктовать рынок и насущные потребности человечества, и все больше внимания уделяется развитию таких, в значительной мере прикладных направлений, как, например, борьба с угрозой глобального потепления, городская инфраструктура, технологии очистки воды, предотвращение выбросов шахтного метана и т. д., а также высокодоходные быстродействующая информационная электроника, беспроводная связь, сетевые технологии и наноиндустрия. Последняя вообще на глазах становится междисциплинарной и доминирующей, и через 3-5 лет, охватывая все больший круг проблем, объем ее мирового рынка может, по разным оценкам, превысить $ 2-3 триллиона. США уже сегодня выделяют примерно $ 10 миллиардов в год, Китай и Россия по $ 5 миллиардов. Все это, конечно, не может не учитывать любой молодой человек, который начинает учиться и думает о своей будущей (в том числе, финансовой) успешности. Последняя, у меня нет сомнений, может быть достигнута только на основе передового образования, что готовит и к научной деятельности.

Но, опять надо подчеркнуть, современная наука не сводится и не может сводиться только к исследованиям, что быстро и многократно окупаются, и природное любопытство человека будет побуждать его к новым и новым поискам, единственным самодостаточным следствием которых будет исключительно познания. При этом вопроса о полезных применениях полученного знания может вообще не быть. Речь, конечно, идет о естественных науках, которые отличаются не только содержанием (что очевидно), но и «выходами на внешний мир». Для каждой из них ситуация действительно разная, поскольку некоторые науки — скажем, о Земле или химия, биология, медицина — легко находят потребителя. А вот открытия в астрономии, космологии, физике высоких энергий, которые к тому же почти всегда требуют чрезвычайно дорогостоящего оборудования, прямых связей с насущными потребностями человека, на первый взгляд, совсем не предусматривают (более того, ученые о них в основном вовсе и не заботятся). Приборы для этих фундаментальных дисциплин настолько дорогие, что часто не подъемные и для хорошо развитых стран. Поэтому популярными — а лучше сказать, что неизбежными — стали совместные исследования ученых разных стран в международных научных центрах, деньги в работу которых одновременно вкладывают несколько стран. Тем не менее, возникает резонный вопрос: «Зачем государствам тратить немалые средства на то, что не дает непосредственной выгоды и почему бы не развивать только прикладные отрасли, относительно быструю и понятную отдачу которых легко объяснить налогоплательщикам?»

На этот законный «запрос» должен сказать следующее. Весь мировой опыт, должен твердо осознавать и студент, учит: такой путь является ошибочным. Достаточно привести лишь два аргумента. Прежде всего, несмотря на отсутствие непосредственного внедрения, так называемые побочные результаты, или косвенное применение результатов, очень часто становятся неоценимым. Вспомним хотя бы суперкомпьютеры, сверхпроводящие магниты, ускорители и детекторы различных излучений, томографы, компьютерные сети, спутниковая связь, Интернет — все это зарождалось благодаря исключительно фундаментальным физическим исследованиям. В думающего человека это удивления не вызывает — физики уже давно работают на пределе возможного, стандартных, адекватных поставленным целям, приборов не существует и их необходимо создавать «под задачу». Свежий яркий пример — строительство и запуск осенью 2008 года Большого адронного коллайдера в Международном ядерном центре (ЦЕРН) в Женеве для наблюдения процессов рождения и взаимных превращений новых элементарных частиц. Объем получаемых данных при этом ожидается таким, что соизмеримый с существующим в мире, а анализ соответствующей информации не способен сделать ни один среди существующих суперкомпьютеров. Попытки найти способ ее обработки привели к созданию отсутствующего ранее вычислительного Интернета, получившего название грид-технологии. Коллайдер еще не вышел на полную мощность, а грид-вычисления уже применяются не только физиками и математиками-вычислителем, но и фармакологами при синтезе новых веществ для лекарств, экономистами для оценок работы предприятий, метеорологами при прогнозах погоды, геофизиками при выяснении рисков землетрясений , экологами при определении степени загрязнения окружающей среды парниковыми газами в результате работы топливно-энергетических компаний и использования транспорта. Очевидно, что будут и новые использования. Приятно лишь отметить, что неплохая грид-сеть уже есть и работает в Украине, объединяя вычислительные кластеры НАН Украины, КНУ им. Тараса Шевченка, НТУУ «КПИ» и ЦЕРНа (Швейцария).

Еще одним аргументом в пользу необходимости поддержки фундаментальных направлений является то, что для эффективного продвижения прикладных работ физические лаборатории, пусть не связаны с соответствующей тематикой, оказываются крайне полезными как для оперативной помощи в непредвиденных ситуациях, так и предварительной экспертизы намерений, которая вообще отсекает запрещенные наукой пути, а следовательно, таким образом, существенно ускоряет и удешевляет прикладные разработки. Наконец, международная кооперация в области фундаментальных исследований позволяет любой стране находиться на новейших технологических направлениях и отслеживать технические ноу-хау, что тоже немаловажно для сохранения своей конкурентоспособности в нашем довольно жестком мире.

Какие же интересные задачи фундаментальных исследований можно было бы определить и сформулировать для молодого человека, который мечтает о профессии физика? Конечно, их много, и, по моему мнению, такими, например, являются:

Могут законы физики быть унифицированы?
Являются ли фундаментальные постоянные действительно постоянными?
Одни ли мы во Вселенной?
Каково его строение и роль темной энергии — слабо взаимодействующей субстанции, которая пронизывает все пространство видимой Вселенной и открытие которой стало сенсацией номер один на рубеже ХХ-ХХI веков?
Являются ли более глубокими физические принципы, чем принцип неопределенности или нелокальности?
Откуда приходят лучи с ультравысокими энергиями?
В чем заключается механизм высокотемпературной сверхпроводимости и вообще есть ли ограничения на температуру ее появления?
Как зависят свойства воды от ее структуры?
Что такое стекло и стеклянное состояние?
Что управляет Солнечными циклами?
Почему направление магнитного поля Земли время от времени меняется?
Почему происходят землетрясения и как их предвидеть?

Еще больше вопросов возникает перед физикой, когда она и физики обращаются к наукам о жизни и одно, на мой взгляд, из самых интересных:

Как биомолекулы узнают друг друга?

А вообще таких вопросов на границе между физикой и биологией множество, и мне кажется, что век, в котором мы находимся, должен стать веком биологии, которая все больше будет превращаться в физику живой материи.

Как было отмечено в начале статьи, развитие техники, что опирается на научные открытия и достижения фундаментальных исследований, непрерывно. И ни один человек, даже, допустим, известный футуролог, не в состоянии предусмотреть все перспективы познания в полном объеме, а высказанные мной свои мысли опираются только на известные мне нынешние достижения и немножко — на историю физики.

XXI век только начался, и хотя мы все чувствуем, что огромное развитие физики в предыдущем веке действительно сказалось на качестве нашей жизни, мы все еще далеки от момента — и наступит ли он? — когда сможем прийти к выводу, что наука вообще и физика в частности себя исчерпали. Я лично не верю, что такое вообще может произойти. Следовательно, не будет преувеличением сказать, что углубленное выяснения физической природы всего сущего — это центральная проблема естествознания на все будущие времена. Работы хватит на всех, кто посвятит свою жизнь науке и достижению этой грандиозной цели.

Самые значимые научные открытия 21 века

Репетиторы
❯

Это интересно
❯
Самые значимые научные открытия 21 века

Автор: Редакция TutorOnline

●

26. 05.2020

●

Раздел: Это интересно

С начала XXI века прошло всего лишь 20 лет, но мы уже стали свидетелями немалого количества значимых открытий почти во всех областях науки. Несмотря на то, что сейчас мы можем сомневаться в важности тех или иных находок ученых, велика вероятность, что спустя еще 20 лет именно сегодняшние открытия станут основой прорыва, технологической революции.

Физика – квантовая телепортация

Речь идет об открытии возможности передачи квантового состояния на расстояние, при которой состояние разрушается в точке отправления и воссоздается в точке приема. Это понятие не равносильно популярному среди фантастов «телепорту», так как последний подразумевает перемещение энергии или вещества.

Первые эксперименты по квантовой телепортации были проведены еще в 1997 году двумя группами физиков под руководством Антона Цайлингера (Университет Инсбрука) и Франческо де Мартини (Университет Рима), а к настоящему моменту было проведено еще более 10 экспериментов. Последний успех на сегодняшний день принадлежит китайским ученым, которым удалось провести телепортацию между Землей и космосом на расстоянии более 1200 км.

Важность этого открытия состоит в том, что оно еще на шаг приближает создание квантовых компьютеров и реализацию квантового шифрования, при котором передаваемая информация принципиально не может быть перехвачена.

Астрономия – обнаружение воды на Марсе

В 2018 году автоматическая межпланетная станция «Марс Экспресс» Европейского космического агентства обнаружила существование подледного озера на Марсе на глубине 1,5 км шириной около 20 км. Трудно переоценить важность существования воды на планете, которая в далеком (а, может быть, и не таком далеком) будущем может стать вторым домом для человека. Конечно, говорить о полноценной колонизации Марса еще рано, но наличие там воды существенно облегчит эту задачу.

Химия – литий-ионный аккумулятор

Изобретение данного вида аккумуляторов относится к 90-ым годам прошлого века, однако «доведение их до ума» произошло относительно недавно. В 2019 году сразу три ученых получили Нобелевскую премию за развитие литий-ионных батарей: Джон Гуденаф, Стенли Уиттингем и Акира Йошино.

Значимость литий-ионных аккумуляторов заключается в их компактности и относительной долговечности. Именно эти характеристики позволили использовать их в абсолютном большинстве современных портативных устройств, что сделало нашу жизнь намного удобнее.

Медицина – распознавание ранней стадии рака легких по дыханию

Ученые израильского института Technion в 2015 году разработали метод выявления рака легких на ранней стадии с помощью созданного еще в 2013 году профессором Хассамом Хейком устройства анализа дыхания Na-Nose. После проведенных клинических испытаний было выявлено, что данный метод обнаруживает раковую опухоль с точностью 92%.

Данный метод существенно ускорил и удешевил диагностику рака легких даже на ранних стадиях, а при ежегодной смертности от этого заболевания в 2 млн. человек данное открытие — действительно большое достижение.

Бионика – создание бионических протезов, контролируемых усилием мысли

Первые образцы таких устройств появились в 2013 году, но уже сейчас они стали распространенным явлением. Эмуляция осязательных ощущений позволяет человеку чувствовать то, что «чувствует» протез, а интерфейсы на основе работы живых систем позволяют управлять импульсом из головного мозга.

Подобные устройства позволяют в полной мере восстанавливать утраченные конечности и вернуться к нормальной жизни. Совсем скоро бионические протезы перестанут быть чем-то экзотическим и станут неотъемлемой частью нашей жизни.

Биология – получение стволовых клеток из зрелых тканей

В 2006 году английский биолог Джон Гордон и его японский коллега Синъя Яманака смогли создать из обычных клеток стволовые. По сути, это открытие, за которое они в 2012 году получили Нобелевскую премию, делает возможным выращивание любого человеческого органа. На стволовые клетки возлагаются большие надежды, связанные с увеличением эффективности терапии рака, регенеративной медицины и даже с клонированием человека.

Материаловедение – создание графена

Материал, представляющий собой модификацию углерода, впервые был получен русскими физиками Констатином Новоселовым и Андреем Гаймом в 2004 году. В настоящее время материал исследуется и уже применяется в некоторых изделиях.

Важные особенности графена:

• сверхпрочность;
• исключительные проводниковые качества;
• высокая теплопроводность.

Особые надежды возлагаются на графен в плане его применения в сверхъемких аккумуляторах, которые могут быть эффективно использованы в электромобилях.

Все эти открытия, несомненно, качественно изменят нашу жизнь к лучшему и станут основой для еще более серьезных прорывов. Нам же остается только ждать, когда продукты мысли ученых найдут реальную и доступную реализацию.

© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Физика

Курсы по физике 10 класс

Математика

Математика 11 класс

Математика

Курсы по геометрии 8 класс

История России

Курс подготовки к ГИА по «Истории»

Испанский язык

Курсы испанского для начинающих

Цифровая фотография

Курс цифровой фотографии

Математика

Курсы по математике 10 класс

Математика

Курсы по алгебре 7 класс

Наука, технологии и инновации для 21 века.

Заседание Комитета ОЭСР по научно-технической политике на уровне министров, 29-30 января 2004 г. — Итоговое коммюнике

30.01.2004

1. Комитет ОЭСР по научно-технической политике провел заседание на уровне министров 29 30 Январь 2004 г. На совещании председательствовал министр науки Австралии г-н Питер МакГоран, министр исследований и новых технологий Франции г-жа Клоди Эньере и генеральный директор Национальной комиссии по науке и технологиям г-н Хайме Парада Авила. (CONACyT) Мексики в качестве заместителей Председателя.

2. Встрече предшествовал Форум высокого уровня «Ключевые задачи научной и инновационной политики», в котором приняли участие видные представители научно-исследовательских институтов и бизнеса. Консультативный комитет бизнеса и промышленности (BIAC) и Консультативный комитет профсоюзов (TUAC) при ОЭСР также провели консультации с министрами.

3. Министры подчеркнули преимущества, которые общество может извлечь из достижений науки и техники. Они подтвердили, что создание и распространение знаний становятся все более важными движущими силами инноваций, устойчивого экономического роста и социального благополучия. Они подчеркнули важность обеспечения долгосрочной устойчивости исследовательского предприятия и необходимость более эффективного вовлечения гражданского общества и бизнеса в управление государственными исследованиями.

4. В ходе обсуждений министры уделили большое внимание трем вопросам, занимающим важное место в повестке дня стран ОЭСР в области науки и инновационной политики: 1) содействие укреплению отношений между научными и инновационными системами, включая изменение роли прав интеллектуальной собственности в стимулирование создания и распространения знаний; 2) обеспечение устойчивого развития кадрового потенциала науки и техники; и 3) вопросы глобального масштаба, требующие расширения международного сотрудничества в области науки и техники.

5. Министры призвали ОЭСР активизировать свою работу в области науки, технологий и инноваций и подчеркнули ее актуальность для более широкой повестки дня ОЭСР.

Соединение науки с инновациями 6. Поскольку различия между фундаментальными и проблемно-ориентированными исследованиями стираются, а потребности в том, чтобы государственные исследования в большей степени отвечали потребностям бизнеса и гражданского общества, возрастают потребности в расширении и повышении эффективности связей между наукой и инновациями. Такие связи служат как для облегчения принятия промышленностью и коммерциализации результатов исследований в государственном секторе, так и для обеспечения соответствия исследований, проводимых в государственном секторе, социальным и экономическим проблемам. Связи между наукой и инновациями могут принимать различные формы: от контрактных и совместных исследований и кадровых переводов до лицензий на технологии и создания дочерних фирм. В этой связи министры приветствовали выводы недавних отчетов ОЭСР по Управление общественными исследованиями, сравнительный анализ отношений между промышленностью и наукой и превращение науки в бизнес . Они подчеркнули важность обеспечения эффективных и прозрачных механизмов управления и финансирования государственных научно-исследовательских учреждений, более широкого использования государственно-частных партнерств для продвижения научно обоснованных инноваций, повышения мобильности исследовательского персонала и создания деловой среды, в которой оба и начинающие фирмы требуют новых научных и технологических достижений.

7. Министры разделили мнение о том, что при финансировании НИОКР или программ стимулирования фундаментальные долгосрочные исследования должны оставаться приоритетом. Это поможет обеспечить, чтобы университеты и государственные лаборатории могли продолжать исследовать границы знаний на широком фронте, оставаться надежными источниками объективных научных знаний и выполнять свою важнейшую роль в подготовке будущих исследователей и квалифицированных специалистов. Министры согласились с тем, что государственные стимулы для деловых НИОКР должны развиваться, чтобы лучше учитывать более широкий аутсорсинг НИОКР среди фирм, растущие возможности финансирования, предлагаемые современными финансовыми рынками, и роль некоммерческих организаций в финансировании исследований.

8. Министры признали необходимость повышения качества исследований и увеличения их экономических и социальных выгод при обеспечении определенной степени стабильности и автономии для государственных научно-исследовательских учреждений. Они согласились с тем, что баланс между финансированием проектов, присуждаемым на конкурсной основе, и грантами институционального блока, возможно, необходимо пересмотреть. Они также согласились с тем, что следует обеспечить широкий доступ к знаниям, полученным в результате исследований, финансируемых государством, и что необходимы этические принципы для предотвращения или разрешения конфликтов интересов между исследователями, участвующими в сотрудничестве с промышленностью.

9. Растущее внимание к связям промышленности и науки привело к появлению новых типов программ и поставило новые цели для существующих. Поэтому необходимо пересмотреть способы оценки деятельности государственных исследовательских организаций и эффективности государственной поддержки НИОКР бизнеса. Министры подчеркнули важность оценки и отметили потребность в передовом опыте в отношении методологий и институциональных механизмов оценки, отражающих меняющиеся политические приоритеты и инструменты.

Адаптация режимов ПИС

10. Патентование быстро ускорилось за последнее десятилетие, при этом количество патентных заявок, поданных в Европе, Японии и США, увеличилось на 40% в период с 1992 по 2002 год, с 600 000 до 850 000. в год. Влияние такого патентования на стимулы к инновациям, на распространение научных и технических знаний и на конкуренцию остается неясным и различается в зависимости от отрасли и области техники. В этой связи министры приветствовали доклад ОЭСР «Патенты и инновации: тенденции и задачи политики» и призвали ОЭСР продолжить работу в этой области.

11. Случаи ограниченного доступа к запатентованным изобретениям и задержек в проведении или публикации исследований указывают на то, что правительства должны сохранять бдительность, чтобы патентование не препятствовало без необходимости доступу к знаниям, не уменьшало стимулы к распространению знаний и не препятствовало — по инновациям. Министры признали растущую важность патентных лицензий и других рыночных операций в содействии распространению знаний и согласились с тем, что политика должна поощрять их развитие. Министры также разделили мнение о том, что режимы ПИС должны защищать доступ исследователей к фундаментальным изобретениям, например, путем предоставления исключений для использования запатентованных изобретений в научных целях.

12. Чем более важными для экономического роста и эффективности становятся патенты, тем более необходимо будет обеспечивать качество выдаваемых патентов при минимизации их общих затрат для общества. Министры приветствовали шаги, которые ряд стран уже предприняли в этом направлении, и согласились с тем, что передовой опыт в этой области следует перенимать. В этом контексте они призвали к развитию усилий по налаживанию более тесного сотрудничества между основными патентными ведомствами в целях создания более согласованной глобальной патентной системы.

Создание высококвалифицированных и мобильных научных кадров для будущего

13. На фоне растущего спроса на человеческие ресурсы в области науки и техники министры выразили обеспокоенность тем, что недавнее сокращение числа выпускников научных и технических специальностей может помешать долгосрочные перспективы роста стран ОЭСР. Задача удовлетворения спроса на научно-технические таланты усложняется снижением интереса к науке среди молодежи, гендерным разрывом среди выпускников научно-технических специальностей (особенно на уровне докторантуры), быстрым старением рабочей силы в государственном исследовательском секторе, регулятивными барьерами. и рыночные препятствия для исследовательской карьеры, а также глобализация систем высшего образования и исследований.

14. Министры призвали приложить больше усилий для обеспечения достаточного количества научных и технических навыков путем: усиления политики по повышению осведомленности и понимания науки общественностью, особенно среди молодежи; повышение качества научного обучения и поощрение индивидуального творчества; расширение участия женщин и недопредставленных групп; и расширение возможностей и поддержки студентов в изучении науки и техники. В этом отношении министры признали, что высшие учебные заведения должны иметь необходимую автономию и стимулы для адаптации учебных программ к изменяющимся требованиям к навыкам, в том числе в отношении междисциплинарных знаний и управленческих/предпринимательских навыков, а также для развития партнерских отношений с промышленностью для достижения этих целей.

15. Министры также подчеркнули необходимость проведения реформ в политике управления человеческими ресурсами государственных исследовательских организаций, чтобы улучшить их реакцию на изменения в приоритетах исследований и финансирования, помочь обновить исследовательский персонал и поощрить мобильность между государственными и частными секторы исследований. Они также подчеркнули необходимость устранения препятствий со стороны спроса, которые ограничивают вклад научно-технического персонала в инновации в промышленности, в частности в МСП. Стимулы для бизнес-НИОКР в малых фирмах и партнерства в области образовательного обучения входят в число мер, которые могут стимулировать деловой спрос на выпускников научно-технических учебных заведений и повышать их способность к инновациям, а также обеспечивать молодых выпускников необходимыми навыками для работы в качестве исследователей в промышленности.

Международное сотрудничество в области науки и техники

16. Расширение международного сотрудничества в области науки и техники важно для решения широкого круга глобальных проблем, получения выгод от глобализации и реализации крупномасштабных исследовательских проектов. Министры высоко оценили деятельность ОЭСР в этой области и попросили ОЭСР продолжить эту работу. Затем министры рассмотрели ряд международных научно-технических вопросов.

Доступ к исследовательским данным

17. Министры признали, что содействие более широкому, открытому доступу к исследовательским данным и их широкому использованию повысит качество и продуктивность научных систем во всем мире. Поэтому они приняли Декларацию о доступе к исследовательским данным за счет государственного финансирования, в которой просят ОЭСР предпринять дальнейшие шаги по предложению Принципов и рекомендаций по доступу к исследовательским данным за счет государственного финансирования, принимая во внимание возможные ограничения, связанные с безопасностью, правами собственности и конфиденциальностью (Приложение 1).

Устойчивое развитие

18. Помимо признанной ими роли биотехнологии в достижении целей устойчивого развития, министры подчеркнули важность международного сотрудничества в области науки и техники для устойчивого развития, в частности, путем передачи знаний и технологий между странами-членами. и к менее развитым. Они подтвердили свою приверженность достижению целей, принятых на Всемирном саммите по устойчивому развитию, состоявшемся в Йоханнесбурге 4 сентября 2002 г., и приветствовали выводы саммита «большой восьмерки» 2003 г. в Эвиане в отношении науки и техники для устойчивого развития. Министры одобрили Декларацию о международном научно-техническом сотрудничестве в целях устойчивого развития (Приложение 2).

Биотехнология

19. Министры согласились с тем, что биотехнология является важной движущей силой устойчивого роста и развития и что для обеспечения такого роста требуется надежная инфраструктура. В связи с этим министры согласились поддержать усилия по созданию к 2006 г. основы для Глобальной сети центров биологических ресурсов (GBRCN). Они одобрили документы ОЭСР, содержащие руководство по сертификации и критериям качества для центров биологических ресурсов и для работы центров биологических ресурсов. Министры призвали ОЭСР усилить свой вклад в работу в области биотехнологии, сосредоточив внимание на обеспечении инноваций в области биотехнологии здравоохранения и на вкладе, который промышленная биотехнология может внести в экономику, в большей степени основанную на биотехнологиях. В этом контексте они одобрили доклад ОЭСР «Биотехнология для устойчивого роста и развития» и содержащиеся в нем выводы, которые, по соглашению министров, должны быть доведены до сведения министров, проводящих обзор проекта ОЭСР в области здравоохранения в мае 2004 г.

Глобальный научный форум

20. Министры приветствовали достижения Глобального научного форума ОЭСР, создание которого они одобрили на своем предыдущем заседании в 1999 году. руководители программ и ценный механизм для объединения государственных служащих с представителями научных кругов. Министры уделили особое внимание двум результатам работы Форума, которые описаны ниже. Отметив положительные результаты оценки, проведенной в конце 2003 г., министры поддержали продление мандата Глобального научного форума, призвав его изучить новые возможности для действий в областях, имеющих большое научное и социальное значение.

Физика высоких энергий

21. Министры признали важность обеспечения доступа к крупномасштабной исследовательской инфраструктуре и важность долгосрочной жизнеспособности физики высоких энергий. Они отметили всемирный консенсус научного сообщества, которое выбрало электрон-позитронный линейный коллайдер в качестве следующего объекта на базе ускорителя, чтобы дополнить и расширить открытия, которые, вероятно, будут сделаны на Большом адронном коллайдере, который в настоящее время строится в ЦЕРНе. Они согласились с тем, что планирование и реализация столь крупного многолетнего проекта должны осуществляться на глобальной основе и предусматривать консультации не только ученых, но и представителей финансирующих науку учреждений из заинтересованных стран. Соответственно, министры одобрили заявление, подготовленное Консультативной группой Глобального научного форума ОЭСР по физике высоких энергий (Приложение 3).

Нейроинформатика

22. Министры согласились с тем, что изучение человеческого мозга станет одной из самых сложных и полезных научных задач 21 века. Они отметили, что исследования мозга генерируют огромное количество самых разнообразных данных и что международное научное сообщество сталкивается с проблемой управления, анализа и обмена этими данными таким образом, чтобы оптимизировать научные преимущества, избегать дублирования усилий и максимально использовать преимущества. продолжающаяся революция в информационных и коммуникационных технологиях. Они приветствовали появление новой области нейроинформатики, которая стала предметом международных консультаций ученых и лиц, определяющих политику в области науки, под эгидой Глобального научного форума ОЭСР. Они согласились, что заинтересованные страны должны объединиться для создания оптимальных условий для расширения и международной координации этой новой области, как описано в прилагаемом документе (Приложение 4).

Повышение безопасности и защиты

23. Во время рабочего обеда министры обсудили, как наука и техника могут способствовать повышению безопасности и защиты, включая такие области, как кибербезопасность, транспортная безопасность, экологическая безопасность, кризисное управление и профилактика инфекционных заболеваний. . Для решения этих вопросов охраны и безопасности потребуется глобальный подход с участием многих заинтересованных сторон. Среди многих рассматриваемых вопросов была роль биометрии в достижении целей безопасности и охраны. Внедрение биометрии потребует значительных исследований и разработок. Также необходимо будет решить вопросы личной конфиденциальности и защиты данных. Министры согласились с тем, что создание новых биометрических устройств создаст серьезные проблемы в течение следующего десятилетия.
 
Экономика услуг

24. Министры приветствовали начало работы над экономикой услуг, которая была предложена на заседании Совета на уровне министров (MCM) 2003 года. В этом исследовании будет проанализирована роль науки, технологий и инноваций в сфере услуг для повышения общей экономической эффективности.

Области дальнейшей работы ОЭСР

25. Опираясь на ценную работу CSTP и ее вспомогательных органов — Рабочая группа по инновационной и технологической политике, Рабочая группа национальных экспертов по научно-техническим показателям, Рабочая группа по биотехнологии, Глобальная наука Форум, специальная группа по руководству и финансированию научно-исследовательских учреждений — министры предложили ОЭСР и далее развивать свою деятельность в следующих областях при условии наличия ресурсов:

___

Приложение 1
Объявление о доступе к данным исследованиям из государственного финансирования

. Принято 30 января 2004 года. , Канада, Китай, Чехия, Дания, Финляндия, Франция, Германия, Греция, Венгрия, Исландия, Ирландия, Израиль, Италия, Япония, Корея, Люксембург, Мексика, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Польша, Португалия, Российская Федерация, Словацкая Республика, Южно-Африканская Республика, Испания, Швеция, Швейцария, Турция, Великобритания и США

Признавая, что оптимальный международный обмен данными, информацией и знаниями вносит решающий вклад в развитие научных исследований и инноваций;

Признавая, что открытый доступ к данным и их неограниченное использование способствуют научному прогрессу и облегчают подготовку исследователей;

Признавая, что открытый доступ максимизирует отдачу от государственных инвестиций в усилия по сбору данных;

Признавая, что существенное увеличение вычислительной мощности позволяет использовать огромные объемы цифровых данных исследований за счет государственного финансирования для различных исследовательских целей многими научно-исследовательскими институтами глобальной научной системы, тем самым существенно увеличивая объем и масштабы исследований;

Признавая существенные выгоды, которые наука, экономика и общество в целом могут получить от возможностей, которые может предложить расширенное использование ресурсов цифровых данных, и признавая риск того, что неоправданные ограничения на доступ к данным исследований и их использование за счет государственного финансирования могут снизить качество и эффективность научных исследований и инноваций;

Признавая, что оптимальная доступность исследовательских данных за счет государственного финансирования для развивающихся стран расширит их участие в глобальной научной системе, тем самым способствуя их социальному и экономическому развитию;

Признавая, что раскрытие данных исследований за счет государственного финансирования может быть ограничено внутренним законодательством о национальной безопасности, защите частной жизни граждан и защите прав интеллектуальной собственности и коммерческой тайны, что может потребовать дополнительных мер безопасности;

Признавая, что по некоторым аспектам доступности исследовательских данных за счет государственного финансирования в странах ОЭСР были приняты или будут приняты дополнительные меры и что несоответствия в национальных правилах могут препятствовать оптимальному использованию данных, финансируемых за счет государственного финансирования, на национальном и международные весы;

Принимая во внимание положительное влияние принятия Руководящих принципов ОЭСР по защите конфиденциальности и трансграничных потоков персональных данных (1980, 1985 и 1998 гг. ) и Руководящих принципов ОЭСР по безопасности информационных систем и сетей (1992, 1997 и 2002 гг.) международная политика доступа к цифровым данным;

ЗАЯВЛЯЮТ О СВОИХ ОБЯЗАТЕЛЬСТВАХ:

Работать над созданием режимов доступа к цифровым исследовательским данным за счет государственного финансирования в соответствии со следующими целями и принципами:

Открытость: уравновешивание интересов открытого доступа к данным для повышения качества и эффективности исследований и инноваций с необходимостью ограничения доступа в некоторых случаях для защиты социальных, научных и экономических интересов.

Прозрачность: сделать информацию об организациях, производящих данные, документацию по данным, которые они производят, и спецификации условий, связанных с использованием этих данных, доступными и доступными на международном уровне.

Соответствие законодательству : уделение должного внимания при разработке режимов доступа к цифровым исследовательским данным требованиям национального законодательства в отношении национальной безопасности, конфиденциальности и коммерческой тайны.

Формальная ответственность : продвижение четких формальных институциональных правил в отношении ответственности различных сторон, участвующих в деятельности, связанной с данными, в отношении авторства, кредитов производителей, прав собственности, ограничений использования, финансовых договоренностей, этических правил, условий лицензирования и ответственности.

Профессионализм: создание институциональных правил для управления цифровыми исследовательскими данными на основе соответствующих профессиональных стандартов и ценностей, воплощенных в кодексах поведения участвующих научных сообществ.

Охрана интеллектуальной собственности : описание способов получения открытого доступа в соответствии с различными правовыми режимами авторского права или другого закона об интеллектуальной собственности, применимого к базам данных, а также к коммерческой тайне.

Совместимость: , уделяя должное внимание требованиям соответствующих международных стандартов для многоцелевого использования в сотрудничестве с другими международными организациями.

Качество и безопасность : описание передовой практики в отношении методов, приемов и инструментов, используемых при сборе, распространении и доступном архивировании данных для обеспечения контроля качества путем экспертной оценки и других средств обеспечения аутентичности, оригинальности, целостности, безопасности и установления ответственности .

Эффективность: содействие повышению экономической эффективности в глобальной научной системе путем описания передового опыта в области управления данными и специализированных вспомогательных услуг.

Подотчетность: оценка эффективности режимов доступа к данным для максимальной поддержки открытого доступа среди научного сообщества и общества в целом.

Стремиться к прозрачности правил и политик, связанных с информационными, компьютерными и коммуникационными услугами, влияющими на международные потоки данных для исследований, и снижать ненужные барьеры для международного обмена этими данными;

Принять необходимые меры для укрепления существующих инструментов и, при необходимости, создать в рамках международного и национального права новые механизмы и практики, поддерживающие международное сотрудничество в доступе к цифровым исследовательским данным;

Поддерживать инициативы ОЭСР по содействию разработке и согласованию подходов правительств, присоединившихся к настоящей Декларации, направленных на максимальное повышение доступности цифровых данных исследований;

Учитывать возможные последствия для других стран, включая развивающиеся страны и страны с переходной экономикой, при решении вопросов доступа к цифровым исследовательским данным.

ПРИГЛАШАЕМ ОЭСР:

Разработать набор руководств ОЭСР, основанных на общепринятых принципах, для облегчения оптимального экономически эффективного доступа к цифровым исследовательским данным за счет государственного финансирования, которые будут одобрены Советом ОЭСР на более позднем этапе. .

___________
(1) Включая Европейское Сообщество

___

 
ПРИЛОЖЕНИЕ 20045

принято 30 января 2004 г. в Париже

Правительства (1) Австралии, Австрии, Бельгии, Канады, Китая, Чешской Республики, Дании, Финляндии, Франции, Германии, Греции, Венгрии, Исландия, Ирландия, Израиль, Италия, Япония, Корея, Люксембург, Мексика, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Польша, Португалия, Российская Федерация, Словацкая Республика, Южно-Африканская Республика, Испания, Швеция, Швейцария, Турция, Великобритании и США

Признавая, что устойчивое развитие предполагает продвижение человечества к более процветающему и справедливому будущему в контексте сохранения окружающей среды и даже развития в отношении доступа к ресурсам, энергии, рынкам, здравоохранению и образованию;

Признавая, что устойчивое развитие привлекает все большее внимание к растущей социально-экономической взаимозависимости развитых стран с развивающимися странами и странами с переходной экономикой;

Признавая, что процесс глобализации породил новые модели сетевого взаимодействия, которые меняют способы создания, распространения и применения знаний, и что для преодоления глобального неравенства, в том числе в знания и информация;

Признавая, что глобальные научно-технические сети и платформы, объединяющие соответствующие социальные и профессиональные сообщества, способствуют расширению согласованного международного сотрудничества для более эффективного решения проблем устойчивого развития;

Признавая, что для оптимизации вклада науки и техники в устойчивое развитие необходимо расширить использование существующих национальных и международных инструментов и механизмов содействия, а также содействовать взаимовыгодному сотрудничеству между правительствами, гражданским обществом, бизнесом и промышленностью;

Признавая, что для повышения уверенности в применении науки и техники для устойчивого развития граждане нуждаются в уверенности в эффективном управлении рисками, соответствующей нормативно-правовой среде и соблюдении этических соображений специалистами-практиками в области науки и техники;

Признавая важность международного научно-технического сотрудничества как средства развития людских ресурсов и наращивания институционального потенциала для повышения компетентности в решении проблем в развивающихся странах и странах с переходной экономикой;

Признавая компетенцию Комитета ОЭСР по научно-технической политике в содействии международному научно-техническому сотрудничеству и расширению обмена информацией о научно-технической политике, а также особую роль, которую играет Глобальный научный форум в решении сложных научных вопросов а также, в более общем плане, большой вклад, который ОЭСР вносит в решение вопросов устойчивого развития, и возможности, которые существуют для предоставления развивающимся странам и странам с переходной экономикой основ передового опыта в разработке и реализации научно-технической политики для устойчивого развития. разработка;

ПОДТВЕРДИТЬ цели, изложенные в Йоханнесбургской декларации по устойчивому развитию, принятой Всемирной встречей на высшем уровне по устойчивому развитию (ВСУР) 4 сентября 2002 г.; а также конкретные действия и меры, изложенные в Плане выполнения решений ВВУР, в которых подчеркивается решающая роль науки и техники как ключевых инструментов для решения проблем устойчивого развития, включая конкретные области водных ресурсов, энергетики, здравоохранения, сельского хозяйства и биоразнообразия.

ЗАЯВЛЯЮТ, ЧТО:

Они подтверждают свою приверженность, выраженную на ВВУР, содействию устойчивому развитию посредством применения науки и техники путем усиления национальной политики и программ в области инноваций, а также расширения существующих глобальных сетей сотрудничества.

Они предпримут необходимые шаги в рамках международных соглашений, а также своих соответствующих законов и практики для укрепления существующих национальных и региональных программ финансирования исследований и разработок и инструментов для поддержки международного сотрудничества в области науки и техники для устойчивого развития, в особенно в отношении:

а) Просвещение граждан и информирование общественности в отношении безопасности и этических соображений, связанных с применением и полезностью науки и техники для устойчивого развития.

b) Укрепление потенциала развивающихся стран и стран с переходной экономикой в ​​области инноваций и создания знаний для закрепления науки и технологий в интересах устойчивого развития.

Они будут поддерживать инициативы, предпринятые CSTP, ее вспомогательными органами и, в более общем плане, ОЭСР, особенно Международным энергетическим агентством (МЭА), по содействию международному научно-техническому сотрудничеству в интересах устойчивого развития. Эти инициативы станут частью плана действий, которые необходимо отслеживать и отслеживать. Некоторые из этих мероприятий могут включать:

а) Поддержка обмена информацией об эффективных методах содействия устойчивому развитию с помощью науки и техники с целью достижения целей настоящей Декларации.
b) Внедрение инициатив, которые дополняют, но не дублируют последующие мероприятия ВВУР, которые продвигают исследования в интересах устойчивого развития и поддерживают специальные исследовательские партнерские инициативы, включая развивающиеся страны и страны с переходной экономикой. Такие инициативы могут включать:

i) Разработка новых или расширенных инициатив в области международного научного сотрудничества, направленных на решение научных аспектов проблем, представляющих глобальный интерес, в области устойчивого развития на основе оценки текущих программ международного сотрудничества.
ii) Выявление новых вариантов научно-технической политики для устойчивого развития, а также сопоставление передовой практики в поддержку создания рамочных условий для развивающихся стран и стран с переходной экономикой.
iii) Поддержка деятельности по развитию биоэкономики, возможное создание основы для сети Центров биологических ресурсов и роль биотехнологии в борьбе с инфекционными заболеваниями, особенно возникающими, забытыми болезнями.

c) Содействие диалогу на всех соответствующих форумах ОЭСР, включая МЭА, о критической взаимосвязи между наукой и технологиями и устойчивым развитием, а также о необходимости широких совместных усилий, в том числе со странами, не являющимися членами.

Они соглашаются рассмотреть прогресс, достигнутый в достижении целей настоящей Декларации, в течение трех лет и изучить необходимость новых стратегических вариантов для обеспечения наиболее эффективного использования науки и техники для устойчивого развития на соответствующих форумах ОЭСР. .

ДАЛЬНЕЙШЕЕ ЗАЯВИТЬ, ЧТО ОЭСР СЛЕДУЕТ:

Дальнейшее изложение конкретных вопросов, поднятых в рамках Плана выполнения решений ВВУР и соответствующих политических рекомендаций ОЭСР и CSTP по науке и технологиям для устойчивого развития, таких как итоги совещания ОЭСР в Сеуле Конференция «Международное научно-техническое сотрудничество: на пути к устойчивому развитию», состоявшаяся в ноябре 2000 г. и после сбора и распространения тематических исследований стран-членов и наблюдателей CSTP, оказание им практической помощи и рекомендаций по формулированию и осуществлению политики, которая использовать науку и технику в качестве инструментов устойчивого развития.

Сотрудничать с соответствующими региональными и международными организациями, а также гражданским обществом, промышленностью и бизнесом в их работе по содействию устойчивому развитию с помощью науки и техники.

Периодически проводить обзор основных событий и проблем в области устойчивого развития и науки и техники в связи с целями настоящей Декларации.

ПРИГЛАШАЕМ:

Другие страны принять во внимание это заявление.

Соответствующим международным организациям принять во внимание настоящую Декларацию при разработке или пересмотре международных инструментов для использования вклада науки и техники в устойчивое развитие.

Промышленности, бизнесу и гражданскому обществу принять во внимание цели настоящей Декларации и работать с правительствами над их достижением путем реализации программ по оптимизации вклада науки и техники в устойчивое развитие.

Заинтересованные страны и соответствующие заинтересованные стороны созвать, по возможности, в сотрудничестве с ОЭСР соответствующее мероприятие, такое как специальная конференция специалистов по вопросам, поднятым в настоящей Декларации, для дальнейшего укрепления консенсуса ВВУР в отношении применения науки и техники для устойчивого развития.

__________

(1) Включая Европейское Сообщество

___

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Консультативная группа Глобального научного форума по физике высоких энергий. Они приветствовали отчет Группы и высоко оценили ясность и всемирный консенсус, достигнутый ими в сообществе физиков высоких энергий при разработке дорожной карты для будущих крупных установок на основе ускорителей.

В частности, министры отметили несколько важных моментов, которые были сформулированы в отчете:

• Дорожная карта, которая определяет четыре взаимозависимых приоритета для глобальных объектов физики высоких энергий (HEP): i) эксплуатация существующих передовых объектов до тех пор, пока вклад этих машин не будет превзойден; ii) завершение и полная эксплуатация Большого адронного коллайдера в ЦЕРНе; iii) подготовка к разработке электрон-позитронного коллайдера следующего поколения; и iv) постоянная поддержка соответствующих НИОКР по новым конструкциям ускорителей.

• Необходимость финансировать, проектировать, строить и эксплуатировать крупные объекты нового поколения в рамках глобального сотрудничества с участием всех стран, которые желают участвовать.

• Необходимость в тесном международном сотрудничестве в области НИОКР и изучения организационных, правовых, финансовых и административных вопросов, необходимых для реализации следующего крупного ускорительного комплекса, предусмотренного дорожной картой Консультативной группы, электрон-позитронного коллайдера следующего поколения со значительным периодом параллельной работы с БАК.

• Необходимость продолжать обучать, привлекать и обучать молодых людей в области физики высоких энергий, астрофизики и космологии в условиях растущей конкуренции, когда все области науки, промышленности и торговли стремятся захватить воображение самые творческие умы.
  Министры согласились с тем, что, учитывая сложность и длительные сроки принятия решений по крупным международным проектам, важно, чтобы консультации продолжались в научных сообществах и, когда это будет уместно, в заинтересованных правительственных сообществах, чтобы максимально использовать преимущества, предлагаемые глобальными сотрудничество.

___

ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Международное сотрудничество в области нейроинформатики

Министры выразили признательность Рабочей группе Глобального научного форума ОЭСР по нейроинформатике за работу. Они поблагодарили Рабочую группу за ее отчет за июнь 2002 г. и за разработку трех практических рекомендаций. Они сошлись во мнении, что изучение человеческого мозга является одной из самых важных и сложных научных задач 21 века. Успехи в изучении мозга приведут к прорывам в профилактике и лечении разрушительных болезней, а также к улучшению качества жизни миллионов людей. Они также обеспечат существенную экономическую выгоду для общества в плане улучшения здоровья и новых разработок в фармацевтических подходах и информационных технологиях.

Нейробиологи разработали сложные методы исследования мозга в мельчайших деталях. Их измерения и расчеты дают огромное количество данных, чрезвычайная сложность и разнообразие которых отражают состояние самого мозга. Задача управления этими огромными объемами данных теперь решается с помощью новой области нейроинформатики, возникшей на стыке нейронауки и информатики.

Рабочая группа по нейроинформатике рекомендует, чтобы управление данными о мозге и их использование могли быть наилучшим образом достигнуты за счет скоординированных междисциплинарных международных усилий. Он рекомендовал создать новый глобальный механизм, «Международный координационный центр нейроинформатики» (INCF), создать связанную схему финансирования, «Международную программу нейроинформатики», а также создать национальные узлы и исследовательские программы в области нейроинформатики. Целью INCF будет создание, обслуживание, стандартизация, совместное использование и обновление систем баз данных нейроинформатики и инструментов моделирования посредством координации и синхронизации национальных узлов. Кроме того, INCF будет продвигать исследовательские проекты в области нейроинформатики через новую международную схему финансирования.

Создание Международного координационного центра нейроинформатики требует международных консультаций между заинтересованными правительствами. Министры одобрили эти усилия и выразили надежду на их успешное завершение с учетом потребностей, требований и процедур стран-участниц.

Связанные документы

Величайшие достижения ИИ в 21 веке сознание. С тех пор он превратился из чисто вымышленного в реальный мир с множеством достижений искусственного интеллекта.

ИИ был в авангарде технологических достижений последних десятилетий. Медицинская диагностика, образование, торговля акциями, управление роботами, юриспруденция, научные открытия, видеоигры и игрушки — вот лишь некоторые из секторов, где он использовался.

Кроме того, достижения ИИ в 21 веке действительно были экстраординарными. Некоторые из достижений искусственного интеллекта включают распознавание лиц, обработку естественного языка, распознавание речи, производство текста, языковой перевод, разработку лекарств и многое другое.

Это также произвело революцию в том, как многие люди думают о здоровье, жизни, обучении и других аспектах своей повседневной жизни. Нет сомнений, что в будущем многие предприятия будут полагаться на ИИ для повышения эффективности и рабочего процесса.

В этой статье мы обсудили некоторые достижения искусственного интеллекта, несколько интересных проектов ИИ и будущее ИИ.

Что такое искусственный интеллект и как он работает?

В 1956 году молодой ученый-компьютерщик по имени Джон Маккарти организовал летнюю конференцию под названием «Искусственный интеллект» в Дартмутском университете. Группа ученых из разных профессий начала обсуждать потенциал создания искусственного мозга еще до этого времени. В результате этих событий возникла дисциплина изучения ИИ. С тех пор правительства и корпорации вложили миллионы долларов в исследования ИИ.

Однако именно в первые десятилетия 21 века ИИ успешно применялся для решения широкого круга задач в научных кругах и промышленности. Все благодаря новаторским подходам, использованию мощного компьютерного оборудования и накоплению массивных данных.

Искусственный интеллект (ИИ) — это область компьютерных наук, которая развивалась с течением времени. Это влечет за собой машины, особенно компьютерные системы, моделирующие интеллектуальные процессы человека. Термин ИИ широко используется для обозначения проекта, направленного на разработку систем, которые могут выполнять задачи, которые обычно требуют человеческого интеллекта, включая принятие решений, визуальное восприятие, распознавание языка и распознавание речи.

Как правило, системы ИИ работают, поглощая и анализируя огромные объемы обученных и размеченных данных на предмет корреляций и закономерностей, а затем используя эти закономерности для прогнозирования будущих событий. Например, инструмент распознавания изображений может научиться идентифицировать и характеризовать объекты на фотографиях, исследуя миллионы образцов. Кроме того, чат-бот может научиться вести реалистичные диалоги с людьми, получая примеры текстовых чатов.

Данные и алгоритмы преобразования данных в полезную информацию загружаются в программы ИИ. Алгоритм помогает программному обеспечению выбирать подходящие данные для подходящего результата. Более того, алгоритмы ИИ запрограммированы так, чтобы иметь возможность учиться на новых данных, а также регулярно корректировать данные для получения максимально точных результатов.

Каковы достижения искусственного интеллекта на данный момент?

Двадцать первый век — это постоянно меняющаяся эпоха, когда технологии искусственного интеллекта развиваются быстрыми темпами. Ученые работали усерднее, чем когда-либо прежде, и было сделано много новых и захватывающих открытий.

Каковы самые умные достижения ИИ на сегодняшний день?

1. GPT-3 — язык ИИ

Генеративный предварительно обученный преобразователь-3 OpenAI (GPT-3) является преемником бывшего GPT-2. Хотя GTP-3 все еще находится в стадии бета-тестирования, его уже называют языком ИИ.

Это мощная модель искусственного интеллекта для авторегрессии на естественном языке. У него есть потенциал для создания человекоподобных языковых моделей, что делает его самой замечательной моделью ИИ в НЛП.

Кроме того, эта модель может использовать глубокое обучение для автозаполнения предложений, если задано начало предложения. Представленная модель включает 175 миллиардов параметров, которые настраиваются с помощью нейронных сетей, и каждый обучающий набор может быть идентифицирован как параметр. Вы должны быть знакомы с автозаполнением поиска Google.

GPT-3 также может генерировать HTML-код, гитарные узлы и веб-страницы в дополнение к модели генерации языка.

2. Здравоохранение и открытие лекарств ИИ

Здравоохранение Разработка ИИ является одним из самых полезных применений ИИ для человечества, поскольку они позволяют быстро находить решения для лечения и диагностики. Разработка перспективных фармацевтических препаратов может занять до десяти лет и стоить миллиарды долларов, прежде чем они будут одобрены для лечения. Однако ИИ способен сделать то же самое за меньшее время и за меньшие деньги. Некоторые достижения искусственного интеллекта в здравоохранении включают:

• DeepMind’s Alpha Gold — высокоточный искусственный интеллект для свертывания белковых препаратов.

Самый важный аспект развития медицины и понимания того, как она работает, зависит от знания структуры белка. AlphaFold был создан DeepMind с целью полного понимания структуры белка.

AlphaFold набрал 87 баллов из 100 в конкурсе «Критическая оценка прогнозирования структуры» (CASP), а занявший второе место получил 75 баллов. В области вычислительной биологии это было значительным достижением. Если исследования по-прежнему будут успешными, они помогут в разработке новых вакцин и лекарств с наименьшими возможными негативными последствиями.

• CurialAI — первый алгоритм искусственного интеллекта для выявления потенциальных пациентов, инфицированных COVID-19.

CurialAI — алгоритм искусственного интеллекта, разработанный Оксфордским университетом. Он основан на тестах, проводимых в больницах неотложной помощи с использованием образцов крови и других жизненно важных образцов.

Обучение ИИ началось в марте 2020 года, и на данный момент в программу уже передано 115 000 наборов данных. CurialAI смог отличить пациентов, инфицированных COVID, от пациентов с другими респираторными дефектами с более чем 90% точности менее чем через час после обучения.

3. Автомобили с автоматическим управлением (беспилотные автомобили или автономные автомобили)

Автомобили с автоматическим управлением перемещаются между локациями без помощи человека-водителя, используя комбинацию датчиков, камер, радаров и искусственного интеллекта.

• Google Waymo Самоуправляемые автомобили

Waymo LLC — компания по производству беспилотных автомобилей, принадлежащая Alphabet Inc. Это первая компания, которая поставляет беспилотные автомобили широкой публике. Эти беспилотные автомобили Waymo в настоящее время доступны в нескольких городах США.

Датчики, лидары и 360 обзорных радаров, которые могут идентифицировать объект на расстоянии 300 метров, были основными компонентами обнаружения, используемыми в этих автомобилях. Тем не менее, разработчики Waymo создали CarCraft, программу виртуального вождения, которая предназначена для тестирования моделей вождения перед публичным запуском. Прежде чем отправиться в путь, Waymo проехал 5 миллиардов миль в виртуальном мире CarCraft.

Однако во время экзамена по вождению было зарегистрировано всего несколько аварий, и большинство из них были вызваны другими водителями или другими транспортными средствами. Сообщалось только об одном случае неправильного выбора, когда Waymo столкнулся с автобусом.

• Автопилот Tesla

Автопилот Tesla — это набор передовых технологий системы помощи водителю (ADAS), предоставляемых Tesla. И это эквивалентно автоматизации транспортных средств уровня 2. То есть за дело отвечает водитель, а за транспортным средством необходимо постоянно следить. По словам компании, эти функции сводят к минимуму несчастные случаи из-за человеческих ошибок и усталости от вождения на дальние расстояния.

Центрирование полосы движения, автоматическая смена полосы движения, круиз-контроль с учетом дорожного движения, полуавтономная навигация по автомагистралям с ограниченным доступом, самостоятельная парковка и возможность вызвать автомобиль из гаража или с парковочного места — вот лишь некоторые из его функций.

4. Технологии виртуальной помощи, безопасности и наблюдения

ИИ помог преобразовать индустрию виртуальной помощи, а также безопасность и наблюдение следующим образом.

• Распознавание речи

Распознавание речи — это процесс интерпретации слов человека компьютером и преобразования их в машиночитаемый формат. Впоследствии он преобразуется в текст, аудио или другой требуемый формат в зависимости от конечной цели и того, что должно быть достигнуто. ИИ для распознавания голоса включает в себя Google Assistance, Siri, Microsoft Cortana, Alexa и множество других виртуальных помощников.

Кроме того, многие предприятия все чаще используют цифровых помощников и автоматизированную поддержку для оптимизации своих услуг. И это привело к значительному увеличению количества приложений AI для распознавания речи в последние годы.

Распознавание речи широко используется в голосовых помощниках, устройствах умного дома, IoT, поисковых системах и других приложениях.

• Распознавание лиц

ИИ для распознавания лиц также является одним из самых сложных достижений ИИ в 21 веке. В большинстве современных смартфонов используется технология распознавания лиц. FaceID от Apple, поиск изображений от Google и обнаружение объектов от Facebook — вот некоторые примеры того, как сегодня используется ИИ для распознавания лиц.

Будущее ИИ

Используя модели, обученные данным, искусственный интеллект оказал влияние практически во всех областях. Тем не менее, некоторые отрасли только начинают использовать ИИ, в то время как другие являются опытными ветеранами. Несмотря на это, ИИ предстоит много работы практически во всех отраслях.

Говорят, что несмотря на его нынешнее влияние, ИИ продолжит формировать наш мир в течение следующих многих десятилетий.

1. Транспорт

Хотя уже сделаны значительные прорывы в сфере транспорта, включая Google Waymo и Tesla Autopilot. Определенно, в транспортной отрасли еще много достижений в области ИИ.

Однако многие люди считают, что самоуправляемые автомобили станут средством передвижения будущего в каждом городе. Это может занять много времени, но с ИИ все мыслимо. Кроме того, в ближайшем будущем искусственный интеллект окажет значительное влияние на автомобильное производство.

2. Здравоохранение

Создание лекарства может занять несколько лет. Тем не менее, внедрение современного ИИ в здравоохранение, такого как Alpha Gold от DeepMind, проложит путь к созданию многих других исследований лекарств с использованием ИИ и общему улучшению здравоохранения.

3. Кибербезопасность

Многие компании обращаются к технологиям искусственного интеллекта за помощью в этой области из-за увеличения числа кибератак. Когда дело доходит до выявления и прогнозирования угроз кибербезопасности, искусственный интеллект и машинное обучение будут незаменимыми инструментами. Безопасность финансовых технологий также выиграет от ИИ, который может обрабатывать большие объемы данных для прогнозирования и обнаружения мошенничества.

4. Служба поддержки клиентов

Многие компании работают над помощниками с искусственным интеллектом (такими как Google Duplex), которые могут совершать телефонные звонки для обслуживания клиентов и планировать встречи.

Заключение 

С тех пор, как об искусственном интеллекте впервые заговорили в конце 50-х годов, искусственный интеллект претерпел потрясающие улучшения. Теперь это приводит к самым интимным изменениям в нашей жизни. Можно с уверенностью сказать, что машины теперь знают нас лучше, чем мы сами себя, и все это стало возможным благодаря интересным проектам ИИ.

Однако вы не должны чувствовать себя обделенными. Вы можете присоединиться к SDS Club , чтобы узнать о науке о данных, искусственном интеллекте и о том, как работать с огромным количеством доступных данных и стать частью будущего, которое строят ученые.

Вам понравилась эта статья?

Найдите минутку, чтобы поделиться им с друзьями в социальных сетях. Кроме того, подпишитесь на нашу рассылку новостей , чтобы получать актуальную информацию об искусственном интеллекте и Вселенной больших данных.

Биология 21-го века – катализатор исследований на стыке вычислительной техники и биологии

Биология, как и любая наука, меняется, когда технологии вводят новые инструменты, которые расширяют область и тип исследования. Некоторые изменения, такие как использование микроскопа, принимаются быстро и легко, потому что они соответствуют существующим ценностям и практикам. Другие, такие как введение многомерной статистики, выполняемой компьютерами в XIX веке.60-х, встречают сопротивление, потому что они идут вразрез с традициями интуиции, визуализации и представлениями биологии, четко отделяющими ее от математики.

В этой главе делается попытка описать проблемы и возможности, созданные внедрением вычислений в биологические науки. Он делает это, сначала кратко описывая существующие нити биологической культуры и практики, а затем показывая, как различные аспекты вычислительной науки и технологии могут поддерживать, расширять или бросать вызов существующей структуре биологии.

Информатика — лишь одна из многих областей, играющих роль в преобразовании биологии, от передовой химии к новым областям математики. И все же во многих отношениях компьютеры оказались самыми сложными и наиболее преобразующими, поскольку они уходят корнями в традиции дизайна и абстракции, столь отличные от биологии. Однако точно так же, как компьютеры продолжают радикально менять общество в целом, нет сомнений, что они изменят и биологию. Как это уже случалось много раз прежде, биология изменится с этой новой технологией, примет новые методы, переопределит то, что делает хорошую науку и хорошее обучение, и изменит то, какие исследования важны, ценны или даже возможны.

2.1. КАКАЯ НАУКА?

2.1.1. Корни биологической культуры

Биология — наука с глубокой историей, которую можно связать с изобретением земледелия на самой заре цивилизации и еще раньше с первыми проблесками устной культуры: «Это безопасно есть? ” Как таковая, это широкая область, богатая культурой и традициями, которая охватывает множество нитей наблюдательных, эмпирических и теоретических исследований и охватывает масштабы от отдельных молекул до континентов. Такое широкое поле невозможно описать просто; тем не менее, в этом разделе делается попытка определить ряд основных направлений деятельности и философии биологии.

Во-первых, биология является эмпирической и описательной наукой. Он уходит своими корнями в традицию качественного наблюдения и описания, восходящую, по крайней мере, к Аристотелю. Исследователи-биологи давно стремились каталогизировать характеристики, поведение и вариации отдельных биологических организмов или популяций путем прямого наблюдения за организмами в их среде, а не пытаться определить общие принципы с помощью математического или абстрактного моделирования. По этой причине культура биологии одновременно сильно визуальна и специфична. Идентификация нового вида и адекватное описание его внешнего вида, окружающей среды и жизненного цикла остается важным вкладом в биологические знания.

Показательно сопоставить эту философию с философией современной физики, где зверинец новых субатомных частиц, открытых в 1960-х и 1970-х годах, был источником легкого смущения и дискомфорта для физиков. Только с введением кварков и последующим сокращением числа фундаментальных частиц физики снова почувствовали себя комфортно в состоянии своего поля. Биология, в противоположность этому, не только ценит и принимает огромное разнообразие жизни, но также считает такое разнообразие главным предметом изучения.

Во-вторых, биология является онтологической наукой, занимающейся таксономией и классификацией. Со времен Линнея биологи пытались поместить свои наблюдения в более широкую структуру знаний, связывая отдельные виды с установленным периодом жизни. Методология и основа для этого каталога сами по себе являются предметом изучения и споров, поэтому исследовательская деятельность такого типа происходит на двух уровнях: конкретные виды помещаются в древо жизни (или перемещаются более крупные таксоны), все еще публикуемое событие, совершенствуется и сама наука таксономии.

Биология — это историческая наука. Жизнь на Земле, по-видимому, возникла только один раз, и вся жизнь сегодня происходит от этого единственного экземпляра. Полная история жизни на Земле — из какой линии возникла и когда — является одной из великих, хотя, возможно, недостижимых целей биологии. Вместе с этим исследованием, но отдельно, идут вопросы: Как? и почему? Какие силы заставляют виды эволюционировать определенным образом? Существуют ли вековые тенденции в эволюции, например, как это часто утверждается, к возрастанию сложности? Происходит ли эволюция плавно или скачкообразно? Если бы нам пришлось «переиграть ленту» эволюции, возникли бы подобные формы? Как и в случае с таксономией (и тесно связанной с ней), здесь есть два уровня: что именно произошло и какие силы заставляют вещи происходить.

Эти три направления — эмпирические наблюдения за множеством форм жизни, исторические факты эволюции и упорядочивание биологических знаний в всеобъемлющую таксономию жизни — служили для определения основных практик биологии до 1950-х годов и до сих пор во многих отношениях влияют на отношение, обучение, философию и ценности биологических наук. Хотя биология значительно расширилась с появлением молекулярной биологии, эти три направления продолжают оставаться жизненно важными областями биологических исследований и интересов.

Эти три интеллектуальных направления находили отражение в биологических исследованиях, которые на протяжении большей части своей ранней истории носили качественный и описательный характер. Например, эмпирические и онтологические исследователи стремились каталогизировать характеристики, поведение и вариации отдельных биологических организмов или популяций посредством прямого наблюдения за организмами в их среде.

Тем не менее, какими бы важными и ценными ни были эти подходы для биологии, они не предоставили — и не могут предоставить — очень подробной информации об основных механизмах. Однако за последние полвека интеллектуальная перспектива, обеспечиваемая молекулярной биологией и биохимией, послужила основой для огромных скачков вперед.

2.1.2. Молекулярная биология и биохимические основы жизни

За последние 50 лет биохимические подходы к анализу биологических вопросов и общие подходы, теперь известные как молекулярная биология, привели к повышению осведомленности, идентификации и познанию центральной роли определенных механизмов, такие как цифровой код ДНК как механизм, лежащий в основе наследственности, использование аденозинтрифосфата (АТФ) для хранения энергии, общие протоколы передачи сигналов белков и многие консервативные генетические последовательности, некоторые из которых являются общими для таких разных видов, как люди, губки и даже отдельные виды. -клеточные организмы, такие как дрожжи.

Это новое знание формировалось и формировалось изменениями в практике биологии. Два важных направления биологических исследований, существовавшие задолго до появления молекулярной биологии, вышли на передний план во второй половине 20 века. Эти нити были биологическими экспериментами и поиском основной механики жизни.

Биологические эксперименты и сбор данных не новы, но они приобрели новое значение и центральное место в конце 20-го века. Идентификация генов и мутаций на примере экспериментов на Дрозофила стала иконой современной биологической науки, и вместе с этим возник новый акцент на сбор больших объемов количественных данных.

Биологов всегда интересовало, как живут организмы, вопрос, который в конечном счете сводится к самому определению жизни. Большой объем знаний об анатомии, кровообращении, дыхании и обмене веществ был накоплен в 18 и 19 веках, но без доступа к инструментам и знаниям в области биохимии и молекулярной биологии был предел тому, что можно было открыть. С помощью молекулярной биологии некоторые из основных механизмов жизни были идентифицированы и проанализированы количественно.

Попытки раскрыть основные химические свойства биологических процессов и установить все аспекты компонентов путем планирования эксперимента будут по-прежнему оставаться основным аспектом фундаментальных биологических исследований, и большая часть современной биологии стремится свести биологические явления к поведение молекул.

Однако исследователи-биологи также все больше интересуются взглядом на системный уровень, в котором могут быть установлены совершенно новые отношения между системными компонентами и процессами. То есть детальное понимание компонентов биологического организма или явления неизбежно приводит к вопросу о том, как эти компоненты взаимодействуют друг с другом и со средой, в которую погружен организм или явление.

2.1.3. Биологические компоненты и процессы в контексте и биологическая сложность

Существует давняя традиция изучения определенных биологических систем в контексте. Например, экология всегда была сосредоточена на экосистемах. Физиология — еще один пример науки о жизни, которая обычно рассматривает биологические системы как целые объекты. Наука о поведении и систематике животных также рассматривает биологические явления в контексте. Однако сегодня доступны технологии сбора данных, вычислительные инструменты и даже новые интеллектуальные парадигмы, которые обеспечивают значительно большую степень понимания в контексте многих биологических компонентов и процессов, чем это было возможно ранее, и сегодняшняя цель состоит в том, чтобы охватить пространство биологических объектов от генов и белков к сетям и путям, от органелл к клеткам и от отдельных организмов к популяциям и экосистемам.

Следуя Китано, ¹ , системное понимание биологического объекта основано на понимании четырех аспектов: (1) системных структур (например, сетей взаимодействий генов и биохимических путей и их связи с физическими свойствами внутриклеточных и многоклеточных структур). ), (2) динамика системы (например, как система ведет себя с течением времени в различных условиях и механизмы, лежащие в основе определенного поведения), (3) механизмы контроля (например, механизмы, которые систематически контролируют состояние клетки) и (4) принципы проектирования (например, принципы, лежащие в основе построения и эволюции биологических систем, обладающих определенными желательными свойствами). ²

В качестве примера рассмотрим достижения в секвенировании генома. Геномика последовательностей проложила путь для установления «списка частей» живых клеток, но общепризнано, что для перехода от отдельных молекулярных деталей к всестороннему пониманию феноменов от роста клеток до уровня гомеостаза требуется совсем другой подход. В высокоинтерактивных системах живых организмов макромолекулярные, клеточные и физиологические процессы, находящиеся на разных уровнях организационной сложности, имеют как временные, так и пространственные компоненты. Взаимодействия происходят между наборами похожих объектов, таких как два гена, и между разнородными объектами, такими как гены и их окружение.

Ключевым аспектом биологической сложности является роль случая. Одним из наиболее ярких примеров случайности в биологии является эволюция, в которой случайные события влияют на точность генетической передачи от одного поколения к другому. Рука случая видна и в развитии организма — случайные события влияют на многие детали развития, но, как правило, не на общую картину или тенденции. Но, возможно, наиболее ярким проявлением является то, что отдельные биологические организмы — даже такие близкородственные, как родственные клетки — вряд ли будут идентичны из-за стохастических событий, от влияния окружающей среды до теплового шума, которые влияют на процессы на молекулярном уровне. Если это так, никакие две клетки не будут иметь одинаковое содержание макромолекул, а динамическая структура и функция макромолекул в одной клетке никогда не будут такими же, как даже у родственной клетки. Этот факт является одним из самых больших различий между живыми системами и большинством кремниевых устройств или почти любым другим искусственным или созданным человеком артефактом.

Иными словами, цифровой «код жизни», заложенный в ДНК, далеко не прост. Например, биологический «список частей», который в принципе делает доступным геномная последовательность, может быть недоступен на практике, если все части не могут быть идентифицированы из последовательности. Сегменты генома, когда-то считавшиеся эволюционным «мусором», все чаще признаются источником новых типов молекул РНК, которые оказываются главными действующими лицами в клеточном поведении. Кроме того, даже полный список деталей дает гораздо меньше информации о биологической системе, чем об искусственно созданном артефакте, потому что человеческие условности для сборки обычно хорошо понятны, тогда как природные условности для сборки — нет.

Вторым примером сложности является то, что один ген иногда может продуцировать 90 684 многих 90 685 белков. У эукариот, например, мРНК нельзя использовать в качестве схемы до тех пор, пока специальные ферменты сначала не вырезают интроны, или некодирующие области, и не соединяют вместе экзоны, фрагменты, содержащие полезный код. ³ В некоторых случаях, однако, клетка может сплайсировать экзоны по-разному, продуцируя серию белков с добавлением или удалением различных частей, но с одинаковым линейным порядком (они известны как варианты сплайсинга). Процесс, известный как редактирование РНК, может изменить последовательность нуклеотидов в РНК после транскрипции ДНК, но до трансляции в белок, в результате чего получаются другие белки. Отдельный нуклеотид может быть изменен на другой («редактирование заменой»), или нуклеотиды могут быть вставлены или удалены из РНК («редактирование вставкой-удалением»). В некоторых случаях (пусть и редких) клеточный механизм трансляции может вносить еще более радикальные изменения, сдвигая свою «рамку считывания», что означает, что она начинает считывать генетический код из трех пар оснований в точке, смещенной на одно или два основания. пар из оригинала. В результате получится совсем другая последовательность аминокислот и, следовательно, совсем другой белок.

Кроме того, даже после того, как белки произведены на рибосоме, они подвергаются значительной постобработке, когда попадают в различные регуляторные сети. У одних форма и уровень активности могут быть изменены за счет присоединения, например, фосфатной группы, молекулы сахара или любых других придатков, в то время как другие могут объединяться, образуя многобелковую структуру. Короче говоря, знать полную последовательность пар оснований в геноме все равно, что знать полную последовательность 1 s и 0 s, которые составляют компьютерную программу: сама по себе эта информация не обязательно дает представление о том, что делает программа или как она может быть организована в функциональные блоки, такие как подпрограммы. ⁴

Третьим примером биологической сложности является то, что одному гену или одному белку можно присвоить очень мало биологических функций, если они вообще есть. Действительно, уникальная связь между молекулой гемоглобина и функцией транспорта кислорода в кровотоке является скорее исключением, чем правилом. Гораздо чаще встречается ситуация, когда биологическая функция зависит от взаимодействия многих биологических компонентов. Метаболизм клетки, ее реакция на химические и биологические сигналы извне, ее цикл роста и клеточного деления — все эти и многие другие функции обычно выполняются и контролируются сложными сетями взаимодействующих молекул.

Франсуа Жакоб и Жак Моно получили Нобелевскую премию по медицине 1965 года за открытие того, что ДНК содержит регуляторные области, управляющие экспрессией отдельных генов. ⁵ (Они далее подчеркнули важность регуляторной обратной связи и обсудили эти регуляторные процессы, используя язык цепей, что имеет отношение к разделу 5.4.3.3.) С тех пор стало понятно, что белки и другие продукты генома взаимодействуют друг с другом. с самой ДНК (и друг с другом) в регуляторной сети.

Например, молекулы РНК обладают широким спектром возможностей помимо их роли в качестве мессенджеров от ДНК к белку. Некоторые молекулы РНК могут избирательно подавлять или подавлять транскрипцию генов; другие действуют как комбинированный транскрипт гена хеморецептора («рибопереключатель»), который дает начало белку на одном конце молекулы, когда противоположный конец вступает в контакт с соответствующей химической мишенью. В самом деле, может быть даже так, что значительное увеличение числа регуляторных РНК в масштабе эволюционного времени в значительной степени ответственно за увеличение сложности эукариот без значительного увеличения числа кодирующих белок генов. Понимание роли РНК и других эпигенетических явлений, которые приводят к альтернативным состояниям экспрессии генов, молекулярной функции или организации — «системы, [которые] намного сложнее, чем любая проблема, с которой когда-либо сталкивались молекулярная биология, генетика или геномика» ⁶ имеет решающее значение для реализации перспектив геномики.

Четвертый пример биологической сложности иллюстрируется тем фактом, что уровни биологической сложности выходят за пределы сложностей генома и белковых структур через надмолекулярные комплексы и органеллы к клеточным подсистемам и их скоплениям, чтобы сформировать часто функционально поляризованные клетки, которые вместе способствуют форма и функция ткани и, тем самым, свойства организма. Хотя революция последней половины прошлого века в биохимии и молекулярной биологии внесла значительный вклад в наши знания о строительных кирпичиках жизни, мы только начали царапать поверхность насыщенной данными и подобной гордиеву узлу головоломки сложных процессов. и динамические молекулярные взаимодействия, которые приводят к сложному поведению организмов. Короче говоря, мало что известно о том, как сложные физиологические процессы регулируются молекулярными, клеточными и трансклеточными сигнальными системами и сетями. Доступная информация глубока только в ограниченных пространственных или временных областях и скудна в других ключевых областях, таких как средние пространственные масштабы (например, 10 Å-10 мкм), и не существует инструментов, которые бы устанавливали интеллектуальные связи между взаимосвязанными частями научных знаний в разных областях. эти весы.

Таким образом, сложность представляется существенным аспектом биологических явлений. Соответственно, требуется разработка последовательного интеллектуального подхода к биологической сложности для понимания взаимодействий на системном уровне — молекул, генов, клеток, организмов, популяций и даже экосистем. В этой интеллектуальной вселенной как «синтаксис генома» (буквы, слова и грамматика, связанные с кодом ДНК), так и «семантика генома» (то, что код ДНК может выражать и что делать) являются центральными объектами исследования. Во вставке 2.1 описаны некоторые вопросы, которые возникнут в клеточной биологии.

Вставка 2.1

Некоторые вопросы клеточной биологии в 21 веке. В недавно опубликованной программе исследований в постгеномную эпоху Института генома человека Фрэнсис Коллинз и его соавторы неоднократно подчеркивали, как мало биологи понимают в данных (подробнее…)

2.2. К БИОЛОГИИ 21-ГО ВЕКА

Биология 21-го века объединит ряд разнообразных интеллектуальных тем. ⁷ Одной из интеграций является редукционистский и системный подходы. Когда редукционистский подход, ориентированный на компоненты, основан на идентификации составных частей организма и понимании поведения организма с точки зрения поведения этих частей (в пределе, на полной характеристике рассматриваемых биологических явлений на молекулярном уровне). Системная биология стремится понять механизмы живого организма на всех соответствующих уровнях иерархии. ⁸ Эти разные фокусы — фокус на компонентах биологических систем и фокус на взаимодействиях между этими компонентами — дополняют друг друга, и оба будут иметь важное значение для интеллектуального прогресса в будущем.

Биология двадцать первого века объединит множество различных направлений биологических исследований: таксономические исследования многих видов, огромный прогресс в молекулярной генетике, шаги к пониманию молекулярных механизмов жизни и зарождающуюся системную биологию, которая будет рассматривать биологические объекты в отношение к своему большему окружению. Биология двадцать первого века стремится полностью понять механизмы живой клетки и все более сложную клеточную иерархию многоклеточных животных, вплоть до процессов, действующих на уровне организма и даже популяций и экосистем. Однако такое понимание фундаментально зависит от синергии между системным пониманием, как описано выше, и редукционистской традицией.

Биология двадцать первого века также объединяет эмпирическую работу в биологии с вычислительной работой. Эмпирическая работа проводится в лабораторных экспериментах или полевых наблюдениях и приводит как к проверке гипотез, так и к их выработке. Проверка гипотезы опирается на данные, полученные в результате эмпирической работы, чтобы принять или отклонить гипотезу-кандидат. Однако данные, собранные в ходе эмпирической работы, также могут предложить новые гипотезы, ведущие к работе, которая носит исследовательский характер. В биологии 21-го века вычислительная работа предоставляет множество инструментов, которые поддерживают эмпирическую работу, но также позволяет использовать большую часть системной биологии с помощью таких методов, как моделирование, интеллектуальный анализ данных и анализ микрочипов, и, таким образом, лежит в основе создания правдоподобных гипотез-кандидатов, которые должны быть проверены. пройти тестирование. Отметим также, что проверка гипотез имеет отношение как к редукционистской, так и к системной биологии в том смысле, что оба типа биологии формулируются вокруг гипотез (о компонентах или об отношениях между компонентами), которые могут — а могут и не согласовываться — с эмпирическими или экспериментальными результатами.

В этом отношении мнение, высказанное Уолтером Гилбертом в 1991 году, кажется пророческим. Гилберт отмечал, что «в нынешней парадигме [то есть в 1991 г.] атака на проблемы биологии рассматривается как исключительно экспериментальная. «Правильный» подход состоит в том, чтобы идентифицировать ген с помощью какой-либо прямой экспериментальной процедуры, определяемой каким-либо свойством его продукта или иным образом связанной с его фенотипом, клонировать его, секвенировать, производить его продукт и продолжать экспериментальную работу так, чтобы искать понимание его функции». Затем он утверждал, что «новая парадигма [для биологических исследований], возникающая сейчас [т.е. в 1991], заключается в том, что все гены будут известны (в том смысле, что они находятся в базах данных, доступных в электронном виде), и что отправная точка биологического исследования будет теоретической. Отдельный ученый начнет с теоретической гипотезы и только затем обратится к эксперименту, чтобы проследить или проверить эту гипотезу. Фактическая биология по-прежнему будет «малой наукой» — в зависимости от индивидуального понимания и вдохновения для получения новых знаний, но реагенты, которые использует ученый, будут включать знание первичной последовательности организма вместе со списком всех предыдущих выводы из этой последовательности». ⁹

Наконец, биология 21 века охватывает то, что часто называют наукой открытий. Наука открытий была описана как «перечисление элементов системы независимо от каких-либо гипотез о том, как система функционирует», и ее примером являются проекты секвенирования генома различных организмов. ¹⁰ Вторым примером научных открытий является попытка определить транскриптомы и протеомы отдельных типов клеток (например, количественные измерения всех видов мРНК и белков). ¹¹ Такие усилия можно охарактеризовать как предоставление строительных блоков или исходных материалов, из которых могут быть сформулированы гипотезы — метафорически слова биологического «языка» для выражения гипотез. Тем не менее, даже здесь проект «Геном человека», хотя и беспрецедентный по своим масштабам, удобно вписывается в давнюю традицию все более точного описания и каталогизации биологических данных.

В общем, биология 21-го века повлечет за собой широкий спектр исследований, от лабораторных работ под руководством отдельных главных исследователей до проектов в масштабе генома человека, которые генерируют большие объемы первичных данных, до «мезонауки» между этими включает в себя аналитическую или синтетическую работу, проводимую несколькими сотрудничающими лабораториями. По большей части эти новые исследовательские стратегии, включающие научные открытия и аналитическую работу, будут дополнять, а не заменять традиционную, относительно небольшую лабораторию, сосредоточенную на взаимодополняющих эмпирических и экспериментальных методах.

Большие вопросы, такие как вопросы о происхождении жизни, истории эволюции, архитектуре мозга и взаимодействии живых существ друг с другом в популяциях и экосистемах, находятся в центре внимания биологии 21-го века, и приложения здравоохранения, сельского хозяйства и промышленности не менее амбициозны. Например, биология 21-го века может позволить идентифицировать людей, у которых может развиться рак, болезнь Альцгеймера или другие заболевания, или которые будут реагировать или иметь побочный эффект от лечения определенного заболевания. Фармацевтические компании вкладывают значительные средства в транскриптомику для поиска вероятных мишеней для лекарств. Передовые компании хотят выращивать более питательные растения и животных, использовать клеточные механизмы для производства материалов и лекарств, а также создавать интерфейсы для взаимодействия с мозгом, чтобы корректировать нарушенные способности или развивать улучшенные способности. Агентства, заинтересованные в борьбе с биотерроризмом, хотят иметь возможность быстро определять происхождение и происхождение вспышек патогенов, а хранители природных систем хотели бы делать более точные прогнозы о воздействии интродуцированных видов или глобальных изменений.

2.3. РОЛИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В БИОЛОГИИ

Для управления биологическими данными биология 21-го века объединит научные открытия, системную биологию и эмпирическую традицию биологической науки и обеспечит количественную основу, в рамках которой результаты усилий в каждой из этих областей могут быть помещенным. Ожидается, что доступность больших объемов биологических данных позволит решать биологические вопросы в глобальном масштабе, например, изучать поведение всех генов в геноме, всех белков, продуцируемых клетками, или всех созданных метаболитов. в конкретных условиях окружающей среды. Однако дать ответы на биологические вопросы путем раскрытия необработанных данных — это не то же самое, что ответить на эти вопросы — данные должны быть проанализированы и использованы интеллектуально значимыми и значимыми способами.

2.3.1. Биология как информационная наука

Характер биологии 21 века, связанный с интенсивным использованием данных, лежит в основе зависимости биологии от информационных технологий (ИТ). Например, еще в 1990 году было признано, что ИТ будут играть центральную роль в Международном консорциуме по геному человека для хранения и поиска данных о последовательностях биологических генов — записи сигналов, хранения данных о последовательностях, обработки изображений флуоресцентных следов, характерных для каждого база и так далее. Кроме того, по мере развития биологии в 21 веке становится ясно, что скорость производства биологических данных не уменьшится. Возможности сбора данных появятся в большинстве или во всех дисциплинах и областях наук о жизни, и ученым-биологам придется справляться с грядущим потоком очень многомерных, в значительной степени не поддающихся обработке данных, включая изображения с высоким разрешением и данные временных рядов сложных динамических процессов.

Тем не менее, помимо вопросов управления данными, какими бы важными и сложными они ни были, также стало ясно, что компьютерные и информационные технологии будут играть решающую роль в идентификации значимых структур и паттернов в геноме (например, генах, элементах генетической регуляции), в понимании взаимосвязей между различными геномными элементами и в раскрытии функциональной биологической информации о генах, белках и их взаимодействиях. Этот акцент на информации — на получении, обработке, структурировании и представлении информации — ставит геномные исследования прямо в область вычислений и информатики.

Конечно, геномные исследования — это не вся современная биология. Для наук о жизни, начиная от экологии, ботаники, зоологии и биологии развития и заканчивая клеточной и молекулярной биологией, которые можно охарактеризовать как науки с разнообразными типами данных и высокой степенью разнородности и иерархии данных, ИТ необходимы для сбора ключевой информации и систематизации. биологические данные методичным образом, чтобы сделать значимые наблюдения. Огромная вычислительная мощность, новые подходы к моделированию, новые алгоритмы и математические или статистические методы, а также систематические инженерные подходы предоставят биологам жизненно важные и важные инструменты для управления разнородностью и объемом данных и для извлечения смысла из этих данных.

В конечном счете, чем исчисление является для языка физических наук, вычисления и информация будут теми же для языка биологии 21-го века, или, по крайней мере, для его нити системной биологии. ¹² Биологические процессы, деятельность живых организмов включают использование, сохранение, распространение, трансформацию или трансдукцию, репликацию и передачу информации из поколения в поколение. Биологические системы характеризуются индивидуальностью, случайностью, историчностью и высокой цифровой информативностью — каждое живое существо уникально. Кроме того, уникальность и историческая случайность жизни означают, что для задач в масштабе населения потенциальное пространство состояний, которое фактически населяет население, огромно. ¹³ Как информационная наука, науки о жизни используют вычисления и информационные технологии в качестве языка и среды для управления дискретной, асимметричной, в значительной степени нередуцируемой, уникальной природой биологических систем и наблюдений.

В приведенных выше словах те, кто даже поверхностно знаком с историей биологии, узнают намеки на то, что когда-то называлось теоретической биологией или математической биологией, что раньше означало модели и компьютерные симуляции, основанные на таких модных в то время идеях, как кибернетика и общая биология. теория систем. ¹⁴ Первоначальный всплеск энтузиазма довольно быстро угас, поскольку стало ясно, что имеющихся экспериментальных данных недостаточно, чтобы математические абстракции были привязаны к реальности. Действительно, надежные модели невозможны, когда отсутствуют многие или большинство количественных значений. Более того, опыт того времени показал, что биологические системы гораздо сложнее и внутренне взаимосвязаны, чем предполагалось, — факт, который в значительной степени объясняет, почему модели той эпохи не были очень успешными в продуктивной генерации гипотез и исследованиях.

Сегодня история совершенно другая. Технологии сбора данных с высокой пропускной способностью (которые сами стали возможными и реализованными благодаря сегодняшним информационным технологиям) превращают скудость данных в их поток, о чем свидетельствует использование этих технологий для секвенирования многих эукариотических организмов. Это не означает, что больше данных не требуется, просто получение необходимых данных теперь кажется возможным в разумные сроки.

То же самое можно сказать об информационных технологиях, лежащих в основе биологии 21 века. В прошлом, даже если бы данные были доступны, доступных тогда ИТ было бы недостаточно, чтобы разобраться в этих данных. Но сегодняшние информационные технологии намного мощнее и обещают многообещающие возможности управления данными и аналитические возможности, которые необходимы для системного подхода. Более того, информационная технология как базовая среда имеет то преимущество, что со временем она становится все более функциональной с экспоненциальной скоростью. По мере того, как информационная технология становится все более функциональной, биологические приложения будут иметь все более мощную технологическую основу, на которую можно опереться.

Короче говоря, внедрение вычислительной техники в биологию изменило и продолжает изменять практику биологии. Самый простой, хотя и часто интеллектуально сложный, способ включает в себя компьютерные инструменты, с помощью которых можно собирать, хранить, обрабатывать и интерпретировать огромные объемы биологических данных. Но вычисления (при разумном использовании и в сочетании с инструментами математики и физики) также предоставят биологам альтернативный и, возможно, более подходящий язык и набор абстракций для создания моделей и представления данных о взаимодействиях более высокого порядка, описания биологических явлений и концептуализация некоторых характеристик биологических систем.

Наконец, следует отметить, что, хотя компьютерные и информационные технологии будут становиться все более важной частью исследований в области наук о жизни, исследователи в различных разделах биологии, вероятно, по-разному понимают роль вычислений. Например, исследователи в области молекулярной биологии или биофизики могут сосредоточиться на способности вычислений делать более точные количественные прогнозы поведения ферментов, в то время как исследователи в области экологии могут быть более заинтересованы в использовании вычислений для изучения взаимосвязей между поведением экосистемы и возмущениями окружающей среды. Окружающая среда. Эти перспективы станут особенно очевидными в главах настоящего отчета, посвященных влиянию вычислительной техники и информационных технологий на биологию (см. главу 4 об инструментах и ​​главу 5 о моделях).

В этом отчете проводится различие между вычислительными инструментами, вычислительными моделями, информационными абстракциями и вычислительной точки зрения на биологию, а также киберинфраструктурой и технологиями сбора данных. Каждый из них обсуждается в главах с 4 по 7 соответственно, которым предшествует короткая глава о природе биологических данных (глава 3).

2.3.2. Вычислительные инструменты

В лексиконе этого отчета вычислительные инструменты — это артефакты, обычно реализованные в виде программного обеспечения, но иногда и в виде аппаратных средств, которые позволяют биологам решать очень специфические и точно определенные проблемы. Например, алгоритм поиска генов или база данных геномных последовательностей — это вычислительный инструмент. Как правило, эти инструменты подкрепляют и укрепляют биологические исследования, такие как запись, управление, анализ и представление крайне разнородных биологических данных в огромном количестве. Глава 4 посвящена вычислительным инструментам.

2.3.3. Вычислительные модели

Вычислительные модели применяются к конкретным биологическим явлениям (например, организмам, процессам) и используются для нескольких целей. Они используются для проверки понимания; обеспечить структурную основу, в которую можно последовательно вставить наблюдения и экспериментальные данные; сделать гипотезы более строгими, измеримыми и проверяемыми; чтобы помочь определить ключевые или отсутствующие элементы или важные отношения; помочь интерпретировать экспериментальные данные; обучать или представлять системное поведение; и прогнозировать динамическое поведение сложных систем. Прогностические модели обеспечивают некоторую уверенность в том, что определенные аспекты данной биологической системы или явления понятны, когда их предсказания подтверждаются эмпирически. Глава 5 посвящена вычислительным моделям и имитациям.

2.3.4. Вычислительный взгляд на биологию

Чтобы справиться со сложностью биологических явлений, требуется набор интеллектуальных инструментов, помогающих управлять сложностью и облегчающих понимание перед лицом такой сложности. В последние годы становится все более очевидным, что многие биологические явления можно понимать как выполнение обработки информации в той или иной степени; таким образом, вычислительная перспектива, которая фокусируется на информационных абстракциях и функциональном поведении, потенциально может принести большую пользу в этом начинании. Глава 6 посвящена рассмотрению биологических явлений через призму вычислений.

2.3.5. Киберинфраструктура и сбор данных

Киберинфраструктура для науки и техники — это термин, введенный Национальным научным фондом для обозначения распределенных компьютерных, информационных и коммуникационных технологий и связанных с ними организационных средств для поддержки современных научных и инженерных исследований, проводимых в глобальном масштабе. Киберинфраструктура для наук о жизни все чаще становится механизмом, позволяющим проводить крупномасштабные биологические исследования с интенсивным использованием данных, изначально распределенные между несколькими лабораториями и исследователями по всему миру, что облегчает интеграцию экспериментальных данных, обеспечивает сотрудничество и способствует общению между задействованы различные актеры.

Получение первичных биологических данных — отдельный вопрос. Как отмечалось ранее, биология 21-го века все больше требует больших объемов данных. Таким образом, инструменты, облегчающие получение необходимых типов данных в необходимом количестве, станут еще более важными в будущем. Хотя это далеко не все, достижения в области ИТ и вычислений будут играть ключевую роль в разработке новых технологий сбора данных, которые можно будет использовать по-новому.

Глава 7 посвящена роли киберинфраструктуры и сбора данных для биологии 21-го века.

2.4. ВЫЗОВЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭПИСТЕМОЛОГИИ

Предстоящая интеграция вычислений в биологические исследования поднимает глубокие эпистемологические вопросы о природе самой биологии. На протяжении многих тысячелетий доктрина, известная как витализм, утверждала, что живое вещество качественно отличается от вещества неживого и, следовательно, что живые организмы состоят из другого вещества, чем неживое, или что существует некая отдельная жизненная сила, оживляющая неживое. материалы, из которых состоит жизнь.

Хотя сегодня это убеждение уже не имеет силы (за исключением разве что плохих научно-фантастических фильмов), вопрос о том, как можно понять биологические явления, до конца не решен. Одна точка зрения основана на представлении о том, что поведение данной системы полностью объясняется поведением компонентов, составляющих эту систему, — точка зрения, известная в философии науки как редукционизм. Противоположная позиция, известная как автономия в философии науки, утверждает, что помимо понимания ее отдельных компонентов, понимание биологической системы должно также включать понимание конкретной архитектуры и расположения компонентов системы и взаимодействия между ними.

Если автономия принимается в качестве руководящего мировоззрения, то введение основы вычислений в ткань биологии создает дополнительные возможности для интеллектуальных исследований. Точно так же, как изобретение микроскопа расширило биологические исследования на новые области и расширило круг вопросов, которые было разумно задавать при проведении биологических исследований, то же самое произойдет и с компьютером. Вычислительные и информационные технологии позволят исследователям-биологам рассмотреть ранее недоступные вопросы, и по мере увеличения возможностей лежащих в их основе информационных технологий такие возможности будут продолжать открываться.

Также возникнут новые эпистемологические вопросы. Например, по мере того как моделирование становится все более распространенным и распространенным в биологии, можно задаться вопросом: эквивалентны ли результаты моделирования выходным данным эксперимента? Могут ли когда-либо биологические знания возникнуть в результате компьютерной симуляции? (Практический пример следующий: по мере того, как крупномасштабные клинические испытания лекарств становятся все более и более дорогими, при каких обстоятельствах и в какой степени моделирование, основанное на подробных геномных и фармакологических знаниях, может заменить крупномасштабное испытание при утверждении лекарственного средства. процесс?) По мере того, как симуляции становятся все более и более изощренными, в них загружается все больше и больше биологических данных, эти вопросы будут становиться все более насущными, и на них будет все труднее дать окончательный ответ.

Сноски

1

H. Kitano, «Системная биология: краткий обзор», Science 295 (5560): 1662-166, 2002.

2

, ​​2002.

2

9, 2002.

. происходят в результате конвергентной эволюции, то есть эволюции видов с разным происхождением к сходным формам или характеристикам, а также понимания возможных путей, по которым эволюция может решить определенные проблемы. В качестве альтернативы можно определить принципы, которые могут объяснить функциональное поведение некоторой конкретной биологической системы в широком диапазоне обстоятельств, не обязательно являясь точным отражением того, что происходит внутри системы. Такие принципы могут оказаться полезными с точки зрения возможности манипулировать поведением более крупной системы, в которую встроена меньшая система, хотя они могут оказаться бесполезными для обеспечения подлинного понимания системы, с которой они связаны.

3

Практически все интроны отбрасываются клеткой, но в нескольких случаях было обнаружено, что интрон сам по себе кодирует другой белок.

4

Можно провести значимую аналогию с различием между объектным кодом и исходным кодом в компьютере. Объектный код, состоящий из двоичных цифр, — это то, что работает на компьютере. Исходный код, обычно написанный на языке программирования высокого уровня, компилируется в объектный код, чтобы программа могла работать, но исходный код — и, следовательно, структура и логика программы — гораздо более понятны людям. Исходный код также намного легче изменить.

5

F. Jacob и J. Monod, «Genetic Regulatory Mechanisms in the Synthesis of Proteins», Journal of Molecular Biology 3:318-356, 1961. Коллинз и др., «Видение будущего геномных исследований», Nature 422:835-847, 2003.

7

То, что в этом отчете называется биологией жизнь», преднамеренная биология, интегративная биология, синтетическая биология, новая биология или даже следующая новая биология, Биология 21, за пределами генома, постгеномная биология, наука с поддержкой генома и индустриальная биология.

8

В философском плане понятие редукционистского объяснения имеет долгую историю в философии науки. Жизнь состоит из материи, а материя управляется законами физики. Таким образом, окончательное редукционистское объяснение предполагает, что жизнь можно объяснить свойствами уравнения Шредингера.

9

В. Гилберт, «К смене парадигмы в биологии», Nature 349(6305):99, 1991.

10

Р. Эберсолд, Л.Э. Худ и Дж. Д. Уоттс, «Оборудование ученых для новой биологии», Nature Biotechnology 18:359, 2000.

11

«Новый подход к расшифровке жизни: системная биология», Annual Review of Genomics and Human Genetics 2:343-372, 2001. Транскриптом — это полная коллекция расшифрованных элементов генома, включая все генетические элементы, которые кодируют для белков — все мРНК и все некодирующие РНК, используемые для структурных и регуляторных целей. Протеом — это полная коллекция всех белков, участвующих в определенном пути, органелле, клетке, ткани, органе или организме, которые можно изучать совместно, чтобы получить точные и исчерпывающие данные об этой системе.

12

Консультативный комитет биологических наук по киберинфраструктуре биологических наук, Building a Cyberinfrastructure for the Biological Sciences (CIBIO): 2005 и последующие годы: дорожная карта консолидации и расширения , июль 2003 г. Доступно по адресу: http:/ /research ​.calit2 ​.net/cibio/archived/CIBIO_FINAL.pdf. Это не отрицает того, что исчисление также имеет применение в системной биологии (в основном благодаря его связи с биохимией и термодинамикой), но исчисление не так важно для системной биологии, как для физических наук, и не так важно, как вычислительная техника и информационные технологии. к системной биологии.

13

Число возможных различных геномов из 3 миллиардов пар оснований, при условии наличия только простых мутаций с заменой оснований, равно 4 в 3-миллиардной степени. Это большое число. На самом деле оно настолько велико, что отношение этого числа (большое) к количеству частиц в известной Вселенной (маленькое) намного больше, чем отношение диаметра Вселенной к диаметру атома углерода. Таким образом, исчерпывающее компьютерное моделирование этого пространства состояний эффективно исключается. Даже более податливые пространства состояний, такие как количество различных возможных гаплоидных генотипов человека, по-прежнему дают гигантские числа. Например, если мы предположим, что вся человеческая популяция гетерозиготна всего в 500 участках генома (глубокая недооценка существующего разнообразия), причем каждый участок имеет только два состояния, то число возможных человеческих гаплотипов равно 2 в 500-й степени. , что также превышает количество электронов в известной Вселенной. Эти приблизительные расчеты также показывают, что пространство состояний существующих человеческих генотипов не может существовать в чем-либо, приближающемся к равновесию по сцеплению.

14

Н. Винер, Кибернетика, или управление и связь в животном и машине , 2-е изд., MIT Press, Кембридж, Массачусетс, 1961; L. von Bertalanffy, General Systems Theory: Foundations, Development, Applications , George Braziller, New York, 1968. Эта история была недавно кратко изложена в O. Wolkenhauer, «Systems Biology: The Reincarnation of Systems Theory Applied in Biology?» Брифинги по биоинформатике 2(3):258-270, 2001.

Индия, наука и технологии в 21 веке

Саян Басак

Саян Басак — мечтатель, рассказчик, писатель, оратор, получил степень бакалавра в области науки и технологии полимеров в Калькуттском университете. Он поступит в Университет Акрона, США, для дальнейшего изучения полимерной инженерии. Он любит вести блог, путешествовать, смотреть фильмы и слушать музыку. Его цель — умереть без особых сожалений. Чтобы извиниться перед теми, кого он обидел, и разыскал тех, кого любит. Чтобы путешествовать и испытать все, что он может, будь то Лувр в Париже или поедание неопознаваемых вещей у уличного торговца в Калькутте. Его мечта — жить без страха и тем самым вести к этой жизни других.
… ЕЩЕ

В настоящее время Индия занимает третье место в рейтинге самых привлекательных направлений для инвестиций в сфере технологий в мире, что определенно свидетельствует о значительном развитии научных областей в Индии. В 21 веке Индия заняла свое место среди ведущих стран в области научных исследований. Например, в области освоения космоса, с ее лунными миссиями и ракетой-носителем для полярных спутников (PSLV), Индия поднялась в пятерку лучших стран мира по космическим исследованиям.

Согласно Глобальному инновационному индексу (2020 г.), Индия занимает 48-е место в целом по инновациям и входит в число 15 ведущих стран в области информационных и коммуникационных технологий и глобальных компаний, интенсивно занимающихся исследованиями и разработками.

С точки зрения размера рынка, расходы на исследования и разработки достигли 96,50 млрд долларов США в 2020 году, что составляет почти 2% доли ВВП страны. Индия ввела различные стратегии финансирования, которые позволяют стране совершенствовать свои ключевые стратегические отрасли, включая космос, энергетику и науки о жизни. Энергетика является одной из развивающихся областей Индии, которой в настоящее время уделяется значительное внимание. Индийский ученый недавно сотрудничал с Соединенными Штатами в рамках индо-американской инициативы под названием «Институт исследований солнечной энергии для Индии» (финансируется через американо-индийское партнерство по продвижению чистой энергии).

Двадцать первый век также стал свидетелем бума различных технологических бизнес-инкубаторов, которые планируют выращивать многообещающие идеи, таким образом соединяя идеи с коммерциализацией. Что касается зарождающегося искусственного интеллекта, Индия добилась прогресса, приняв Национальную стратегию искусственного интеллекта (NITI Aayog), тем самым проложив путь для изучения потенциала искусственного интеллекта.

Хотя у нас есть доступ к финансированию научных разработок, образование также должно развиваться одновременно, чтобы дополнять научную стрельбу. Китай ежегодно выпускает около 20 000 докторов наук, и Индия должна развивать свою образовательную направленность, чтобы конкурировать с этими странами. Такие программы, как «Инновации в науке в поисках вдохновленных исследований» (INSPIRE), ускорили рост квалифицированных ученых после 2000 года, тем самым поднимая вопрос: «Можем ли мы улучшить это дальше?»

В Индии большинство студентов выбирают технологии, а не фундаментальные науки из-за перспектив прибыльной карьеры в промышленности. Индия должна работать над этой частью, чтобы вдохновлять и мотивировать молодые таланты заниматься фундаментальными науками, тем самым стимулируя стремление страны к первичным исследованиям. Создание Индийских институтов научного образования и исследований является одной из усилий по развитию фундаментальных наук как на уровне бакалавриата, так и на уровне магистратуры. Некоторые университеты (например, Калькуттский университет) предлагают программы после получения степени бакалавра технических наук, которые направлены на то, чтобы дать студентам возможность познакомиться как с наукой, так и с технологиями.

Ориентируясь на науку, Индия постепенно движется к тому, чтобы стать мировым лидером в области индустриализации и технологического развития. Появление нанотехнологий в Индии также приведет к развитию не только биомедицинского, но и ядерного сектора. Новый план Индии под названием «Политика в области науки, технологий и инноваций до 2020 года» предусматривает более эффективное продвижение науки с опорой на экспертов. Поскольку впереди Индию ждут как проблемы, так и надежды, оптимизм в отношении наших событий вскоре переместит наше внимание с «вызовов» на «надежду».

FacebookTwitterLinkedinEmail

Заявление об ограничении ответственности

Мнения, выраженные выше, принадлежат автору.

КОНЕЦ СТАТЬИ

• Engg не только о компьютерных науках и информационных технологиях. Можем ли мы остановить этот безумный порыв?

• Гати и Шакти: в своем письме по случаю дня рождения премьер-министра министр дорог и автомагистралей Союза говорит, что скорость и масштабы строительства инфраструктуры во многом обязаны вдохновляющему руководству Моди

• В конце концов, Радж мертв: колониализм был ужасен. Но уверенная в себе Индия должна отказаться от дебатов о деколонизации

• Уроки Гьянвапи: Суды не могут предложить решения для всех религиозных споров. Сообщества должны найти компромиссы

• Принцип мира: слова Моди Путину не означали изменения позиции. Способность Индии поддерживать мир будет возрастать

• В G20 Индия может показать путь: программы премьер-министра Моди по обеспечению благосостояния и расширению прав и возможностей должны стать образцом для многих стран

• Как ИИ помогает службе поддержки клиентов в сфере образовательных технологий

• Может ли мастер слова Тарур научить старую великую вечеринку новым трюкам?

• Давайте взглянем на вещи в перспективе с возвышающейся статуей Ганди

• Проблемы Индии с Россией будут расти: Из-за отсутствия поставок полупроводников Москве будет трудно удовлетворить военные потребности Нью-Дели

Наиболее важные технологические Инновации 21 века

10 мая 2021 г. |
Опубликовано администратором в Бизнес

Многие великие изобретения уже были отмечены в 21-м ^-м -м веке, и некоторые из них были ключевыми по сравнению с предыдущими веками. Хотя мы только 20 лет в новом тысячелетии, так много произошло. Технологический бум способствовал развитию новых изобретений, которые продолжают во многом влиять на нашу жизнь. Однако определить наиболее значимые изобретения не так-то просто. Таким образом, вот наиболее важные технологические инновации 21 9 года.0726 ст в.

Социальные сети

Социальные сети, вероятно, являются наиболее распространенной и популярной технологической инновацией 21-го ^-го -го века. Он тоже продолжает развиваться. Это новая форма общения, основанная на Интернете и требующая использования специальных устройств, таких как смартфоны и компьютеры. Существуют различные платформы социальных сетей, и они позволяют людям общаться в режиме реального времени.

Вам необходимо открыть учетную запись в предпочитаемой вами социальной сети, чтобы связать ее с учетными записями ваших близких. В социальных сетях вы можете пользоваться такими услугами, как обмен мгновенными сообщениями, обмен фотографиями и видео. Другие платформы социальных сетей могут облегчать голосовые вызовы. Многие предприятия в настоящее время используют социальные сети для проведения таких мероприятий, как маркетинг, и для общения со своими клиентами, чтобы повысить свою эффективность.

Технология дронов

Дроны, также известные как беспилотные летательные аппараты (БПЛА), являются частью значительных технологических инноваций того времени. Дроны используются для различных целей, поскольку они могут снимать качественные аэрофотоснимки и видео. Креативные дизайнеры из Paddlecreative объясняют, что технология дронов произвела значительную революцию в индустрии кино и фотографии.

Дроны могут использоваться для множества других целей, таких как выполнение проектов по маркетингу недвижимости и обеспечение безопасности. БПЛА можно использовать в разных секторах, и они очень эффективны, поскольку предоставляют надежные данные в режиме реального времени о том, что происходит в другом месте.

Службы безопасности могут размещать дроны в разных местах для целей наблюдения, а операторы на земле получат точную информацию. В строительной и горнодобывающей отраслях технология дронов повышает точность и точность, а также является надежным методом сбора данных. БПЛА также способствуют повышению эффективности операций в различных других секторах.

Блокчейн

Хотя многие люди до сих пор не понимают блокчейн или криптовалюту, они уже должны были о них слышать. Эта технология является альтернативой фиатной валюте, но она основана на цифровых технологиях. С криптовалютой вы можете выполнять все транзакции, которые вы можете совершать с твердыми деньгами, если у вовлеченных сторон есть криптовалюта. Единственная разница в том, что центральный банк не контролирует криптовалюту, и вы не можете хранить ее как твердую валюту.

Технология криптовалюты была представлена ​​в 2008 году с созданием биткойна, который остается самым популярным среди различных криптовалют. Блокчейн получает широкое признание, и с тех пор его принял финансовый сектор. Другие отрасли также используют блокчейн для различных целей, таких как покупка различных продуктов и услуг и денежные переводы. Криптовалютой можно торговать за деньги.

Из-за его популярности и постоянного присутствия в СМИ сегодня легко найти где купить биткойн. Тем не менее, нельзя упускать из виду несколько альтернативных криптовалют, таких как Ethereum — вторая по величине на сегодняшний день — и XRP, созданная Ripple Labs Inc. Последняя представляет собой децентрализованную технологию с открытым исходным кодом, предназначенную для обеспечения глобальных финансовых транзакций любого размера, почти бесплатно.

Электромобили

Хотя нельзя сказать, что электромобили — это точно изобретение 21-го ^-го -го века, в последнее время технология стала популярной. Электромобиль состоит из электродвигателя, который приводит его в движение за счет энергии, хранящейся в перезаряжаемой батарее. Наиболее заметное развитие этой технологии связано с зарядными станциями для этих автомобилей, как и с заправочными станциями.

Электромобили энергоэффективны, не загрязняют воздух и не шумят. Эти электромобили являются хорошей альтернативой, способной решить проблемы загрязнения окружающей среды. Изменение климата реально, а проблемы глобального потепления актуальны, а это значит, что нужно найти жизнеспособное решение в долгосрочной перспективе.

Смартфоны и планшеты

В настоящее время практически все пользуются смартфонами. Не так давно мобильные телефоны состояли из клавиатур с кнопками, но их обогнали новые технологии.

Сенсорный экран был представлен в 2007 году и с тех пор распространился на другие устройства, такие как планшеты, ноутбуки, стереосистемы и телевизоры. Сенсорный экран состоит из сверхтонкого химически упрочненного стекла, и вы можете управлять всеми функциями вашего устройства с экрана, используя пальцы. Стекло сенсорного экрана прочное, его нелегко разбить. Даже если экран треснет, ваше устройство продолжит работать.

С наступлением нового тысячелетия произошли различные технологические инновации, и они включают, но не ограничиваются следующим: дроны, социальные сети, электродвигатели, смартфоны, блокчейн и другие. Эти технологические инновации во многом улучшили нашу жизнь. Однако нам еще предстоит стать свидетелями новых технологических инноваций, которые выведут нас на новый уровень.

Об авторе:

Аллен Браун  отец троих детей и увлеченный писатель, освещающий ряд тем, таких как интернет-маркетинг, SEO и многое другое! Когда он не пишет, его находят за барабанной установкой.

Поделиться Статья:

Наука для двадцать первого века: новое обязательство

ЮНЕСКО — МСНС

Наука для двадцать первого века
Новое обязательство

Базовый документ, версия 4.0
Пол Хойнинген-Хюэн, Марсель Вебер и Эрик Оберхейм
Центр философии и этики науки Ганноверского университета, Германия

Содержание

• Определения
• Введение
• Наука: последние 50 лет
  • Математика
  • Физика
  • Астрономия и космология
  • Химия
  • Молекулярная биология
  • Медицина
  • Биологическая эволюция
  • Науки о Земле
  • Науки об окружающей среде
• Форум I — Наука: достижения, недостатки и вызовы
  • 1. 1   Природа науки
  • 1.2   Универсальная ценность фундаментальной науки
  • 1.3 Научный подход к сложным системам
  • 1.4 Международное сотрудничество в области науки
  • 1.5 Преподавание естественных наук
• Форум II — Наука в обществе
  • 2.1   Общественное восприятие науки: между принятием и неприятием
  • 2.2 Наука для развития
  • 2.3   Установление приоритетов в новом социально-экономическом контексте
  • 2.4   Наука: гендерный вопрос
  • 2.5   Новый общественный договор для науки

Определения

Термин «наука» будет использоваться в этой статье в англо-саксонском смысле «естественная наука», принимая во внимание тот факт, что в некоторых языках гомологичный термин относится ко всем областям обучения. Наука в этом узком смысле включает математику, физику, астрономию и космологию, химию, биологию, науки о Земле и науки об окружающей среде. Медицина также включена из-за очень тесных контактов между современной наукой и медициной.
Технологические дисциплины также в значительной степени зависят от естественных наук. Помимо своих конкретных ноу-хау, они используют научные знания для достижения своих целей. Термин «социальные науки» будет использоваться для обозначения психологии, социологии, лингвистики, экономики и смежных дисциплин. Некоторые из их методов идентичны методам естественных наук, а некоторые отличаются из-за их специфического предмета. Оба
естественные и социальные науки можно грубо отличить от гуманитарных наук (история, философия, литературоведение и т. д.) в использовании ими эмпирических методов, за исключением математики, которая включена в естественные науки главным образом по историческим причинам. Эти различия не предполагают никаких оценочных суждений.

Введение

В течение 20-го века, и особенно в последние несколько
десятилетия научные исследования значительно расширили наше понимание
фундаментальное строение материи, происхождение Вселенной, эволюция
жизни на Земле, строение и функции биомолекул и многое другое. В
в то же время прогресс, достигнутый учеными, привел к непредвиденным
сила, которая позволяет нам изменить нашу жизнь, наше будущее и наш мир.
большие преимущества, которые предлагает наука, не должны заставлять нас забывать, что это
власть может иметь и негативные последствия. Это фактор, который способствовал
к ущербу природной среде Земли, и он был использован для
создавать оружие массового уничтожения, напоминая нам, что с силой приходит
ответственность использовать его с умом.

На заре 21 века наука оказалась в
сложная ситуация. Сегодня есть более профессионально подготовленные ученые
живее, чем во всех предыдущих поколениях, вместе взятых. В то же время из-за
к окончанию холодной войны военно-промышленные комплексы и их научные
кадры сокращаются в результате экономической конверсии в гражданскую
промышленность. Это высвобождает ресурсы, с помощью которых некоторые из самых неотложных задач человечества
проблемы могут быть решены; таких как снабжение продовольствием, общественное здравоохранение, глобальное
изменение климата или защита биоразнообразия.

Глобализация рынков, производства и финансов может привести
к смещению национальных приоритетов исследований и разработок в сторону
всемирная сеть исследовательской деятельности, называющая существующие государственные исследования
инфраструктуры под вопросом. Императив конкурентоспособности в
глобализированная экономика может угрожать научным исследованиям, в которых мало или
отсутствие краткосрочной экономической отдачи. Университеты просят искать больше
сотрудничество с частной промышленностью. В связи с экономической конкуренцией
свободный обмен научными идеями, данными и исследовательскими материалами попал под
давление. Напротив, крупномасштабные исследовательские программы, требующие
международное сотрудничество, как, например, в физике высоких энергий или больших
экологические программы, все чаще бросают вызов чисто национальной исследовательской направленности.

В мировом сообществе страны и регионы сильно различаются по
степени их научного развития и индустриализации. В настоящий момент,
менее развитые и менее промышленно развитые страны недостаточно
интегрированы в международное научное сообщество и посвящают очень мало
ресурсов для науки и техники на национальной основе. Хорошо образованные люди
стремятся продолжить карьеру в университетах или промышленности в промышленно развитых
центры Севера, которые с точки зрения менее развитых
страны, представляет собой потерю одного из самых ценных ресурсов срочно
необходимые для их развития. Женщины недостаточно представлены в научной
сообщество, особенно на старших уровнях. В значительной степени женщины также
исключены из процесса принятия решений в области научно-технической политики, что
часто по-разному влияет на их жизнь по сравнению с мужчинами. Кроме того,
большое количество женщин, особенно в менее развитых странах, не имеют доступа
к научной культуре, которая позволила бы им участвовать в практической
и социально-экономические выгоды, вытекающие из научных и технических достижений.

В промышленно развитых странах наблюдается некоторое снижение
общественное доверие к науке как модели человеческого разума и главному источнику
прогресс. Это явление нельзя объяснить просто общественным невежеством или
научная неграмотность, но следует рассматривать как указание на то, что научные эксперты
слишком часто не выполняют свою демократическую ответственность в обеспечении общественной
консенсус при принятии последующих решений, например тех, которые касаются
технологические риски. Общественную научную грамотность нужно повышать именно
в целях демократизации процесса принятия решений в науке и технике
политики во всех странах одинаково.

Эти разработки требуют пересмотра традиционных
договор между наукой и обществом. Приверженность всех стран научным исследованиям
и образование должно быть обновлено, чтобы наилучшим образом использовать науку в
достижения глобального устойчивого развития. Всемирная конференция ЮНЕСКО/МСНС по
Наука (WCS) предоставляет уникальную возможность координировать национальные и
международные усилия по решению этих проблем в мире, который будет продолжать
искать в науке, пусть и не исключительно, просветления и
улучшение условий жизни на этой планете.

Настоящий документ предназначен для использования в качестве основы для
Форум I и II WCS. В первой главе приведены некоторые из наиболее важных
научные достижения последних 50 лет рассматриваются с точки зрения
21 век. Остальное структурировано в соответствии с пленарными заседаниями
Форум I и II. Они также включают материалы по различным темам,
обсуждаются в ходе параллельных совещаний.

Наука: последние 50 лет

Обзор с прицелом на 21 век

Вторая половина 20 века стала свидетелем захватывающего
взрыв научных открытий и технологических инноваций, которые
зачастую тесно взаимосвязаны. Многие природные явления, начиная от
субатомных до космических масштабов, сегодня понимаются гораздо лучше, чем они были
50 лет назад. Значительная часть этих знаний технологически
могут быть использованы и/или непосредственно связаны с важными вопросами политики. Эта глава
дает краткий обзор некоторых из наиболее впечатляющих и влиятельных научных
открытия и технологические инновации последних 50 лет. Поскольку
рост научных знаний в этот период был настолько огромен, что
короткая учетная запись должна быть выборочной. Следующий обзор посвящен тем
научные достижения, которые оказали и продолжают оказывать наибольшее влияние
на человечество; наше мировоззрение, технологии, окружающая среда и общественное здравоохранение.

Математика

Математика отличается от других наук тем, что ее предмет
это не природа. Прогресс в математике обычно не воспринимается напрямую
публике, так как ее результаты считаются столь абстрактными и далекими от повседневной
опыт, что их трудно понять. Однако иногда некоторые
математические новости становятся доступными для широкой публики. Одним из примеров является
применение больших простых чисел для целей шифрования. Иногда результат
в чистой математике также привлекает внимание общественности. Примером является недавнее
доказательство последней теоремы Ферма, которое, хотя и было сформулировано просто, сопротивлялось самым лучшим
усилиями математиков на протяжении более трех с половиной столетий.

Но математика — это больше, чем просто своеобразные теоремы и
случайные популярные достижения. Благодаря своей точности и строгости, это
важным инструментом для всех наук. Есть много примеров из
история науки, в которой развитие новых математических методов или
гениальное применение существующих инструментов позволило ученым сформулировать
принципиально новые теории и добиться революционного концептуального
прорывы. Одним из самых впечатляющих случаев в этом столетии был случай Эйнштейна.
использование неевклидовой геометрии, разработанной Риманом в XIX в.век для
формулировка общей теории относительности.

В последней половине этого столетия произошли впечатляющие успехи в
математике, особенно в теории динамических систем и стохастических
анализ. Характерно сочетание аналитических и геометрических идей.
этих разработок. Одним из примеров является использование уравнений диффузии-реакции.
понять формирование биологического паттерна. Еще одна особенность развития
является расширением математической теории в область нелинейности. Ан
важным примером является прогресс в нашем понимании турбулентности, в
особенно в контексте прогнозирования погоды.

В середине века математика увлеклась изучением собственных
фонды. Сегодня мы наблюдаем другую тенденцию, на которую сильное влияние оказывает
последние достижения вычислительной техники. Математическое моделирование,
разработка алгоритмов и научные вычисления стали инструментами
замечательная универсальность для всех наук. Обещают сыграть решающую
роль в будущем прогрессе.

Физика

За последние 50 лет наши знания об элементарных частицах
и их взаимодействие продвинулось чрезвычайно. До окончания Второй
Мировая война, было известно несколько частиц, но не было систематической теории
объяснить их разнообразие и свойства. Несмотря на достигнутые успехи
в 19В 30-е годы даже ядерная физика во многих отношениях была еще в зачаточном состоянии.
Ничего не было известно о строении нейтронов и протонов. Измерение
инструменты были чрезвычайно грубы и ограничены в диапазоне измерений. в
за последние 50 лет обнаружен целый «зоопарк» новых частиц, некоторые из которых
крайне недолговечны. Чтобы исследовать такие частицы, они
ускоряется и врезается в другие частицы. Развитие новой частицы
ускорители, работающие на гораздо более высоких энергиях, были решающим фактором в
быстрый прогресс в физике элементарных частиц. Для отслеживания частиц до и
после их взаимодействия с другими частицами образовалась пузырьковая камера
в начале 1950-е годы. Другие типы инструментов обнаружения, такие как искровая камера
или многопроволочная пропорциональная камера были разработаны и позже усовершенствованы. В
для обнаружения и измерения нейтрино, практически не взаимодействующих с веществом на
все, огромные резервуары были построены глубоко под землей, чтобы отсеивать все нежелательные
излучение.

Физики-теоретики добились значительного прогресса в
выявление закономерностей их взаимодействия. В начале 1960-е годы,
была разработана теория кварков. Это может объяснить многие закономерности между
более тяжелые частицы. Возможно, самое главное, новые принципы заказа
включены новые законы сохранения, которые по разным причинам считаются
самый фундаментальный в физике. Кроме того, теоретическая унификация
уменьшилось количество фундаментальных сил.

Еще одним прорывом стала экспериментальная демонстрация
существования антивещества. Антиматерия и материя быстро распадаются на чистые
энергии при контакте. Это было предсказано на теоретических основаниях и
предоставляет доказательства, поддерживающие современные теории фундаментальных законов
природа.

Не следует забывать, что, несмотря на прогресс в
фундаментальной физики, в наших знаниях все еще существует большой пробел — пробел, который
необходимо заполнить. Два основных столпа физики 20 века; квант
механика и общая теория относительности Эйнштейна взаимно
несовместимый. Их совместимость абсолютно необходима для последовательного
физика, которая является целью дальнейшего теоретического прогресса. Эта цель может
быть достигнуто только путем существенного изменения хотя бы одной из этих теорий.
способ. Никто точно не знает, к чему может привести это затруднительное положение. Можно только
размышлять о том, сможет ли теория струн или ее потомки дать
решение.

В физике 20 века было
огромный технологический эффект. В связи с развитием
атомной бомбы, и как следствие расширения знаний о ядерной
физики, реакторы были разработаны для производства электроэнергии с использованием
тепло, выделяющееся при ядерных реакциях деления. С 1950-х годов этот мирный
Использование ядерной энергии было принято во всем мире. Многие промышленно развитые
страны и некоторые развивающиеся страны теперь используют ядерную энергию для производства электроэнергии
производство. Однако будущее атомной энергетики представляется несколько неопределенным.
поскольку разочарование в ядерной энергии стало широко распространенным из-за
потенциально опасные радиоактивные отходы, которые она производит. Дальнейшие разработки в
ядерная физика включает производство или обнаружение новых элементов, выше и
помимо уже известных.

Гигантские шаги в исследованиях очень малых были сделаны
фундаментальные работы по электронной оптике. Это привело к разработке первого
мощный электронный микроскоп в начале 1950-х гг. За ним последовало поле
ионный микроскоп и сканирующий электронный микроскоп. Электрон высокого разрешения
микроскопы дают представление об атомной структуре твердого вещества. В
В 1980-х годах был изобретен сканирующий туннельный микроскоп. Этот прототип
сканирующий зондовый микроскоп привел к разработке приборов, позволяющих
отдельные атомы для визуализации и управления. Новая область техники была
Родился.

Сверхпроводимость была открыта еще в 1911 году.
при низких температурах некоторые материалы полностью теряют свое электрическое сопротивление. Они
Таким образом, может проводить электричество без малейших потерь. Это совершенно очевидно
что это явление имеет множество потенциальных технических применений, как для
Например, в чрезвычайно мощных магнитах. Но явление сверхпроводимости
долгое время не поддавался объяснению. Это стало понятно только в 1950-е годы.
Более того, в 1980-х годах были достигнуты впечатляющие успехи в производстве
керамические материалы, которые проявляют сверхпроводимость при гораздо более высоких температурах
чем до сих пор считалось возможным.

В 1960 году по счастливой случайности был изобретен лазер. Он производит
чрезвычайно когерентный свет, который может быть сфокусирован до беспрецедентной степени. Лазеры
оказались бесчисленными технологическими приложениями. К ним относятся
множество различных измерительных приборов, таких как детекторы загрязнения воздуха,
высокоскоростная фотография, новые запоминающие устройства для компьютеров (CD-ROM),
различные хирургические инструменты и даже методы улавливания и охлаждения атомов,
чтобы назвать только несколько.

Возможно, самая распространенная научная инновация за последние 50 лет.
лет было открыто исследованиями в области полупроводников. Полупроводники
кристаллы, сочетающие в себе свойства электрических проводников и диэлектриков.
Исследования этих свойств привели к открытию транзисторного эффекта в
конец 1940-х годов. Транзистор постепенно вытеснил вакуумную лампу и
в конце концов, в начале 1960-х, появились интегральные схемы (микропроцессоры)
все меньшего размера. Микропроцессоры оказали огромное влияние на электрические
инженерия. Их поразительная эффективность и небольшие размеры породили множество
применения в самых разных областях. Например, они породили
разработка слуховых аппаратов, которые были достаточно малы, чтобы их можно было носить или даже
вживлен в ухо. Хотя компьютерный дизайн начался раньше, этот
века чрезвычайно быстрое развитие все более быстрых компьютеров с
расширение памяти стало возможным с появлением транзисторов, встроенных в
микропроцессоры. Практически все современные вычислительные и коммуникационные устройства
основаны на этой технологии. Стоимость и размер вычислительной мощности были
снижается на несколько порядков. Кроме того, дизайн и
внедрение Интернета, который сегодня соединяет миллионы компьютеров,
позволяет получить доступ к информации со всего мира на беспрецедентном уровне
и скорость. Величина потенциального воздействия современной информации и
коммуникационные технологии на общество могут быть сопоставимы с технологиями
изобретение печатного станка. Современные компьютеры и информатика
также привели к захватывающим достижениям в фундаментальной науке, как, например, в
области искусственного интеллекта или исследования сложности (см. раздел 1.3).

Другим достижением, связанным с исследованиями в области полупроводников, стал
изобретение фотогальванических элементов, которые могут преобразовывать свет в электрическую энергию.
Они обещают, что когда-нибудь большая часть наших энергетических потребностей будет обеспечена.
непосредственно на солнце, не производя значительного загрязнения.

Астрономия и космология

Пятьдесят лет назад считалось, что Вселенная в целом
довольно спокойное место, каким всегда были наши чисто оптические наблюдения.
предложенный. Новые и сверхновые были единственными событиями, которые, как известно, высвобождали большие
количества энергии за сравнительно короткий промежуток времени. Драматический научный
открытия последних десятилетий полностью изменили эту картину. Например,
в 19В 50-х годах были обнаружены так называемые активные галактики. Эти галактики излучают
невероятно огромное количество энергии, что говорит о том, что их ядра
фактически взрывается. Затем, в 1962 г., были обнаружены квазары (квазизвездные радиоисточники).
обнаружены и признаны самыми яркими объектами во Вселенной. В то время как они
испускают в сотни раз больше радиации, чем гигантская галактика, подобная нашей
Млечный Путь, это очень маленькие объекты, которые в миллионы раз
меньше, чем наша собственная галактика. Установлено, что некоторые из них
миллиардах световых лет от нас, и что это должны быть галактики с чрезвычайно
активные ядра. Вскоре после этого в 1967, пульсары («пульсирующие звезды») были
обнаруженный. Пульсары — это звезды, испускающие очень короткие всплески излучения на
удивительно точные частоты повторения. Они были объяснены как вращающиеся
нейтронные звезды, которые имеют диаметр всего около 16 километров и излучают
луч излучения очень похож на маяк. Их плотность настолько велика, что
кусок материи размером с шарик шариковой ручки будет весить примерно как
как океанский лайнер, а продолжительность вращения может составлять всего
тысячная доля секунды. Существование черных дыр — звезд,
материя даже плотнее, чем у нейтронных звезд, постулировалось ранее это
век. Однако косвенных свидетельств их существования пришлось ждать в ближайшее время.
1970-е годы. Черные дыры трудно обнаружить, потому что их гравитационные поля
достаточно сильны, чтобы уловить все их излучение. В 1964 году открытие
чрезвычайно однородное космическое микроволновое фоновое излучение убедило большинство
астрофизиков, что Вселенная имеет конечный возраст и возникла из
гигантский взрыв в начале времен около 15 или 20 миллиардов лет назад,
так называемый Большой взрыв.

Все эти инновации стали возможными благодаря новому наблюдению
инструменты. Пятьдесят лет назад самым большим телескопом был 5-метровый оптический
телескоп. С тех пор наземные оптические телескопы увеличились в размерах в четыре раза.
и еще более крупные в настоящее время строятся. Кроме того, в 1990,
космический телескоп Хаббл был отправлен на орбиту. Он дал множество новых
информацию о нашей Вселенной, так как собираемое ею излучение не обязательно
проходят через атмосферу Земли.

За последние пятьдесят лет наша собственная солнечная система и ее генезис
стали гораздо более известны. Множество новых спутников и колец вокруг планет
были открыты и раскрыта природа комет. Один из
Основными причинами такого развития стало начало космической эры. В 1957,
Спутник I был запущен. Только два года спустя первый человеческий артефакт достиг
небесный объект, луна. В том же году Луна была
совершил кругосветное путешествие на беспилотном космическом корабле, который прислал фотографии своего далекого
сторона, которую никогда прежде не видели люди. Эти миссии также
подтвердил предсказание, сделанное несколько раньше: что солнце в
помимо своего электромагнитного излучения, также испускает поток частиц
разной интенсивности, так называемый солнечный ветер. Это знание доказало
важно, потому что солнечный ветер влияет на атмосферу Земли. Первый
полет человека в космос был совершен в 1961. С начала 1960-х гг.
спутники связи были отправлены на орбиту, что сделало беспроводную связь
возможно во всем мире. В тот же период были созданы планетарные зонды.
поставить в космос. Они предназначены для того, чтобы проходить вблизи планет, а затем возвращаться обратно.
информация о них. Все планеты были достигнуты такими зондами,
что значительно расширило наши знания о них. Это было бы
невозможным только с помощью земных исследований, и действительно привели к некоторым удивительным
открытия. Например, на одном из спутников Юпитера наблюдается вулканическая активность.
первый случай, когда-либо наблюдавшийся вдали от Земли. Сложный узор из
радиационные пояса, окружающие Землю, теперь называемые магнитосферой.
обнаружено и показано, что оно имеет большое значение для различных видов деятельности на Земле.

Посадки на Луну и планеты зондов
постоянно растущая изощренность началась в середине 1960-х годов и продолжается сегодня.
Некоторые из них привезли образцы для углубленного химического анализа.
возможен их состав. В 1969 году первый человек ступил на Луну, только
через двенадцать лет после запуска первого спутника.

Хотя часто утверждают, что космические исследования не имеют отношения к
самые насущные потребности общества, и что космические исследования движимы лишь
национального тщеславия и любопытства ученых, важно не упускать из виду
огромные преимущества таких исследований для людей во всем мире, особенно
в сочетании с технологическими разработками в других областях. Один
прямым примером является разработка метеорологических спутников, которые
становятся незаменимыми для отслеживания ураганов и других сильных штормов. Пока
эти штормы все еще потенциально разрушительны, своевременно предупреждая об их
Такой подход спас множество жизней и помог избежать неисчислимого материального ущерба.
Другим примером являются спутники ресурсов Земли, которые стали
неотъемлемая часть сбора геологических данных и (как следует из названия) обеспечивают
нам более совершенные средства оценки ресурсов Земли. Кроме того, эти
спутники предоставляют информацию о лесах и росте сельскохозяйственных культур, а также дают другие
практическая информация, например, о распространенности болезней сельскохозяйственных культур.

Химия

Химические науки добились захватывающих дух успехов во время
последние пять десятилетий. Они принесли бесчисленные преимущества благодаря
чрезвычайно широкий спектр применения. К ним относятся, в том числе, новые
материалы, пищевые добавки, фармацевтические препараты и пестициды, но и новые
аналитические инструменты для изучения живой материи, а также окружающей среды.
были определены структуры многих молекул, и это послужило основой
для их синтеза, а также их производства в промышленных масштабах. Заметный
Примером могут служить витамины: небольшие органические соединения, которые действуют как кофакторы в
множество биохимических реакций в организме человека. Сегодня витаминные добавки играют
важную роль в общественном здравоохранении, поскольку они могут дополнять недостатки в
поставка или метаболизм встречающихся в природе витаминов. Другие примеры
сульфаниламиды и β-лактамные антибиотики, спасшие множество жизней.

В дополнение к характеристике и синтезу огромного количества
натуральные продукты, химики также разработали соединения de novo . в
В 1980-х годах был открыт совершенно новый класс органических молекул, называемых фуллеренами.
обнаруженный. Они принадлежат к неизвестной до сих пор форме углерода. Фуллерены имеют
футбольные или сигарообразные структуры. Это дает материалы с новым, очень
интересные и, возможно, полезные свойства. Значительный прогресс был также достигнут в
синтез нестандартных полимеров, композиционных материалов и керамики. Некоторые из
последние оказались способными к сверхпроводимости. Последние достижения в
супрамолекулярная химия уже оказала влияние на дизайн материалов.

С более теоретической точки зрения, достижения в области квантовой химии,
с помощью соответствующих компьютерных программ позволил рассчитать
карт электронной плотности молекул, что значительно расширило кругозор химиков.
понимание принципов, определяющих устойчивость и свойства
молекулы. Таким образом, некоторые химические свойства молекул теперь могут быть
выводится из фундаментальных законов физики.

Органическая химия сыграла важную роль в больших достижениях в
понимание строения и функций биомолекул. Это имело
огромное влияние на биомедицинские науки. Например, в 1954 г.
был проанализирован природный белковый гормон (окситоцин), а затем
синтезированный. Впервые было показано, что искусственно созданный
Белок обладает точно такими же свойствами, как и продуцируемый естественным путем.
синтез инсулина, белка, спасающего жизни диабетиков, вскоре последовал
после этого. В 1959, трехмерная структура гемоглобина (
молекула, транспортирующая кислород, окрашивающая кровь в красный цвет) была определена на атомном
разрешающая способность. С тех пор структуры тысяч биологически важных
молекулы были описаны. Эти знания играют все более важную
роль в разработке новых методов диагностики и терапии. С помощью быстрого
компьютеры, медицинские химики все чаще используют знания о биомолекулярных
структуры для создания небольших соединений с очень специфическими фармакологическими свойствами.
характеристики.

Современная биохимия, сочетание традиционных областей физиологии и
патологии со всеми отраслями химических наук, сделал решающим
вклад как в наше понимание жизненных процессов, так и в медицину. Много
тысячи химических реакций, поддерживающих жизнь организма, были
описано. Сегодня биохимики понимают, как клетки могут расщеплять сахар и
другие пищевые продукты, чтобы генерировать биологически полезную энергию в удивительно
эффективный способ. Они обнаружили, как растительные клетки используют CO2
и энергия солнечного света для синтеза органического материала. Кроме того,
Причины многих врожденных метаболических ошибок были обнаружены биохимическим путем.
исследований, тем самым обеспечивая основу для диагностики и терапии.

Еще один прорыв произошел благодаря экспериментам
решение фундаментального вопроса о зарождении жизни на Земле. в
В начале 1950-х годов были проведены эксперименты по изучению генезиса первых
органических соединений из неорганических в предполагаемых условиях
поверхности Земли примерно 3,5 миллиарда лет назад. При соответствующих условиях,
было показано, что возникли органические молекулы, которые вполне могли быть
строительные блоки ранней жизни. Хотя многие из этих результатов несколько
гипотетически, стало совершенно ясно, что зарождение жизни на Земле было
возможно только на основе физических и химических принципов, без
необходимо призвать сверхъестественные силы. Сегодня предпочтение отдается гипотезе о
Происхождение жизни на Земле утверждает, что жизнь впервые появилась в
форма молекул РНК, способных катализировать собственный синтез. Следовательно,
химическая эволюция вполне могла привести к появлению первых ключевых молекул жизни,
обеспечение Земли предпосылками биологической эволюции.

Новые знания на молекулярном, а также инфра- и
надмолекулярном уровне, быстро растет. Химические науки также
вклад в науку об окружающей среде. Например, они предлагают новые
материалов и способствовать разработке новых средств защиты растений, т.к.
а также здоровья животных и человека.

Молекулярная биология

К концу 1940-х гг. накопились биохимические данные
в поддержку гипотезы о том, что гены состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты
(ДНК). Гены – это наследственные единицы, управляющие биологической передачей
признаков от родителей к потомству у всех видов. Биологи уже
предположил, что ключ к пониманию того, как гены могут передавать биологические
информацию от поколения к поколению надо искать в их молекулярных
структура. Используя методы, разработанные в основном в физике, эта структура была
обнаружен в 1953, и было показано, что это двойная спираль. Как только структура ДНК
было установлено, следующий вопрос заключался в том, как клетка «читает» генетическую
информацию, хранящуюся в его ДНК. За удивительно короткое время небольшая группа
молекулярные биологи взломали так называемый «генетический код». Это указывает, как
последовательность строительных блоков ДНК транслируется в последовательность амино
кислоты, строительные блоки белков. За несколькими незначительными исключениями,
генетический код оказался одинаковым для всех организмов. Впоследствии
были выяснены основные механизмы синтеза белка и показано, что они включают
другая ранее известная форма нуклеиновой кислоты, а именно РНК. Это открытие было
с последующим выделением и описанием ферментов, копирующих и репарирующих
ДНК.

После так называемой «молекулярной революции» в биологии многое
был достигнут прогресс в понимании множества механизмов, с помощью которых
геном клетки направляет биохимические процессы, позволяющие клетке выжить,
делятся и выполняют определенные функции в многоклеточных организмах. Активность
большинства генов жестко регулируется сложными молекулярными механизмами. Для некоторых
очень простые организмы, такие как бактерии и бактериофаги (вирусы, заражающие
бактерии), эти механизмы в настоящее время достаточно хорошо изучены. Вопрос о том, как
активность специфических генов контролируется во время развития
многоклеточные организмы (например, муха, мышь или человек)
самое сердце современных исследований в области молекулярной биологии. Замечательный
прогресс в этой области в настоящее время достигается в лабораториях по всему миру.
Мир. Помимо того, что это исследование представляет первостепенный научный интерес, оно
уже начали давать важные сведения о причинах болезней человека.
такие как рак, болезнь Альцгеймера и диабет, и это лишь некоторые из них. Многие из
Молекулярные механизмы, обеспечивающие защиту организма от болезней,
известны сегодня. Упомянем только один пример, в 1970-х после многих лет
исследования, иммунологи открыли молекулярный механизм, с помощью которого иммунная
система может вырабатывать огромное количество различных антител, каждое из которых приспособлено к
специфическая молекулярная структура, чуждая организму. Такое знание, которое
продолжает неуклонно расти, играет все более важную роль в
разработка новых методов лечения. Понятно, что это было бы невозможно
без предшествующей молекулярной революции. Новая молекулярная биология также
произвело революцию в таких областях, как клеточная биология и нейробиология.

Молекулярная биология имеет технологический побочный продукт, который быстро
стал одним из самых многообещающих и противоречивых нововведений 20 века.
науки: первые искусственно рекомбинированные молекулы ДНК были получены в
1970-е годы. Это стало возможным благодаря предыдущему открытию и характеристике
ряда ферментов, которые разрезают или химически модифицируют ДНК, в первую очередь
ферменты рестрикции. Применяя комплекс методов, известных под общим названием
«генная инженерия», молекулярные биологи могут манипулировать молекулами ДНК
практически по своему желанию. Рекомбинантные молекулы ДНК in vitro могут быть
реинтродуцированы к различным видам с помощью методов переноса генов. Виды, которые
могут быть легко генетически изменены сегодня, включая бактерии, дрожжи, плодовых мух,
мыши и несколько видов растений. Изолированные клетки человека также могут быть генетически
спроектированный. Существуют серьезные этические опасения по поводу внедрения генетических
модификации в оплодотворенные человеческие зиготы. Однако можно не сомневаться
что это в принципе возможно, и что эта практика потенциально
произвести революцию в профилактике тяжелых генетических нарушений.

Методы генной инженерии быстро стали незаменимыми
инструмент для биологических и биомедицинских исследований. Многие биологические механизмы
выяснены сегодня путем внесения специфических изменений в отдельные гены и
наблюдения за их фенотипическими эффектами. Генетическая информация теперь легко
доступным с помощью методов быстрого секвенирования ДНК. Сравнивая последовательности ДНК,
Молекулярные биологи получают важные сведения о функциях и эволюции
гены. Полные последовательности геномной ДНК доступны для различных микроорганизмов,
в том числе несколько патогенных бактерий и вирусов, а также дрожжи. В нескольких
лет, полная последовательность различных геномов животных и растений будет
доступны и предоставят бесценную информацию о биологии этих
организмы. Наконец, крупнейший масштабный проект в истории биологии,
Проект «Геном человека» близится к завершению. Эксперты оценивают, что
она будет завершена уже в первом десятилетии XXI века.
Последовательность геномной ДНК человека будет чрезвычайно полезна для ученых-биомедиков
для понимания того, как функционирует человеческий организм и как возникают болезни.
Однако проект «Геном человека» также поднял серьезные этические проблемы. Эти
включают возможное неправомерное использование таких знаний, защиту
конфиденциальность, права интеллектуальной собственности и защита универсального доступа
к общедоступной информации. По этой причине проект «Геном человека» сопровождается
исследованиями потенциально далеко идущих социальных последствий новая генетика
можно иметь.

Возможные применения генной инженерии в
биотехнология и медицина только начинают материализоваться. Генетически
были выведены искусственные сельскохозяйственные растения, несущие гены, устойчивые к различным
патогены растений. Растет число лечебных и диагностических
фармацевтические продукты, которые производятся с помощью генно-инженерных бактерий.
Многообещающие успехи были достигнуты в соматической генной терапии, где генетическая
дефекты восстанавливаются в определенных типах клеток или тканей.

Медицина

За последние полвека огромное количество различных
были разработаны фармацевтические препараты. Применение антибиотиков для лечения
инфекционные заболевания восходят ко Второй мировой войне, но в 1945 г. было известно только о двух.
После войны было открыто множество новых антибактериальных веществ.
систематически совершенствуется. Оральные контрацептивы для женщин стали широко
распространены в 1960-х годах, способствуя резкому снижению рождаемости в
промышленно развитых стран. В начале 1950-е годы, первые систематические испытания
добавление фторидов в питьевую воду для предотвращения кариеса.
выполненный. Многие страны мира теперь добавляют фториды в свою питьевую воду.
воды, что привело к огромному улучшению здоровья зубов.
Хирургические операции, которые 50 лет назад считались невозможными, теперь являются рутинными.
выполненный. Например, в 1960-х годах рука полностью оторвалась от
плечо было впервые успешно присоединено к телу. Хирургия
этот вид зависел от достижений в области оптических инструментов, поскольку они использовали
операционные микроскопы. Операция на открытом сердце стала возможной благодаря
изобретение аппарата искусственного кровообращения в начале 19 века.50-е годы. Эта машина могла
временно выполнять функции легких и сердца, что позволяет
операция на открытом сердце. Кардиостимулятор также был разработан в 1950-х гг.
обходные оперативные методы в конце 1960-х гг.

Ряд впечатляющих прорывов был достигнут в области
вакцинации, особенно в отношении болезней, вызванных вирусами, для которых
эффективного лечения не существовало. В 1950-х годах были разработаны вакцины.
против полиомиелита (детского паралича), жестокой болезни, в основном поражающей и
калечащих детей. Совсем недавно генная инженерия привела к созданию вакцин.
против гриппа, гепатита В и ветряной оспы, и это лишь несколько примеров.

За последние пятьдесят лет трансплантологическая медицина
возникла как совершенно новая дисциплина. Это потребовало как разработки
новые хирургические методы и способность подавлять иммунную систему
отторжение чужеродного биологического материала. Разработаны новые препараты для
эта цель. В 1954 г. была проведена первая успешная трансплантация почки, а в 1967 г.
первая трансплантация сердца. Разработаны различные устройства для
замена человеческих органов, таких как кости, кровеносные сосуды, суставы и т. д. Все
эти устройства должны быть изготовлены из материалов, совместимых с
химия человеческого организма. Было разработано множество новых материалов, соответствующих
соответствующие химические и механические требования.

Захватывающие дух технологические достижения, которые могут
предоставить изображения живых тканей человека. УЗИ, томография и
магнитно-резонансная томография предоставила новые диагностические ресурсы, особенно
путем предоставления трехмерных изображений. Эти достижения резко
расширились возможности врачей по оказанию профилактической медицинской помощи, улучшению
диагностика и подготовка к операции.

Сегодня можно лечить многие формы рака. Разнообразие
разные факторы могут играть роль. Поскольку в 1960-х, лучевая терапия и
Хирургия дополняется различными формами медикаментозной терапии. Из-за
прогресса в молекулярной биологии, молекулярная медицина начала появляться в начале
1990-е годы. Некоторые болезни были идентифицированы как связанные с определенными генами.
Лекарства начали разрабатываться на генетическом уровне. Многие особенности иммунитета
система, которая ранее казалась загадочной, теперь может быть объяснена, в том числе ее собственная
роль в генезе некоторых заболеваний.

В 1980-х годах был создан новый вид инфекционного биологического агента.
обнаружены и названы «прионами». Прионы могут вызывать различные заболевания у человека
и животные. Губчатый энцефалит крупного рогатого скота (ГЭКРС, или «коровье бешенство») является
самый знаменитый. Их размножение в организме не связано с
репликация ДНК или РНК, как и все другие известные инфекционные заболевания.
Инфекционный механизм — это изменение способа сворачивания белка.
вырабатывается самим организмом.

Некоторые болезни полностью искоренены на Земле, т.к.
например оспа. Другие инфекционные заболевания теперь можно лечить. Младенец
смертность в промышленно развитых странах продолжала снижаться, а жизнь
ожидание продолжает расти. Тем не менее, медицинская наука по-прежнему сталкивается со многими
большие проблемы. Некоторые инфекционные болезни, которые считались побежденными,
как туберкулез, вернулись. Вероятно, это связано с появлением
множественная резистентность к лекарственным препаратам. Малярия по-прежнему остается одним из самых разрушительных
инфекционных заболеваний в мире, вызвавших 3,5 млн смертей и ведущих к
бедность. В настоящее время ведутся исследования различных вакцин. Более того, новые
появились болезни, прежде всего СПИД, который распространился с конца 1970-е годы.
До сих пор не существует окончательного лекарства от СПИДа и вакцины против него. Этот
остается серьезной проблемой для биомедицинских исследований. Все эти
болезни поражают менее развитые страны гораздо сильнее, чем
промышленно развитый мир.

В следующем столетии системы здравоохранения во всем мире столкнутся с
очень серьезные проблемы, хотя и различного характера. В промышленно развитых
странах расходы на системы здравоохранения растут тревожными темпами.
оценивать. Меры общественного здравоохранения, такие как профилактические и общественные подходы,
улучшение снабжения продовольствием, санитария и образование, доступная медицина и
использование соответствующих технологических инструментов, все они должны быть реализованы для того, чтобы
обеспечить медико-санитарную помощь значительной части развивающегося мира в течение
разумный промежуток времени.

Биологическая эволюция

С 1940-х годов эволюционная биология зарекомендовала себя как
основная специализация в биологии. Начало этого периода —
характеризуется возникновением так называемого «эволюционного синтеза» (также
известный как «неодарвиновский синтез»). Этот синтез образует первый
систематическая теория основных механизмов эволюции, включающая
Принципы современной генетики. Хотя некоторые из наиболее важных теоретических
успехи (математическая популяционная генетика) произошли раньше, за последние 50
лет биологи-эволюционисты произвели впечатляющее количество успешных
полевые и лабораторные исследования, иллюстрирующие эволюционные процессы и испытания
конкретные теоретические гипотезы. По большому счету, революционер Чарльза Дарвина
идеи оказались правильными. Современная эволюционная теория намного богаче
и сформулировано более точно, чем первоначальная версия Дарвина. эволюционный
биологи также все чаще используют инструменты молекулярной биологии, чтобы вывести
родовые связи групп организмов, а также изучать эволюционные
изменяться на молекулярном уровне. Кроме того, дальнейший теоретический прогресс
было сделано. Возможно, наиболее яркими примерами являются математические модели.
заимствованы из экономики (теории игр), которые объясняют
эволюция и стабильность социального поведения у животных. Эти и другие
достижения, породили целую новую область биологических исследований, известную как
социобиология. Применение социобиологической теории к человеческому поведению
оказался спорным, так как еще не ясно, в какой степени человеческий
поведение определяется генетически.

Что касается ключевого вопроса о зарождении жизни на Земле,
предпочитаемая сегодня гипотеза состоит в том, что в результате химической эволюции молекулы РНК
были произведены способные управлять собственным синтезом. Распространение этого
затем молекулярная эволюция привела к появлению клеток. Старейший
количество обнаруженных микрофоссилий живых клеток составляет примерно 3,5 млрд.
лет. Возникновение многоклеточных организмов, по-видимому, произошло
относительно поздно в эволюции, по крайней мере, через 2,5 миллиарда лет после появления
первых живых клеток.

Сегодня многое известно о дальнейшем ходе эволюции. За
например, было показано, что удивительно богатое биологическое разнообразие
созданное эволюцией несколько раз быстро истощалось, вероятно,
из-за стихийных бедствий, таких как падение метеорита. Некоторые биологи утверждают
что это делает эволюцию исторически случайным процессом, другими словами,
процесс, который мог иметь совершенно иные результаты. это похоже на
дело в том, что долгосрочное выживание вида, по-видимому, в значительной степени
случайный.

Исследования по истории биологических видов Homo sapiens
привело к целому ряду неожиданных результатов, и многие загадки все еще остаются.
Например, по-видимому, существовал еще один человеческий вид, который сейчас
вымерли, возможно, в результате взаимодействия с современными людьми. На
основе впечатляющих находок окаменелостей в сочетании со значительно улучшенным
методы датировки, палеонтологи предоставили подробные реконструкции
филогения гоминидов (человекоподобных видов).

Недавнее признание того, что человеческая цивилизация находится в процессе
уничтожения значительной части биоразнообразия Земли вдохнул
новую жизнь в биологической таксономии. Когда-то это была флагманская дисциплина биологии.
традиционной области в последние несколько десятилетий несколько пренебрегали, поскольку
внимание переключилось на быстро развивающиеся области экспериментальной биологии.
(генетика, молекулярная биология и др.). Но в 1980-е годы стало ясно, что
таксономические навыки будут срочно необходимы для решения проблемы истощения
биоразнообразие, и что такие навыки сами по себе могут стать
вымерший. Основной проблемой, возникающей в этом контексте, является тот факт, что большинство
остальные специалисты по таксономии работают в северных странах и специализируются
у видов, обитающих в северных районах. Подавляюще большая часть
биоразнообразие сосредоточено вблизи экватора. Для отслеживания попыток
сохранения биоразнообразия и предоставления обоснованных политических рекомендаций о том, как наилучшим образом достичь
этой цели, больше специалистов, знакомых с таксономией и экологией различных
потребуются группы организмов в разных частях света.

Науки о Земле

Науки о Земле изучают историю нашей планеты. Этот
вид знания становится все более вовлеченным в улучшение нашего понимания
факторов, контролирующих глобальную окружающую среду и в развитии более
эффективные способы поиска и оценки природных ресурсов, энергии и воды.
Методы прогнозирования природных явлений, таких как землетрясения, вулканические
извержения, оползни, наводнения или Эль-Ниньо были значительно улучшены.
Кроме того, важные сведения об истории климата Земли
были получены путем анализа осадочных отложений или ледяных кернов из
Гренландия. Такие знания будут важны для понимания глобальных изменений, вызванных
человеческими существами из-за естественных изменений глобального климата
система.

Произошло еще одно важное событие в науках о Земле
в 1950-х годах, когда теория тектоники плит была эмпирически подтверждена.
Хотя более ранняя версия этой теории уже была сформулирована в
начале 20-го века, его в значительной степени игнорировали, потому что никто не мог
представить себе, какие силы нужны для того, чтобы сдвинуть континенты, или даже гигантские
тектонические плиты, которые предположительно составляют земную кору. Как стало ясно
что твердая поверхность Земли сравнительно тонкая, идея, что это
кора состоит из нескольких довольно хорошо разделенных частей (шесть более крупных и
число меньших), которые находятся в относительном движении, стали правдоподобными. расплавленный
магма из мантии Земли может просачиваться вверх между двумя плитами, таким образом
раздвигая их. Возникшее в результате явление расширения морского дна вскоре было
для проверки в Атлантическом океане. Одним махом множество эмпирических фактов
относительно геологических особенностей Земли могут быть объяснены. Это включает
распространение вулканов и землетрясений, а также распределение
животных и растений на разных континентах. Наука о Земле продолжит играть
существенную роль в диагностике и решении некоторых из наиболее неотложных
проблемы, такие как изменение климата и устойчивое распределение ресурсов, которые
сталкивается мировое сообщество.

Науки об окружающей среде

Возможно, самая далеко идущая наука, сделанная в
последние несколько десятилетий заключается в том, что люди являются основной силой окружающей среды на
планеты: мы вносим необратимые изменения в биосферу, биогеохимическую
циклы, глобальная климатическая система и природные ландшафты Земли. Пока
большое человеческое влияние на местном и региональном уровнях не является новым явлением,
это происходит во все более широких масштабах. Более того, в течение последних трех
или четыре десятилетия, было значительное влияние человека в глобальном масштабе.
Как указано в этом разделе, наука сыграла решающую роль в определении
основные глобальные экологические проблемы, и будет абсолютно необходимо для
разработка и мониторинг соответствующих корректирующих действий.

Были определены три основных класса антропогенного воздействия:
во-первых, деятельность человека преобразует землю, море и воздух за счет расчистки земель,
лесоводство, выпас скота, урбанизация, добыча полезных ископаемых и т. д. Во-вторых, они изменяют биогеохимические
круговорот углерода, азота и воды. Кроме того, синтетические вещества
высвобождается в этих циклах. В-третьих, деятельность человека удаляет и перемещает виды.
и генетически отличные популяции из-за деградации среды обитания или
фрагментация, охота, рыболовство и интродукция видов на новые
среды.

Степень господства людей на планете
увеличение. В настоящее время от 30 до 50% земной поверхности преобразовано
Человеческая активность. Концентрация углекислого газа в атмосфере имеет
увеличился почти на 30% с начала промышленной революции. Более
Атмосферный азот фиксируется человеческим производством, чем всеми природными
земные процессы совмещены. Более половины всей доступной поверхности свежее
вода используется человеком. Около четверти видов птиц Земли
были доведены до исчезновения. Примерно две трети основных морских
рыбные запасы полностью эксплуатируются, чрезмерно эксплуатируются или истощаются. Множество синтетических
химические вещества, такие как хлорфторуглероды и стойкие органические соединения, такие как ДДТ
или ПХБ высвобождаются. Большинство из тысяч соединений, выпускаемых каждый год,
даже не контролируются, и их биологические эффекты неизвестны.

Как показано в этой сводке, люди сильно вмешиваются
с системами жизнеобеспечения Земли по-разному. Многие из
последствия, которые это может иметь для экосистем планеты, неизвестны. Другие
только начинают понимать. Было предложено изменить
Физические, химические и биологические системы Земли по-новому и быстрее
ставки, люди находятся в процессе выполнения уникального эксперимента на
планета. В настоящее время никто не знает результатов этого эксперимента. Однако,
не может быть никаких сомнений в том, что выживание и процветание человечества
принципиально зависит от него. Экосистемы предоставляют многочисленные услуги, на которых человек
в конечном счете зависит процветание. Примеров много: пища, очищение
вода и воздух, обновление почв, обезвреживание и разложение отходов,
сырье для жилья, одежды и лекарств, предотвращение наводнений и
засухи и эстетически ценные природные ландшафты. Все эти товары и
услуги зависят от функционирующих экосистем достаточного размера и достаточного
уровень биоразнообразия. Разработка новых аналитических инструментов, позволяющих
измерение различных соединений в воздухе, воде и почве
важность. Одна из трудностей с защитой экосистемных услуг заключается в том, что
они не продаются на экономических рынках. Это делает человеческое производство
невосприимчивость к нехватке этих услуг в результате
ухудшение состояния окружающей среды. Однако оценки экономической стоимости глобальных
экосистемные услуги неизменно оцениваются в триллионы долларов США.

В дополнение к изменениям, происходящим в Земле
экосистемы, человеческие общества трансформируются самыми разнообразными способами. Неравенство
между различными частями мира, а также внутри национальных обществ.
увеличение. Появляются новые инфекционные заболевания, которые распространяются более быстрыми темпами.
в результате возросшей мобильности людей. Борьба национальных экономик
с глобализацией рынков. Новые технологии меняют общение
и распространение информации. Демократических правительств больше, чем когда-либо
до. Культурное разнообразие становится все более гомогенизированным, изменяя
социальные ценности, образ жизни, мировоззрение и религия.
традиционные знания многих коренных народов находятся на грани исчезновения, поскольку
сотни языков. Эти культурные изменения создают дополнительные проблемы для
устойчивое управление природными ресурсами, и должны быть интегрированы
с политикой в ​​области охраны окружающей среды и общественного здравоохранения.

Хотя научные знания играли решающую роль в
технологические разработки, которые привели к ухудшению состояния окружающей среды,
будут необходимы для защиты и восстановления природной среды. Исследования в
науки, имеющие отношение к окружающей среде, такие как экология, науки о Земле,
химия атмосферы, аналитическая химия и т. д. помогли нам распознать большинство
этих проблем в первую очередь. Они также будут способствовать
устранение их за счет разработки новых технологий и более качественных рекомендаций по вопросам политики.

Из-за огромного количества ископаемого топлива, сжигаемого в промышленно развитых регионах,
концентрация углекислого газа в атмосфере (CO2)
растет. Хотя этот газ не токсичен, более высокая его концентрация в
атмосфера имеет различные эффекты. Во-первых, он поглощает инфракрасное излучение.
отражается от поверхности планеты и тем самым нагревает атмосферу (
так называемый «парниковый эффект»). Это может привести к таянию полярных льдов
что приведет к повышению уровня моря, что, в свою очередь, приведет к катастрофическим последствиям.
последствия для прибрежных районов, малых островов и районов с низкой высотой.
Во-вторых, эксперименты показывают, что растительные сообщества могут сильно реагировать на увеличение
концентрации CO2 в атмосфере.
Хотя растениям для роста необходим CO2,
больше не обязательно лучше для них. Чтобы остановить эти опасные тенденции, выбросы CO2
придется значительно сократить. Международные попытки добиться этого
цели были согласованы в 1992 Рамочная конвенция ООН об изменении климата и
недавний Киотский протокол.

Широкое использование гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ), в основном
в охлаждающих устройствах, недавно было признано серьезной угрозой для глобального
атмосфера. Исследования в области химии атмосферы показали, что такие соединения
катализируют разрушение стратосферного озона. Это так называемый озоновый щит.
играет важную роль в защите поверхности Земли от солнечного УФ
излучение. Дальнейшее разрушение озонового щита существенно увеличит
заболеваемость раком кожи. В ответ на предупреждения, сделанные учеными,
большинство стран предприняли значительные усилия по сокращению выбросов ГХФУ.
Цели по сокращению ГХФУ изложены в Монреальском протоколе.
о веществах, разрушающих озоновый слой (1987). Этот пример может служить
модель того, как наука в тесном сотрудничестве с политиками, промышленностью,
и международные панели могут использоваться для решения экологических проблем.

С 1970-х годов биологи предупреждают, что человеческий
цивилизация находится в процессе уничтожения самого ценного из всего природного
ресурсы: биологическое разнообразие. В то время как вымирания, связанные с деятельностью человека, особенно
крупных млекопитающих, как известно, существовали в доисторические времена, нынешние
Считается, что кризис биоразнообразия превосходит даже масштабные массовые вымирания в
истории Земли (например, массовое вымирание
Меловой/третичный период – граница 65 миллионов лет назад, на которой закончилась эпоха
динозавры). Причины нынешнего кризиса биоразнообразия достаточно ясны.
Через разрушение естественных местообитаний, особенно крайне
богатые видами тропические леса, большое количество видов растений и животных
исчезнуть с лица планеты навсегда. Дальнейшее вымирание вызвано
возрастающая фрагментация оставшихся местообитаний. Исследования населения
генетика показывает, что большинству популяций требуется определенное количество внутренних генетических
разнообразие и некоторый обмен особями с другими популяциями, чтобы
выживать. Этот поток генов может быть недостаточным в небольших изолированных популяциях.
Точные данные о темпах исчезновения видов очень трудно получить в
присутствуют, потому что многие из исчезающих видов даже не были описаны.
Однако не может быть никаких разумных сомнений в том, что нынешняя скорость вымирания
тревожно высок.

Быстрая утрата биоразнообразия, вероятно, приведет к серьезным
последствия для человечества. Все больше данных свидетельствует о том, что экосистемы с меньшим
биоразнообразия менее предсказуемы, чем экосистемы с большим биоразнообразием.
Кроме того, многие вымирающие виды представляют большую ценность для человека.
существа. Они выполняют важные экосистемные функции, обеспечивая необходимые
ресурсов, и они имеют эстетическую ценность. Вымирание биологического
виды необратимы, и новые виды образуются в результате эволюции с гораздо большей скоростью.
более медленными темпами, чем нынешние темпы вымирания. В сотрудничестве с
международных организаций, ученые инициировали процесс, который привел к
создание Конвенции ООН о биологическом разнообразии, подписанной в Рио-де-Жанейро.
Жанейро (1991). Стороны настоящей Конвенции взяли на себя ответственность
мониторинга биоразнообразия и разработки средств его сохранения. Это
огромная задача и потребует создания экономических стимулов для
защита естественной среды обитания, а также новые подходы к дикой природе и
управление природным заповедником.

Ученые сыграли решающую роль в выявлении экологических проблем,
в привлечении к ним внимания общественности, а также в инициировании и консультировании
политические процессы, направленные на их преодоление.