Недавние открытия в науке: Открытия — РИА Наука

Содержание

Интересное. Век открытий. Как научные изобретения создают новую среду обитания

XX век стал веком поразительных открытий в области науки. 180 лет назад человечество ещё не использовало пенициллин, не знало, как на его будущее влияет строение ДНК, не применяло электричество и не слушало радио. Теперь человек создаёт адронный коллайдер для изучения «частицы бога» и изучает теорию всего. Каждое новое десятилетие всё больше ускоряет научное познание.

Думающие машины и чувствующие программы. Развитие человечества в гармонии с силами природы, а не вопреки. Решение вечных проблем голода и неравенства. Как рождаются идеи, которые в буквальном смысле меняют мир? Что движет людьми, которые превращают фантастику в новую реальность? Проект Сбера «Взаимосвязи» — это возможность проследить за крылом бабочки и заглянуть в будущее.

В применении науки в практической жизни человечество также демонстрирует удивительные результаты. Оно нашло возможность высвобождать большое количество времени для интеллектуального труда, научилось обмениваться информацией с поразительной скоростью и создавать сети по экспертизе научных знаний, а также нашло способы финансировать все эти проекты. Капитал — необходимость его рационального применения и ориентация на приумножение и прогресс — позволяет человечеству создавать новые рынки: отправлять многоразовые корабли в космос, создавать экономику совместного пользования. Передавая однообразные операции алгоритмам и машинам, человек развивает культуру и интеллект, обустраивает среду обитания и улучшает качество жизни для себя и других. В сердце этих процессов помимо достижений науки лежит предпринимательский дух.

Мы собрали семь крупнейших научных открытий, чтобы показать, как они изменили мир.

1. Паровой двигатель и всеобщее ускорение

1 марта 1842 года — почти 180 лет назад — в Санкт-Петербурге открылась первая сберегательная касса. А за два года до этого — 184 года назад — состоялось открытие первой в мире железной дороги, которая связала столицу Российской империи Санкт-Петербург и его аристократический пригород Царское село.

12 ноября 1841 года российским императором Николаем I был подписан указ об учреждении в России сберегательных касс «для доставления через то средств к сбережению верным и выгодным способом».

С момента изобретения парового двигателя мировой транспорт радикально изменился. Из Москвы в Петербург можно доехать за 4 часа на скоростном электропоезде «Сапсан», в каждом из вагонов которого есть тяговая установка.

Татьяна Черниговская,

учёный в области нейронауки и психолингвистики, доктор биологических наук, доктор филологических наук, член-корреспондент РАО

Чем сегодняшние изменения в мире отличаются от предыдущих эпох?

Часто в разговоре слышу: «Ой, ну ладно, бросьте уже свои алармистские штуки — были и чума, и холера, и войны, и революции, и ничем легче не было». Кто бы с этим спорил? Было. Но никогда не было одной важной вещи. Никогда не было напора новой цивилизации такой силы. Она тебя просто вбивает в стену.

И второе, а может быть, оно и первое — никогда не было таких скоростей. Всегда было время на адаптацию. В какие-то времена на неё уходило 1000 лет, потом сотни, потом годы. А сейчас что? Сейчас вы не успели привыкнуть к своему телефону, а вам говорят: «Нет, с ним больше работать нельзя, покупайте новый и выучивайте новые фичи». А я не хочу выучивать. С чего вы взяли, что мне это нужно? У меня другие планы в жизни. «Нет, минутку. У нас теперь такая цивилизация». Как с QR-кодами — ты не можешь ничего поделать. Тебе придётся в эту игру играть. Это давит на человека. Очень сильно давит, перемены происходят слишком быстро для мозга, для психики.

Татьяна Черниговская,

Чем сегодняшние изменения в мире отличаются от предыдущих эпох?

Часто в разговоре слышу: «Ой, ну, ладно, бросьте уже свои алармистские штуки — были и чума, и холера, и войны, и революции, и ничем легче не было». Кто бы с этим спорил? Было. Но никогда не было одной важной вещи. Никогда не было напора новой цивилизации такой силы. Она тебя просто вбивает в стену.

И второе, а может быть, оно и первое, — никогда не было таких скоростей. Всегда было время на адаптацию. В какие-то времена на неё уходило 1000 лет, потом сотни, потом годы. А сейчас что? Сейчас вы не успели привыкнуть к своему телефону, а вам говорят: «Нет, с ним больше работать нельзя, покупайте новый и выучивайте новые фичи». А я не хочу выучивать. С чего вы взяли, что мне это нужно? У меня другие планы в жизни. «Нет, минутку. У нас теперь такая цивилизация». Как с QR-кодами — ты не можешь ничего поделать. Тебе придётся в эту игру играть. Это давит на человека. Очень сильно давит, перемены происходят слишком быстро для мозга, для психики.

2. Открытие атома и Северный морской путь

Открытие Резерфорда навсегда изменило энергетику и транспорт. Несмотря на то что сам учёный мало интересовался применением своих теорий, благодаря его открытию появились, например, атомные ледоколы, взламывающие многометровые толщи льдов, а врачи смогли заглянуть внутрь человеческих тканей.

2019 год положил начало новой эпохе в ритейле. Долгое время успех компании определяли ассортимент и цены. Теперь на первый план вышла скорость реакции. И за какой-то год, отвечая на меняющиеся вызовы и заодно помогая обществу адаптироваться к новой реальности, индустрия полностью преобразилась. Быстрая доставка продуктов, ещё недавно воспринимавшаяся как имиджевый бонус, сейчас — необходимый для выживания сервис. Что ждёт отрасль дальше?

Современная Россия активно использует и продаёт мирные атомные технологии всему миру. Один самых амбициозных транспортных проектов современности — создание Северного морского пути — невозможно реализовать без атомных ледоколов и портов.

3. Квант и суперспособности

В основе квантовой механики лежит принцип неопределённости Гейзенберга, показывающий, как видимый нами макромир отличается от микромира, законы которого на первый взгляд совершенно не укладываются в понятие здравого смысла. Квантовая физика даёт современному миру принципиально иные возможности для вычислений и передачи информации. Существуют задачи, которые современные компьютеры могут решать буквально бесконечно долго. Квантовые вычисления в будущем смогут справляться с такими задачами невероятно быстро. В 2019 году квантовый компьютер компании Google смог за 3 минуты выполнить расчёт, который самый мощный обычный суперкомпьютер производил бы 10 000 лет.

Мировая финансовая система уже сейчас использует квантовые линии передачи информации. Такие линии являются принципиально невзламываемыми по причине физических свойств квантов. Первые такие линии есть и в России: первая линия квантовой связи проложена между Москвой и Петербургом. Сама линия занимает 700 километров, что делает её самой крупной в Европе.

Алексей Хахунов,

основатель компании DiBrain

Мне нравится рассматривать историю нашего мира через призму промышленных революций.

Первая революция связана с изобретением колеса: оно позволило принципиально иначе перемещать объекты в пространстве. Через какое-то время появилось огромное разнообразие инструментария для обработки — земли, кожи, камня — чего угодно, вот весь инструментарий, который помог с этим работать, выдала вторая революция. Потом, мне кажется, ничего значительного не было до момента, пока мы не изобрели конвейер, который смог перевести все процессы на принципиально новый уровень.

Конвейер — это механизация. Следующий этап — автоматизация, это следующий важный шаг. И вот сейчас мы наблюдаем следующую промышленную революцию. Её делают робототехника и искусственный интеллект. Они идеально в этом плане друг друга дополняют, по сути, они создают системы, которые сами адаптируются к среде в процессе своей работы.

Алексей Хахунов,

основатель компании DiBrain

Мне нравится рассматривать историю нашего мира через призму промышленных революций.

Первая революция связана с изобретением колеса — оно позволило принципиально иначе перемещать объекты в пространстве. Через какое-то время появилось огромное разнообразие инструментария для обработки — земли, кожи, камня — чего угодно, вот весь инструментарий, который помог с этим работать, выдала вторая революция. Потом, мне кажется, ничего значительного не было до момента, пока мы не изобрели конвейер, который смог перевести все процессы на принципиально новый уровень.

4. Кремний и новая экономика

Открытие свойств полупроводников навсегда изменило технический облик XX века и наш повседневный быт.

Теперь кремний везде:

в каждом телефоне, компьютере, планшете. И, кажется, люди нескоро смогут заменить кремний чем-либо другим. Полупроводники, а именно кремний, применяется и в солнечных батареях.

Невозможно представить ни один бизнес, который бы не использовал компьютерные мощности.

5. Телефон и банк в кармане

«Ватсон, говорит Белл! Если вы меня слышите, то подойдите к окну и помашите шляпой». Эти первые слова, сказанные по телефону, в 1876 году произнёс американец Александр Абрахам Белл, который считается изобретателем телефона.

История телефонии в России начинается с инженера Павла Голубицкого, который в 1878 году представил свою версию телефона с постоянными магнитами. В 1882 году официально открылась первая в России телефонная станция. Клиентская база насчитывала всего 26 трёхзначных номеров.

К 1900 году телефоны получили невероятную популярность. К 1910-му во всём мире было уже более 10 000 станций, которые обслуживали более 10 млн абонентов.

С этого момента инженеры всего мира пытались решить задачу создания переносного телефона. В 1957 году советский инженер Леонид Куприянович представил прототип сотового телефона ЛК1, который весил 3 килограмма, а спустя какое-то время более лёгкую, 70-граммовую версию. Однако его разработка не получила должного внимания в Советском Союзе. По-настоящему сотовая связь стала развиваться в 1973 году, когда компания Motorola создала свой прототип сотового телефона. Теперь почти 60% процентов населения планеты имеет смартфон.

Владимир Ситнов,

старший вице-президент Сбербанка

Если говорить о том, в какой мы эре живём, наверное, одним словом её можно назвать эрой цифровизации. И под словом «цифровизация» я не имею в виду исключительно засилие математических моделей, формул и цифр. Цифровизация — это прежде всего чёткое понимание и описание бизнес-процесса, его измерение, его прогнозирование и управление всем этим на основе цифровых технологий.

Владимир Ситнов,

старший вице-президент Сбербанка

6. Радио и доступная медицина

7 мая 1895 года российский физик Александр Попов осуществил первый в мире сеанс радиосвязи с помощью созданного им радиоприёмника. Спустя 125 лет обмен информацией находится в основе практически любого вида человеческой деятельности. Социологи даже назвали общество XXI века информационным, подчеркивая, что в основе его функционирования лежит именно коммуникация. Естественные последствия открытия Попова — появление телевидения, мобильной связи и интернета, то есть всех типов передачи данных, основанных на передаче физического (электрического или электромагнитного) сигнала.

7. Жидкий кристалл и доступные технологии

Бывают открытия, которым суждено пролежать на полке много десятков лет, прежде чем им удаётся найти достойное применение. Так случилось с жидкими кристаллами. Австрийский ботаник Рейнитцер, изучая свойства холестерина в растениях, в 1888 году открыл жидкокристаллическое состояние вещества — промежуточное между твёрдым и жидким. Только в 60-х годах XX века это открытие было использовано бизнесом — в кварцевых часах.

Теперь нашу повседневную жизнь невозможно представить без жидкокристаллических матриц. Они повсюду: в телевизорах, ноутбуках, телефонах, часах и банкоматах. Для Сбера, за последние 10 лет сделавшего большой рывок в сторону технологической компании, банкомат и дисплей — главные интерфейсы для общения с клиентом. Кстати, недавно дизайн сайта Сбера был признан лучшим в своей категории.

Станислав Дробышевский,

антрополог

Что дальше?

Человек — это один маленький элемент огромной биосистемы. И с некоторых пор, начиная с периода примерно в 2,5 млн лет назад и чем дальше, тем больше, человек занимает всё более верхнее положение в этой системе. И где-то уже примерно 0,5 млн лет назад мы стали сверхконкурентами, причём сверхконкурентами всем, то есть мы стали главными хищниками, главными же растительноядными, мы конкуренты и саблезубым тиграм, которых в итоге извели, и обычным тиграм, которые теперь в Красной книге, и всем копытным, которых мы либо истребили, либо загнали в заповедники, либо сделали домашними животными. Мы конкуренты даже растениям, которые мы либо порубали на дрова, либо на еду, либо засеяли — опять же согласно своей воле. А также мы стали конкурентами грибам, бактериям и вирусам, как ни странно, потому что мы с ними тоже боремся, — мы конкуренты всем.

Это, с одной стороны, приятно для нас, то есть мы заняли всю планету и у нас безумная численность, а с другой стороны, это минус, потому что тому, кто достигает вершины, не к чему стремиться. Любая эволюция подразумевает преодоление каких-то проблем.

Так что выбор прост: мы либо движемся дальше, решив вызовы текущего периода, либо мы начинаем двигаться вниз по склону.

Станислав Дробышевский,

антрополог

Что дальше?

Человек — это один маленький элемент огромной биосистемы. И с некоторых пор, начиная с периода примерно в 2,5 млн лет назад и чем дальше, тем больше, человек занимает всё более верхнее положение в этой системе. И где-то уже примерно 0,5 млн лет назад мы стали сверхконкурентами, причём сверхконкурентами всем, то есть мы стали главными хищниками, главными же растительноядными, мы конкуренты и саблезубым тиграм, которых в итоге извели, и обычным тиграм, которые теперь в Красной книге, и всем копытным, которых мы либо истребили, либо загнали в заповедники, либо сделали домашними животными. Мы конкуренты даже растениям, которые мы либо порубали на дрова, либо на еду, либо засеяли — опять же согласно своей воле. А также мы стали конкуренты грибам, бактериям и вирусам, как ни странно, потому что мы с ними тоже боремся, — мы конкуренты всем.

«Жизнь одна, и по-другому просто скучно»: нейрохирург Шкарубо об изобретениях и науке

Хроника достижений

Российские ученые занимают почетные места в истории медицины благодаря своим открытиям, ставшим определяющими для многих отраслей медицинских знаний – будь то работа нобелевского лауреата Ивана Павлова по разделению условных и безусловных рефлексов, аппарат Гавриила Илизарова, ставший революцией в ортопедии и травматологии, или метод «ледяной анатомии» выдающегося медика Николая Пирогова.

В 1961 года на Международном конгрессе травматологов в Будапеште благодаря Владимиру Неговскому произошло выделение травматологии в отдельную отрасль. Он был крупнейшим патофизиологом, имя которого звучит даже в системе обучения специалистов 911. Именно он заложил принципы основ спасения человека при критических состояниях. Российские ученые смогли найти глубинную причину хронического миелолейкоза (злокачественного заболевания крови и костного мозга) — аномальное слияние двух генов на разных хромосомах. Именно это открытие помогло найти способ лечения — принятие специального фермента, который препятствует этому слиянию.

Можно возразить, что все перечисленные открытия были совершены в относительно далеком прошлом, но на самом деле выдающихся российских открытий в области медицины хватает и сейчас, просто пока о них широко известно только узкому кругу профессионалов. Пройдет время, и современные изобретатели станут такими же легендами, как их выдающиеся предшественники. Например, если говорить об отечественных разработках на международном рынке, то стоит упомянуть российские экспресс-тесты на COVID-19, которые применяются в Азии, имея те же показатели качества, что и европейские, но с преимуществом в цене.

Желающие продолжить поиски возражений скажут, что экспресс-тест – это не то же самое, что прорыв в медицине уровня открытий Ивана Павлова. Однако хватает и примеров российских изобретений, заслуженно завоевавших международное призвание, которые способны стать вехой в истории медицины. Одним из авторов таких инноваций является главный научный сотрудник, нейрохирург, профессор Национального медицинского исследовательского центра (НМИЦ) нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко, профессор кафедры нейрохирургии РМАНПО, д.м.н. Алексей Шкарубо.

Алексей Шкарубо — лауреат премии правительства РФ в области науки и техники, заслуженный изобретатель РФ. Им создано 38 изобретений, одно из которых имеет европатент с приоритетом в 28 странах Европы. Профессор награжден 10 золотыми медалями и специальными призами. Его деятельность отмечена европейским орденом «За заслуги в области изобретательства» степени «Commander».

В 2018 году Шкарубо и его коллеги получили национальную премию лучшим врачам России «Призвание» за разработку новых конструкций для фиксации верхних шейных позвонков (ранее профессор уже становился лауреатом этой премии в 2012 году). Изобретение было представлено на Всемирной выставке изобретений в Барселоне-2017 и отмечено золотой медалью с особой отметкой жюри и призом за «Лучшее изобретение», а также «золотом» на Международной выставке изобретений Женева-2018.

Годом позже Алексей Шкарубо с группой ученых из Санкт-Петербурга получил золотую медаль на международной выставке изобретений Женева-2019 за разработку стереоэндоскопа.

«Человек видит объемное изображение только при взгляде двумя глазами. Один глаз – это плоскостное, двумерное изображение. Причем объемное изображение видят только хищники, в частности человек. Но у 10% людей, включая хирургов, объемного изображения в силу природных причин нет. Поэтому мы создали стереоэндоскоп, чтобы хирурги могли оперировать, осуществлять сложные манипуляции и видеть при этом не плоскостное, а объемное изображение. Основная команда – ученые из Санкт-Петербурга и Великого Новгорода», — рассказывает он.

«Выход за пределы Солнечной системы»

Изобретения Алексея Шкарубо неоднократно попадали в топ-10 лучших изобретений России. Так, по итогам 2020 и 2021 годов была отмечена технология интраоперационного обнаружения и распознавания черепных нервов.

«На мой взгляд, это очень перспективная технология. Эффективность идентификации при помощи электромиографии составляет около 70%, есть также ультразвуковой метод, но он также не всегда позволяет увидеть полную картину. Я подумал, что, возможно, для этих целей можно использовать лазер. Излучение инфракрасного диапазона созданного нами прибора проникает сквозь структуры и ткани мозга на 10-12 мм. Математики из МГТУ им. Баумана подсчитали, что проникновение может происходить и на глубину 40-60 мм, но и существующая глубина проникновения крайне важна в нейрохирургии, позволяя обнаружить сосуды и нервы либо какие-то другие структуры», — говорит профессор.

Разумеется, при прохождении сквозь ткани, как и в случае с ультразвуком, происходит рассеивание лазера, но какая-то малая толика отражается от тех или иных структур и воспринимается датчиком прибора в режиме реального времени.

«У меня есть идея, которую я уже озвучил физикам, которые мне помогают, сделать метод бесконтактным, действующим на расстоянии, потому что далеко не всегда удается поместить внутрь какой-то инструмент при операциях на мозге, в частности, в основании черепа. Если удастся это сделать, это будет не просто полет в космос, а выход за пределы Солнечной системы. С другой стороны, когда я 7 лет назад приехал в МГТУ им. Баумана и рассказал им об идее уже созданной на данный момент технологии, это казалось фантастикой, чем-то невозможным. Тем не менее, идею удалось воплотить в жизнь», — говорит он.

Важность изобретения Алексея Шкарубо сложно переоценить, ведь во время операции хирургу очень важно понимать, где можно сделать разрез, а где нельзя, где проходит сосуд, а где нет. Поэтому изобретенная им технология – это и сохранение качества жизни пациента, а зачастую и самой жизни. Причем речь идет не только о нейрохирургии, технология может использоваться и в других разделах хирургической деятельности.

Ученые уже получили три патента на это изобретение: на способ обнаружения нейроваскулярных структур, на созданную систему и на устройство.

100%

Помощь для изобретателей и инноваторов

Существует несколько вариантов поддержки изобретателей — от различных фондов и НИИ до частных инвесторов. Найти частного инвестора, пожалуй, сложнее, так как здесь еще необходимо доказать перспективу идеи в части монетизации и внедрения. Фонды и НИИ в этом плане теряют меньше, но требования не легче. Некоторые оценивают не только научную составляющую идеи, но также технологическую уникальность.

Путь Алексея Шкарубо также был не прост — разработки финансировались лично изобретателем. На каких-то этапах к развитию подключались соавторы и коллеги. И любое масштабирование упирается в проблему денег — запрос и интерес к разработке есть, нужна реализация.

«В нашей стране найти инвестора на этапе идеи сложно, как правило, работа финансируется из кармана изобретателя на голом энтузиазме. Тебе интересно – ты это делаешь. Жизнь одна, и, если у тебя есть какой-то потенциал и какие-то мысли, по-другому просто скучно», — делится профессор.

Алексей Шкарубо намерен представить технологию интраоперационного обнаружения и распознавания черепных нервов на международном форуме инноваторов In’Hub, который состоится в Новосибирске в октябре текущего года.

Форум In’Hub — это возможность для всех сторон, заинтересованных в изобретениях, чтобы найти друг друга. Изобретатель не несет риски, представляя свой продукт (даже с точки зрения оплаты проживания), инвестор и компании видят продукт в действии, оценивают его идею (проекты проходят предварительный отбор — отвечают определенному уровню качества и отсутствия глубинных рисков), а значит могут рассчитать определенную перспективу для себя.

Площадка организована при поддержке «Норникеля», Минпромторга и правительства Новосибирской области, а партнерами выступают юридическая фирма и центр международного сотрудничества.

Инновации, наука и технологии (особенно в сфере здоровья) всегда имеют множество регуляторных обязательств, т. к. напрямую влияют на жизнь и здоровье человека. В данном случае особенно важно соблюдать все ступени (от создания идеи до ее реализации) с точки зрения законодательства, безопасности человека и правовой защиты. Более того, соблюдение законодательства важно еще и для того, чтобы обезопасить себя и свой проект. С этим также помогут на площадке In’Hub.

Среди новых идей, которыми занимается Алексей Шкарубо — трансплантация обонятельного нерва на место зрительного. Теоретические предположения уже опубликованы в американском научном журнале «Medical hypotheses», в редколлегии которого три нобелевских лауреата. Этот проект, особенно при должной поддержке, может принести его автору международную славу, а также сделать жизнь множества людей лучше.

Как учёные делают нашу жизнь ярче, дольше и удобнее: 10 полезных научных открытий и изобретений XXI века

9 сентября 2021Жизнь

Передовые технологии, о которых пишут в солидных научных журналах, находят применение в повседневной жизни — сразу или спустя десятилетия. Рассказываем о достижениях науки в XXI веке, которые ещё недавно казались фантастикой.

1. Технологии 3D‑печати

Первые 3D‑принтеры появились^{Infographic: The History of 3D Printing ещё в 1980‑х, но только в XXI веке они стали применяться повсеместно. Устройства стали дешевле, а в качестве расходных материалов для них сейчас используют не только пластик, но и металлы, бетон, продукты и даже живые клетки.}

Крупнейшее здание, напечатанное на 3D‑принтере, — муниципалитет Дубая (ОАЭ) площадью 641 кв. м. Двухэтажное футуристическое здание высотой 9,5 м создано ^{Dubai Municipality to Become the World’s Largest 3D‑Printed Building из материала на основе гипса. А в Амстердаме с помощью 3D‑принтеров возвели ^{Joris Laarman’s 3D‑printed stainless steel bridge finally opens in Amsterdam 12‑метровый пешеходный мост из нержавеющей стали.}}

Израильские учёные использовали ^{Researchers 3D print a heart with human tissue and blood vessels 3D‑принтер для печати искусственного сердца. Экспериментальный орган размером с вишню состоял из гидрогеля на основе живых клеток, которые образовывали камеры и кровеносные сосуды. А французская компания Poietis создала ^{French Start‑up Develops Unique Technology for 4D Laser Bioprinting of Living Tissue искусственную кожу с четырёхмерной структурой, которая поможет пациентам после ожогов и серьёзных травм, и разработала технологии печати других тканей человеческого организма.}}

В повседневной жизни 3D‑печати тоже найдётся место. Например, можно заказать обычный 3D‑принтер для создания пластиковых фигурок и деталей или пойти дальше и купить устройство для печати еды: от пиццы до десертов и декора для изысканных блюд. В глобальной же перспективе 3D‑печать еды должна снизить ^{3D printing of food reduces food waste количество пищевых отходов на планете и сделать ^{A guide to 3D Printed Food – revolution in the kitchen? даже диетические блюда весьма аппетитными.}}

2. Дополненная реальность

Её часто путают с виртуальной реальностью, но это совершенно разные технологии. Виртуальная реальность — полностью цифровой мир, который вы можете видеть через специальные очки или шлем с экранами для каждого глаза. С помощью технологии дополненной реальности цифровые объекты добавляются в картину привычного нам реального мира.

Корни дополненной реальности лежат в XX веке, но только несколько лет назад вычислительные мощности позволили внедрять технологию практически везде — от школ и детских садов до сборочных линий на автомобильных заводах. И для этого не нужно сложных дорогих устройств — достаточно обычного смартфона.

Работает это достаточно просто. Камера смартфона или другого гаджета снимает всё вокруг, а гироскоп или акселерометр следят за изменением положения устройства в пространстве. Потом на изображение с камеры накладываются нужные объекты — подсказки, надписи или забавные виртуальные персонажи. Они двигаются вместе с изображением с камеры, а когда вы смотрите на экран, то видите сразу две реальности — нашу объективную и цифровую.

С дополненной реальностью проще учить ^{Augmented Reality in Language teaching and learning? новые языки: например, смартфон может распознавать объекты вокруг и подписывать их. Хирургам технология помогает ^{Augmented Reality: The Future of Medicine проводить операции, а инженерам — собирать ^{Upskill and Boeing Use Skylight to Reinvent Wire Harness Assembly сложные устройства, давая подсказки в процессе. Водители могут пользоваться навигацией в дополненной реальности, когда карта маршрута выводится ^{How does augmented reality affect the automotive industry today? поверх дороги, дизайнеры — показывать ^{The Rise of Augmented Reality in Interior Design and Property Development клиентам новый интерьер в квартире перед ремонтом. А в ресторане посетитель может ещё до подачи блюда рассмотреть ^{How Augmented Reality (AR) is Reshaping the Food Service Industry его со всех сторон прямо в своей тарелке, которая пока физически пуста.}}}}}}

3. Полностью искусственное сердце

Изображение: CARMAT

Рабочие прототипы человеческих органов существовали давно, но чаще всего это были сложные стационарные системы, с которыми вряд ли получится выйти за пределы больницы. В 2021 году учёные и врачи смогли впервые разработать и имплантировать полностью искусственное сердце.

Бригада хирургов в госпитале Университета Дьюка под руководством Джейкоба Шредера и Кармело Милано провела ^{New Generation Artificial Heart Implanted in Patient at Duke – First in U.S. успешную замену органа 39‑летнему Мэтью Муру, страдавшему сердечной недостаточностью. С имплантатом он сможет вести практически привычную ж}

изнь — жить в окружении родных, воспитывать двухлетнего сына, ходить в магазин и на работу, путешествовать.

Единственное неудобство — искусственное сердце питается от внешнего аккумулятора, которого хватает примерно на 4 часа. Контроллер для управления устройством также вынесен за пределы человеческого тела. Поэтому пациенту придётся носить с собой сумку весом около 4 килограммов и регулярно подключаться к компьютеру в госпитале для контроля состояния устройства.

4. Многоразовые ракеты

Компания SpaceX разработала ракеты, которые можно восстановить и использовать повторно. Эта эффективная и дешёвая альтернатива одноразовым ракетам способна снизить стоимость доставки грузов на орбиту.

Первый повторный запуск ракеты состоялся 30 марта 2017 года. SpaceX отправила ^{Falcon 9: first orbital class rocket capable of reflight в космос Falcon 9 — модель с девятью жидкостными двигателями Merlin, которые работают на керосине марки RP‑1 и жидком кислороде. Позднее запустили ^{Falcon Heavy: the world’s most powerful rocket Falcon Heavy с тремя модифицированными первыми ступенями Falcon 9: одну использовали в качестве центрального блока, две — в роли боковых ускорителей.}}

Многоразовой можно назвать не всю ракету, а только её первую из двух ступеней. На ней установлены системы для возврата и вертикального приземления на посадочную площадку или плавающую в океане платформу. Ступень выдерживает ^{SpaceX’s most‑flown Falcon 9 rocket is a sooty veteran after 10 launches and landings (photos) до десяти стартов.}

Позднее компания Blue Origin, основанная главой Amazon Джеффом Безосом, запустила ^{New Shepard свою многоразовую одноступенчатую ракету New Shepard. Она работает на водороде и кислороде и предназначена для суборбитальных полётов. New Shepard подходит для космического туризма, но, в отличие от Falcon, не сможет вывести на орбиту искусственные спутники Земли.}

5. Батареи высокой плотности

Новым автономным устройствам нужно много энергии, чтобы они как можно дольше обходились без розетки. Вместе с тем батареи должны быть компактными и безопасными — например, не взрываться при сильном нагреве или механических повреждениях.

Команда Центра технологий аккумуляторов и накопления энергии (BEST) в Пенсильвании создала ^{High energy Li‑Ion battery is safer for electric vehicles безопасный и мощный литий‑ионный аккумулятор, который позволит электромобилю пройти до 1,6 миллиона километров. Во время тестов в него в буквальном смысле забивали гвозди, чтобы вызвать короткое замыкание. Но температура повреждённой ячейки повысилась всего на 100 градусов Цельсия — а в обычной батарее разница составила бы 1 000 градусов Цельсия.}

Прорыв совершили и исследователи Samsung: они разработали ^{Samsung Reveals New Solid State Lithium Metal Battery With 900Wh/L Density твердотельный литий‑металлический аккумулятор плотностью 900 Вт·ч/л. Он на 50% компактнее существующих батарей и создан без использования жидкого электролита. Со временем аккумулятор не деградирует — объём заряда, который он может накопить, остаётся прежним.}

6. Бионическая рука

Изображение: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

Бионические протезы в XXI веке способны практически полностью заменить естественные конечности. Учёные обеспечили не только возможность двигать ими, как собственными руками, но даже вернули способность чувствовать — импульсы ощущений передаются прямо в мозг.

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса в США создали ^{Modular Prosthetic Limb MPL (Modular Prosthetic Limb — модульный протез конечности), который может выполнять почти все движения, на которые способна человеческая рука. В нём установлено более 100 датчиков, а также специальные моторы, которые обеспечивают привычную силу и ловкость.}

Протез снабжён тактильными сенсорами и позволяет определять расположение, температуру и текстуру предметов. А нейронный интерфейс обеспечивает интуитивно понятное и естественное управление искусственной рукой — достаточно подумать о действии, чтобы выполнить его.

7. Графен

Существование первого известного истинно двумерного кристалла (с кристаллической решёткой толщиной в один атом) в 2004 году впервые подтвердили экспериментально учёные Андрей Гейм и Константин Новосёлов, и в 2010‑м они получили ^{The Nobel Prize in Physics 2010Нобелевскую премию по физике.}

По сути, графен — это плёнка из графита (кристаллизованного углерода) толщиной в один атом. Её долго не могли получить из‑за нестабильности. Гейм и Новосёлов использовали ^{Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films подложку из окисленного кремния, чтобы стабилизировать двумерную плёнку.}

Графен очень прочный и при этом крайне гибкий. Он проводит ток, а электроны в нём движутся ^{Electrons Can Travel Over 100 Times Faster In Graphene Than In Silicon, Physicists Show стремительнее, чем во всех известных материалах. В частности, в 100 раз быстрее, чем в кремнии, из которого производят современные процессоры.}

Используя графен, можно создавать сверхтонкие фильтры, сенсорные дисплеи, датчики, высокоэффективные каталитические ячейки, наноканалы для работы с ДНК, компоненты для высокоточной электроники. Графеновые чипы повысят производительность компьютеров и ускорят передачу данных, сделают устройства мощнее и компактнее.

8. Беспилотные автомобили

Достижения искусственного интеллекта, большие вычислительные мощности, высокая скорость беспроводной передачи данных и точные датчики — всё это послужило основой для создания автомобилей, которые могут обходиться без водителя. Они сканируют дорожную обстановку в режиме реального времени, распознают пешеходов и дорожные знаки и могут за доли секунды принять решение в сложной ситуации.

В 2021 году Tesla Model 3 с системой FSD (Full Self‑Driving — полностью автономное управление) самостоятельно проехала ^{Tesla Autopilot FSD San Francisco to Los Angeles with Zero Interventions из Сан‑Франциско в Лос‑Анджелес и обратно — это около 2 400 км пути. Машина успешно справилась с задачей даже на загруженных городских улицах и сделала две остановки для зарядки аккумулятора.}

Но автопилот разрабатывается не только для личных автомобилей. Например, в США стартап Waymo в 2020 году запустил ^{Waymo is opening its fully driverless service to the general public in Phoenix сервис беспилотных такси. Машин немного, но поездки доступны всем желающим.}

В России беспилотные такси появятся ^{«Яндекс» рассказал, где в Москве появятся первые беспилотные такси этой осенью — правда, пока в экспериментальном режиме. Участники тестирования, которых отберёт компания, смогут прокатиться в машине без водителя в районе Ясенево в Москве.}

Ещё одно применение беспилотных авто — грузоперевозки. Платформа NVIDIA Drive уже помогает ^{Беспилотные грузовики дальнобойщикам в дороге, а скоро сможет заменить их на стандартных маршрутах. Tesla и другие компании также работают в этом направлении.}

9. Редактирование генов

Изображение: 4 PM production / Shutterstock

В 2012 году Дженнифер Дудна из США и Эммануэль Шарпантье из Франции разработали молекулярный инструмент CRISPR‑Cas9, который называют «генетическими ножницами». За этот научный прорыв в 2020 году они получили ^{Нобелевскую премию по химии за 2020 год получили Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Дудна Нобелевскую премию по химии.}

CRISPR‑Cas9 позволяют редактировать гены растений и животных. Это открывает новые возможности для селекции и способно остановить распространение заболеваний — например, если изменить гены комаров, они не смогут переносить малярию и болезнь Лайма.

CRISPR‑Cas9 уже внёс свой вклад в лечение рака. Ведутся исследования, которые в перспективе могут избавить ^{What are genome editing and CRISPR‑Cas9? от наследственных болезней и генетических мутаций.}

Но считать, что CRISPR‑Cas9 откроет дорогу ГМО, неверно. Во‑первых, генетически модифицированные организмы впервые получили ^{Herbert W. Boyer and Stanley N. Cohen ещё в 1972 году. CRISPR‑Cas9 может лишь повысить точность изменения ДНК и избавить от негативных побочных эффектов.}

К слову, карта генома человека — тоже достижение XXI века. Основная часть работ по проекту Human Genome Project завершилась ^{The Human Genome Project в 2003 году.}

10. Человекоподобные роботы

Робот Atlas ^{Atlas: the most dynamic humanoid robot от Boston Dynamics — любимец интернета: он умеет делать сальто, удержится на ногах после сильных ударов, способен преодолевать препятствия и даже танцевать. Разработчики называют его исследовательской платформой, призванной раздвинуть границы мобильности всего тела, и самым динамичным человекоподобным роботом.}

На самом деле у Atlas и других моделей Boston Dynamics — например, робособаки Spot и робота‑грузчика Stretch — есть глубокий практический смысл. Они способны заменить людей в сложных или опасных условиях: искать пострадавших под завалами зданий или в пожарах, исследовать отдалённые районы, доставлять грузы и круглосуточно выполнять скучные рутинные операции.

Есть у человекоподобных роботов и другие применения. Например, разрабатываются модели‑консультанты, компаньоны и официанты, помощники для людей с ограниченными возможностями.

А российский робот Фёдор даже побывал ^{Twitter fedor37516789 в космосе в 2019 году. Он умеет водить автомобиль и квадроцикл, открывать двери, подниматься по ступеням, проходить лабиринт, стрелять и работать с дрелью.}

Научные открытия способны в корне изменить нашу жизнь: подарить долголетие, помочь в освоении космоса, взять на себя повседневные дела и даже построить дом за несколько дней. Узнайте о них больше на обновлённом сайте общества «Знание». В рамках всероссийского просветительского марафона «Новое Знание» здесь опубликуют 18 мини‑лекций о научных прорывах XXI века.

К марафону «Новое Знание» присоединились Юрий Башмет, Константин Хабенский, Эдвард Сноуден, Михаил Мишустин, Евгений Касперский, Татьяна Голикова, Аркадий Волож, Герман Греф, Александр Овечкин и другие популярные спикеры. На сайте появится более 150 часов просветительского контента — это вдохновляющие истории, жаркие дебаты о современных проблемах человечества и увлекательные интервью с известными людьми.

Получить новые знания бесплатно

Главные научные открытия 2021 года для отрасли ИКТ: выбор CNews

Безопасность
Бизнес
Телеком
Интернет
Цифровизация
ИТ в банках
ИТ в госсекторе
Ритейл
Техника

17 Декабря 2021 10:1417 Дек 2021 10:14

Второй год тема коронавируса продолжает оттягивать на себя внимание ученых и, соответственно, финансирование исследований. Однако есть ряд «модных» (таких как квантовый компьютинг) или насущных (поиск альтернативы литий-ионным аккумуляторам) тем, работы над которыми не останавливаются несмотря ни на что. Как и в прошлые годы, CNews рассказывает о наиболее важных для ИТ-рынка научных разработках.

Квантовые компьютеры — уже скоро?

В НИТУ «МИСиС» экспериментально доказали существование нового типа квазичастиц — ранее неизвестных возбуждений связанных пар фотонов на цепочках кубитов. Это открытие должно помочь создавать квантовые системы, устойчивых к ошибкам. «Мощность» квантовых компьютеров измеряется в кубитах, работа с которыми осложняется двумя обстоятельствами. Кубиты подвержены декогеренции (процесс нарушения слияния), которая сокращает срок службы кубитов и приводит к вычислительным ошибкам. А большими массивами кубитов очень сложно управлять. Если же создать из кубитов искусственную материю, то управление ими значительно упростится, что, в свою очередь, даст возможность создавать более мощные и более устойчивые к ошибкам квантовые системы.

Есть подвижки и в области передачи данных, базирующиеся на эффекте квантовой телепортации — переноса состояния квантовой частицы из одного места в другое при помощи запутанности. Так, группа ученых из Бразилии и Нидерландов смогла телепортировать квантовое состояние одиночного фотона на оптомеханическое устройство. Исследователи создали фотонный кубит, закодированный в произвольном состоянии, а затем перенесли его через десятки метров оптоволокна, чтобы путем телепортирования скопировать это состояние в квантовую память из двух кремниевых резонаторов размером около 10 мкм. Это достижение можно будет применять в усилителях сигнала, узлах сети связи, хранящих данные перед тем, как они телепортируются на следующие узлы. Такие устройства еще и выполняют функцию «квантовой памяти».

Также эксперименты по телепортации между двумя программируемыми кремниевыми микросхемами провели исследователи из Бристольского университета. В ходе экспериментов удалось получить передачу индивидуального квантового состояния частиц между чипами. По итогам эксперимента удалось передать 91% информации, что является хорошим показателем. Эти открытия помогут использовать квантовые технологии для создания мощных систем связи.

Еще одно открытие, которое может стать важной вехой на пути внедрения квантового компьютинга, сделали в Венском университете. Там смогли «связать» германий с алюминием создав монолитную гетероструктуру «металл-полупроводник-металл». Эта структура демонстрирует уникальные эффекты, которые особенно заметны при низких температурах. Алюминий становится сверхпроводящим, причем это свойство также передается и германиевому полупроводнику, что делает новую структуру превосходно подходящей для применения в квантовых технологиях. При этом она хорошо сочетается с уже известными технологиями микроэлектроники: германий уже используется в современных микросхемах, а температуры, необходимые для формирования гетероструктуры, совместимы с хорошо зарекомендовавшими себя схемами обработки полупроводников.

Литий и конкуренты

Литий-ионным элементам питания то ли 50 с небольшим лет (если отсчитывать от работ Майкла Уиттингема (Michael Whittingham), то ли 30, если вести их родословную от Акира Есино (Akira Yoshino). Для истории в равной степени ценны оба, получившие (в компании третьего разработчика, Джона Гуденафа, John Goodenough) в 2019 г. Нобелевскую премию по химии — как раз за изобретение и совершенствование литий-ионных технологий.

В любом случае, практически все технологии, что 30-, что 50-летней давности, применяемые в ИТ, уже давно на заслуженном отдыхе, а литий-ионные элементы по-прежнему практически незаменимы. Все проекты «гигафабрик» по производству аккумуляторов по-прежнему создаются под этот тип элементов.

Однако в последние годы изыскания в области альтернативных аккумуляторных технологий резко интенсифицировались. Литий и кобальт (еще один необходимый для производства аккумуляторов элемент) резко дорожают, кроме того, в новом дивном мире электромобилей их может банально не хватить. Поэтому проблема нахождения альтернативы — более емкой, быстрее заряжающейся и выдерживающей больше циклов зарядки и разрядки (и, по возможности, более экологичной) — важна как никогда.

При всем богатстве выбора и интенсивности исследований, альтернативы литий-ионным элементам питания пока нет

Исследования ведутся во всех странах, материалы, которые с тем или иным успехом применяют для создания аккумуляторов, весьма различны — от бетона до алмазов. Впрочем, и литий не сдается без боя.

Китайская компания Contemporary Amperex Technology анонсировала коммерческие образцы натрий-ионных батарей, которые можно выпускать параллельно с литий-ионными без переоборудования конвейеров. Можно даже использовать элементы обоих типов в одном аккумуляторном блоке. Заявленные характеристики: плотность энергии 160 Вт*ч/кг, зарядка за 15 минут на 80% при комнатной температуре, при -20 °C аккумулятор сохраняет более 90% емкости.

Австралийская Graphene Manufacturing Group совместно с учеными Квинслендского университета создала алюминиево-ионные батареи, в которых применяется графен. Как заявляют в компании, эти батареи имеют высокую плотность энергии и более высокую удельную мощность по сравнению с литий-ионными батареями, заряжаются в 70 раз быстрее, срок службы больше втрое, а, главное, в них используются недорогие элементы, цепочки поставок которых просты и надежны (что крайне важно в нынешних условиях).

В шведском Технологическом университете Чалмерса подобрали компоненты, которые позволяют сделать гигантским аккумулятором все здание. В их разработке используется бетонная смесь с включенными в нее углеродными волокнами. Также в эту смесь вмонтирована углеродная сетка, покрытая металлом, ученые решили использовать железо и никель для анода и катода соответственно. В результате получилась перезаряжаемая батарея с довольно высокой для этого типа аккумуляторов плотностью энергии 7 Вт*ч/кв.м (или 0,8 Вт*ч/л). Энергии аккумулятора должно хватить, например, на работу передатчиков 4G или малопотребляющих устройств «умного дома».

Есть и совсем экзотические варианты. Так, в Японии разработан аккумулятор на основе синтетических алмазов и радиоактивных изотопов. Одного его заряда хватает на сотни лет, и создатели предлагают использовать его в мощных буровых установках и космическом оборудовании (которые сейчас до предела компьютеризированы, так что можно считать, что и эти батареи помогут развитию информационных технологий). Залог долговечности — применяемые в батареях изотопы углерода и никеля с длительными периодами полураспада (5700 и 100 лет соответственно).

Российская батарейка может генерировать энергию в течение 20 лет

Также на основе связки «алмаз+радиоактивные вещества» создают батареи в американской Nano Diamond Battery и в российском НИТУ «МИСиС».

Впрочем, литий не сдается, совершенствуются традиционные элементы на основе из этого металла и разрабатываются новые. В частности, есть подвижки в деле создания твердотельных батарей. Quantum Scape представила результаты испытаний твердотельной литий-ионной батареи, которая заряжается на 80% за 15 минут, сохраняет более 80% емкости после 800 циклов, а ее объемная плотность энергии, 1000 Вт ч/л, примерно на 80% больше, чем у современных жидкостных литий-ионных элементов.

Еще один аккумулятор на базе лития получился при совершенствовании одноразовых батарей на основе литий-тионилхлорида. Из-за агрессивности хлора батарейки получались одноразовые (хотя и весьма конкурентоспособные по основным показателям). Многоразовость обеспечили катоды из пористого углерода. Утверждается, что емкость таких элементов может вшестеро превосходить емкость литий-ионных аккумуляторов, однако количество циклов перезарядки пока не превышает 200 (литий-ионный аккумулятор может выдержать до 1000 циклов).

«Хранить вечно»: «пятимерный» оптический диск вмещает 500 Тбайт

В Саутгемптонском университете разработали новый метод 5D-записи данных на оптические диски из кварцевого стекла. Фемтосекундные лазерные импульсы при записи диска создают в нем объемные микрокристаллы различной формы. Длина, ширина и высота каждого микрокристалла, а также сила и поляризация импульса света дают «пять измерений», в которых можно закодировать данные. За счет этого удалось добиться плотности записи до 5 Гбайт на однодюймовый квадратный носитель, что дает приблизительно 500 Тбайт на оптическом диске стандартных размеров, а скорость записи — как до 225 Кбайт/с. Точность записи составила 96,3%–99,5%, средства коррекции ошибок дают возможность поднять точность до100%.

«Классические» оптические диски хранят гораздо меньший объем (128 Гбайт хранит четырехслойный диск стандарта BluRay), и, что боле существенно, срок их гарантированной службы около десяти лет. Кварцевый диск практически вечен, в том числе и в экстремальных условиях, поскольку выдерживает нагрев до 1000°С. Диск перезаписываемый (перезаписываемые DVD надежно служат только два-три года).

Данные на диске, разработанном в Саутгемптонском университете, хранятся на трех разных слоях, они закодированы по интенсивности и поляризации лазера

Создавать «пятимерные» диски уже более десяти лет пробовали многие компании, однако все упиралось в скорость записи, которая была так мала, что на запись «обычного» диска в 4,7 Гбайт ушли бы месяцы. При том, что уже в 2013 г. диски, разработанные в университете, теоретически, могли бы хранить до 360 Тбайт, если бы, конечно, кто-то взял на себя труд записывать информацию на них в течение почти 60 лет на достигнутой тогда скорости в 12 Кбайт/с.

Как «Тинькофф» проводит встречи и обучает 20 000 сотрудников ежемесячно

Импортозамещение ВКС

Нынешний 500-терабайтный диск на скорости 225 Кбайт/с можно записать «всего» за 4 года. Прогресс очевиден. Создатели диска обещают дальнейшее совершенствование системы записи, которая даст возможность наполнять диск за пару месяцев, в том числе — за счет использования нескольких лазеров.

Кроме невысокой скорости работы, внедрение технологии задерживается дороговизной оборудования, необходимого для записи, правда, читать диск можно с помощью гораздо более дешевых устройств.

Криптография квантовой эпохи

По прогнозу Marketsandmarkets, в 2021 г. рынок квантовых технологий составит $472 млн, в 2026-м — уже $1,765 млрд (рост — 30% в год), однако уже сейчас встает вопрос о криптографических решениях, которые смогут противостоять взломщикам, вооруженным квантовыми компьютерами. Пока сегмент квантовой криптографии еле различим (в 2020 г. Marketsandmarkets оценил его $89 млн, в 2025 г. обещано $214 млн), но работы ведутся во многих направлениях.

Так, компания BT объявила об успешном испытании работы механизма квантового распределения ключей (Quantum Key Distribution, QKD) в новом типе оптического волокна — пустотелом «антирезонансном безузловом».

Игорь Беляк, Directum: Все умеют распознавать документы, но мало кто знает, что с ними делать дальше

Искусственный интеллект

Концепция QKD, базирующаяся на передаче ключей шифрования одиночными фотонами, появилась в 70-х годах, первая реализация была предложена в 1984 г.

Процесс обмена ключами посредством QKD считается невзламываемым, поскольку в нем в полной мере используется тот факт, что при попытке вмешаться в процесс передачи злоумышленник внесет изменение в состояние фотонов и будет обнаружен.

Для передачи криптографических ключей «по воздуху» нужно специальное «антирезонансное безузловое волокно»

Как правило, в оптоволоконных линиях данные передаются по сплошному оптоволоконному каналу с использованием света разных длин волн (это повышает пропускную способность канала). При этом QKD-фотоны, передающие ключи, требуют выделенного волокна для того, чтобы световые потоки из высокоскоростных каналов передачи данных не создали помех. В противном случае потоки передаваемых данных могут внести помехи в процесс передачи ключей.

Использование пустотелого волокна — волокна с воздушным каналом внутри — уменьшает помехи и задержку сигнала. Таким образом, это позволяет по одному и тому же физическому волокну передавать как высокоскоростной поток зашифрованных данных, так и слабый квантовый сигнал из отдельных фотонов, который несет ключ шифрования этих данных. В BT считают, что низкая задержка полого оптоволокна и возможность отправлять ключи по тому же волокну, что и основной сигнал, дадут новый импульс исследованиям в области создания безопасных сетей связи.

Другой подход продемонстрировали ученые из университета штата Огайо, усовершенствовавшие технологию PUF (Physical Unclonable Function, «Физически неклонируемая функция»). PUF — это функция, воплощенная в физической структуре, которую просто оценить, но трудно охарактеризовать, смоделировать или воспроизвести. Физическая структура, содержащая PUF, состоит из множества случайных компонентов, которые вводятся в нее в ходе создания системы. При воздействии такая физическая система порождает уникальный, но непредсказуемый ответ. Воздействие и ответ образуют пару запрос-подтверждение.

Новое решение реализуется в PUF на уровне внедрения вариаций в компьютерные чипы. Эти вариации чрезвычайно малы, в некоторых случаях они существуют на атомном уровне.

Для пользователей эти изменения не заметны, но зато они могут применяться при создании так называемых «секретов» — уникальных последовательностей нулей и единиц.

Существующие сейчас PUF несовершенны, так как содержат ограниченное число «секретов». Это значит, что со временем их можно взломать. По мере внедрения квантового компьютинга это «время» существенно уменьшится.

В новой версии PUF ученые создали сложную сеть логических вентилей, связанных между собой случайным образом. Логические ворота вентиля принимают два электрических сигнала и формируют из них новый сигнал. Такое нестандартное использование ворот провоцирует ненадежное, непредсказуемое поведение системы, своего рода детерминированный хаос.

По подсчетам ученых, новый PUF может создать 10 в 77 степени «секретов». Гипотетический хакер, способный раскрывать 1 миллион комбинаций в секунду, потратит на расшифровку пароля примерно 20 миллиардов лет.

Иван Петров

10 компьютерных открытий, которые изменили науку

Хотя ни один подобный список не может быть исчерпывающим, за последний год редакторы журнала

Nature опросили десятки исследователей, чтобы составить разнообразный список из десяти программных инструментов, которые оказали наибольшее влияние на мир науки. Публикуем перевод большой статьи, посвященной этим открытиям.

В 2019 году команда проекта «Телескоп горизонта событий» (англ. Event Horizon Telescope) впервые дала миру представление о том, как на самом деле выглядит черная дыра. Но изображение светящегося объекта в форме кольца, которое представила группа исследователей, не было обычной фотографией: оно было вычислено с помощью математического преобразования данных, полученных радиотелескопами в США, Мексике, Чили, Испании и на Южном полюсе.❓The Event Horizon Telescope Collaboration et al. Astrophys. J. Lett. 875, L1 (2019). Команда выпустила использованный ими программный код вместе со статьями, в которых были задокументированы их результаты, чтобы научное сообщество могло изучить (и развить дальше) то, что уже было сделано.

От астрономии до зоологии, за всеми великими научными открытиями современности стоит компьютер. Майкл Левитт, биофизик из Стэнфордского университета в Калифорнии, получивший часть Нобелевской премии по химии 2013 года за свою работу над вычислительными стратегиями моделирования химической структуры, отмечает, что современные ноутбуки имеют примерно в 10 000 раз больше памяти и более высокую тактовую частоту, чем имел его лабораторный компьютер в далеком 1967 году, когда Майкл только начал свою работу, впоследствии отмеченную наградами. «Сегодня в наших руках находится действительно феноменальное количество вычислительной мощности, — говорит он. — Проблема в том, что она все еще требует размышлений».

Мощный компьютер бесполезен без программного обеспечения, способного решать исследовательские вопросы, и без исследователей, которые знают, как его писать и использовать. «В настоящее время исследования фундаментально связаны с программным обеспечением, — говорит Нил Чу Хонг, директор Института устойчивого развития программного обеспечения в Великобритании, организации, занимающейся улучшением его разработки и использования в науке. — Оно пронизывает каждый их аспект».

Научные открытия по праву занимают верхние строчки в СМИ, но на этот раз мы заглянем за кулисы и посмотрим на ключевые фрагменты кодов, которые изменили исследования в последние несколько десятилетий. […]

Пионер языка: компилятор Фортрана (1957 г.)

Первые современные компьютеры не были удобными для пользователя: программирование осуществлялось фактически вручную, путем соединения групп схем с помощью проводов. Появившиеся впоследствии машинные языки и языки ассемблера позволили пользователям программировать с помощью кода, но и те и другие по-прежнему требовали глубокого знания архитектуры компьютера, что делало их недоступными для многих ученых.

Ситуация изменилась в 1950-х годах одновременно с развитием символических языков — в частности, языка Фортран, разработанного Джоном Бэкусом и его командой в IBM в Сан-Хосе (Калифорния). Используя Фортран, пользователи могли программировать компьютеры с помощью удобочитаемых инструкций вроде x = 3 + 5, после чего компилятор превращал эти указания в быстрый и эффективный машинный код.

Этот компьютер CDC 3600, доставленный в 1963 году в Национальный центр атмосферных исследований в Боулдере (штат Колорадо), был запрограммирован с помощью компилятора Фортран. Источник фото: University Corporation for Atmospheric Research / Science Photo Library

Конечно, такое программирование все еще не было простым: тогда программисты использовали для ввода кода перфокарты, а сложное моделирование могло требовать их в количестве десятков тысяч. Тем не менее, говорит Сюкуро Манабе, климатолог из Принстонского университета в Нью-Джерси, Фортран сделал программирование доступным для исследователей, которые не были компьютерными специалистами. «Впервые мы смогли самостоятельно запрограммировать [компьютер]», — говорит Манабе. Он и его коллеги использовали этот язык для разработки одной из первых успешных моделей климата.

Сейчас, на восьмом десятилетии своего существования, Фортран по-прежнему широко используется в моделировании климата, гидродинамике, вычислительной химии — любой дисциплине, которая включает сложную линейную алгебру и требует мощных компьютеров для быстрого извлечения чисел. […] Базы старого кода Фортран все еще живы и работают в лабораториях и на суперкомпьютерах по всему миру. «Программисты того времени знали, что они делают, — говорит Фрэнк Хиральдо, прикладной математик и разработчик климатических моделей из Военно-морской аспирантуры в Монтерее, Калифорния. — Они очень внимательно относились к памяти, потому что ее было крайне мало».

Когда радиоастрономы изучают небо, они улавливают какофонию сложных сигналов, меняющихся со временем. Чтобы понять природу этих радиоволн, им нужно видеть, как эти сигналы выглядят в зависимости от их частоты. Математический процесс, называемый преобразованием Фурье, позволяет исследователям делать это — проблема в том, что он неэффективен и требует N2 вычислений для сбора данных размера N.

В 1965 году американские математики Джеймс Кули и Джон Тьюки разработали способ ускорить этот процесс. Используя рекурсию (подход к программированию, при котором алгоритм многократно применяется повторно), быстрое преобразование Фурье (БПФ) упрощает задачу обычного вычисления преобразования Фурье до всего лишь N log2(N) шагов. Скорость увеличивается с ростом N: для 1000 единиц скорость увеличивается примерно в 100 раз; для 1 миллиона — в 50 000 раз.

Данное открытие на самом деле было повторным: немецкий математик Карл Фридрих Гаусс разработал его еще в 1805 году, но так и не опубликовал, говорит Ник Трефетен, математик из Оксфордского университета (Великобритания). Но Кули и Тьюки сделали это, открыв новые возможности в области цифровой обработки сигналов, анализа изображений, структурной биологии и многих других. «Это, действительно, одно из величайших событий в прикладной математике и инженерии», — говорит Трефетен. […]

Ночной вид части Murchison Widefield Array, радиотелескопа в Западной Австралии, который использует быстрые преобразования Фурье для сбора данных. Источник фото: John Goldsmith / Celestial Visions

Пол Адамс, который руководит отделом молекулярной биофизики и комплексной биовизуализации в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии, вспоминает, что, когда он уточнил структуру бактериального белка GroEL в 1995 году,❓Braig, K., Adams, P. D. & Brünger, A.T. Nature Struct. Biol. 2, 1083–1094 (1995). расчет занял «много-много часов, если не дней», даже с БПФ и суперкомпьютером. «Попытайся мы сделать это без БПФ, это заняло бы вечность», — говорит он.

Молекулярные каталогизаторы: биологические базы данных (1965 г.

)

Сегодня базы данных являются настолько неотъемлемым компонентом научных исследований, что можно легко упустить из виду тот факт, что они управляются программным обеспечением. За последние несколько десятилетий эти ресурсы резко увеличились в размерах и сформировали многие области исследований, но, возможно, нигде эта трансформация не была более драматичной, чем в биологии.

Сегодняшние огромные базы данных по геномам и белкам уходят своими корнями в работу Маргарет Дейхофф, пионера биоинформатики из Национального фонда биомедицинских исследований в Силвер-Спринг (штат Мэриленд). В начале 1960-х, когда биологи пытались разобрать аминокислотные последовательности белков, Дейхофф начала собирать эту информацию в поисках ключей к разгадке эволюционных отношений между различными видами. Ее «Атлас последовательности и структуры белков», впервые опубликованный в 1965 году вместе с тремя соавторами, описывает все то, что на тот момент было известно о последовательностях, структурах и сходствах 65 белков. Эта работа была первым сборником, который «не был привязан к конкретному исследовательскому вопросу», писал историк Бруно Штрассер в 2010 году.❓Strasser, B. J.J. Hist. Biol. 43, 623–660 (2010). Данные этого сборника были закодированы в перфокартах, что позволило расширять базу в дальнейшем и выполнять поиск по ней.

Затем последовали другие компьютеризированные биологические базы данных: так, Protein Data Bank, PDB, который сегодня содержит более 170 000 макромолекулярных структур, был запущен в 1971 году. Рассел Дулиттл, биолог-эволюционист из Калифорнийского университета в Сан-Диего, в 1981 году создал еще одну базу данных белков под названием Newat, а в 1982 году свет увидела база данных, которая впоследствии превратится в GenBank, архив ДНК, поддерживаемый Национальным институтом здравоохранения США.

Protein Data Bank — это архив более 170 000 молекулярных структур, включая эту, которая объединяет процессы синтеза РНК и белка. Источник изображения: David S. Goodsell и RCSB PDB (CC BY 4.0)

Подобные ресурсы доказали свою ценность в июле 1983 года, когда отдельные группы (одна — под руководством Майкла Уотерфилда, белкового биохимика из Имперского фонда исследований рака в Лондоне, и вторая — под руководством Дулиттла) независимо друг от друга сообщили о сходстве между последовательностями конкретного фактора роста человека и белка в вирусе, вызывающем рак у обезьян. Наблюдение позволило предположить вирусный механизм онкогенеза, который, имитируя фактор роста, вызывает неконтролируемый рост клеток.❓Newmark, P. Nature 304, 108 (1983). «Это вызвало интерес некоторых биологов, которые до тех пор не интересовались компьютерами и статистикой, — говорит Джеймс Остелл, бывший директор Национального центра биотехнологической информации США (NCBI). — Оказывается, мы можем кое-что понять о раке, сравнив последовательности».

Помимо этого, по словам Остелла, открытие ознаменовало «появление объективной биологии». Кроме разработки экспериментов для проверки конкретных гипотез, исследователи получили возможность анализировать общедоступные наборы данных для поиска связей, которые могли и вовсе не возникать у тех, кто действительно собирал эти данные изначально. Возможности резко возрастают, когда различные наборы данных связываются воедино, чего программисты NCBI достигли в 1991 году с помощью Entrez, инструмента, который позволяет исследователям легко переключаться между ДНК, белком и научной литературой.

Стивен Шерри, нынешний исполняющий обязанности директора NCBI в Бетесде (штат Мэриленд), использовал Entrez как аспиранта. «Помню, в то время я думал, что это волшебство», — говорит он.

Лидер прогнозов: модель общей циркуляции (1969 г.)

В конце Второй мировой войны компьютерный пионер Джон фон Нейман начал преобразовывать компьютеры, которые несколькими годами ранее вычисляли баллистические траектории и конструкции оружия, для решения проблемы предсказания погоды. До этого момента, объясняет Манабе, «прогноз погоды был эмпирическим»: ученые использовали опыт и догадки, чтобы предсказать, что будет дальше. Команда фон Неймана, напротив, «пыталась сформировать численные прогнозы погоды, опираясь на законы физики».

Используемые ими уравнения «были известны в течение десятилетий», говорит Венкатрамани Баладжи, руководитель отдела систем моделирования в лаборатории геофизической гидродинамики Национального управления океанографии и атмосферы в Принстоне (штат Нью-Джерси). Но первые метеорологи не могли решить их практически: для этого требовалось ввести текущие условия, рассчитать, как они будут меняться за короткий период времени, и повторить процесс — дело настолько трудоемкое, что математические вычисления не могли быть выполнены к моменту непосредственного наступления той самой погоды, которая предсказывалась. В 1922 году математик Льюис Фрай Ричардсон потратил месяцы на создание шестичасового прогноза для Мюнхена (Германия). Согласно одной из историй, его результат оказался «совершенно неточным» и включал предсказания, которые «не могли бы произойти ни при каких известных земных условиях». Компьютеры сделали эту проблему решаемой.

В конце 1940-х фон Нейман основал свою группу прогнозирования погоды в Институте перспективных исследований в Принстоне. В 1955 году вторая группа — лаборатория геофизической гидродинамики — начала работу над тем, что он назвал «бесконечным прогнозом», то есть моделированием климата. Манабе, который присоединился к группе моделирования климата в 1958 году, приступил к работе над атмосферными моделями; его коллега Кирк Брайан разрабатывал их для океана. В 1969 году они успешно объединили результаты своей работы, создав то, что в 2006 году Nature назвал «крупной вехой» в научных вычислениях.

Современные модели могут разделить поверхность планеты на квадраты размером 25 × 25 километров, а атмосферу — на десятки уровней. В комбинированной модели океана и атмосферы Манабе и Брайана❓Manabe, S. & Bryan, K.J. Atmos. Sci. 26, 786–789 (1969). использовались квадраты площадью 500 км и 9 уровней, и она покрывала только одну шестую часть земного шара. Тем не менее, по словам Баладжи, «эта модель прекрасно выполнила свою работу», позволив команде впервые испытать влияние повышения уровня двуокиси углерода с помощью компьютерной симуляции.

Обработчик чисел: BLAS (1979 г.)

Научные вычисления обычно включают относительно простые математические операции с использованием векторов и матриц. Просто их много, и еще в 1970-х годах не существовало универсально согласованного набора вычислительных инструментов для выполнения таких операций. В результате программисты, работающие в сфере науки, тратили свое время на разработку эффективного кода для выполнения основных математических задач, а не на то, чтобы сосредоточиться на научных вопросах.

Мир программирования нуждался в появлении стандарта, и в 1979 году он его получил — базовые подпрограммы линейной алгебры, или BLAS. ❓Lawson, C. L., Hanson, R. J., Kincaid, D. R. & Krogh, F. T. ACM Trans. Math. Software 5, 308–323 (1979). Этот стандарт, который продолжал развиваться до 1990 года, определил десятки фундаментальных процедур для векторной, а затем и матричной математики. Фактически BLAS свел матричную и векторную математику к базовой единице вычислений, «столь же фундаментальной, как сложение и вычитание», говорит Джек Донгарра, компьютерный ученый из Университета Теннесси в Ноксвилле, который был членом группы разработчиков BLAS.

Суперкомпьютер Cray-1: до того, как в 1979 году был представлен инструмент программирования BLAS, стандарта линейной алгебры для исследователей, работающих с такими машинами, как суперкомпьютер Cray-1 в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии, просто не существовало. Источник фото: Science History Images / Alamy

По словам Роберта ван де Гейна, специалиста по информатике из Техасского университета в Остине, BLAS был, «вероятно, наиболее важным интерфейсом научных вычислений». Помимо предоставления стандартных имен для общих функций, теперь исследователи могли быть уверены, что код на основе BLAS будет одинаково работать на любом компьютере. Стандарт также позволил производителям компьютеров оптимизировать реализации BLAS для быстрой работы на своем оборудовании.

Спустя более 40 лет BLAS представляет собой сердце научного вычислительного стека — это код, который заставляет научное программное обеспечение работать. Лорена Барба, инженер-механик и аэрокосмический инженер из Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне (округ Колумбия), называет его «механизмом внутри пяти слоев кода». По словам Донгарры, «он обеспечивает основу, на которой мы выполняем вычисления».

Must-have микроскопии: NIH Image (1987 г.)

В начале 1980-х программист Уэйн Расбанд работал с лабораторией визуализации мозга в Национальном институте здравоохранения США в Бетесде (штат Мэриленд). У команды был сканер для оцифровки рентгеновских снимков, но не было возможности отобразить или проанализировать их на компьютере. Расбанд написал соответствующую программу.

Программа была специально разработана для миникомпьютера PDP-11 стоимостью 150 000 долларов США — монтируемого в специальную стойку, явно неперсонального компьютера. Затем, в 1987 году, Apple выпустила свой Macintosh II, более удобный и гораздо более доступный вариант. «Мне казалось очевидным, что как своего рода лабораторная система анализа изображений это будет работать намного лучше», — говорит Расбанд. В итоге он перенес свое программное обеспечение на новую платформу и провел ребрендинг, заложив экосистему анализа изображений.

NIH Image и его потомки предоставили исследователям возможность просматривать и количественно оценивать практически любое изображение на любом компьютере. Это семейство программного обеспечения включает ImageJ, версию на основе Java, которую Расбанд написал для пользователей Windows и Linux, а также Fiji, дистрибутив ImageJ, разработанный группой Павла Томанчака из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка в Дрездене (Германия), который включает все ключевые плагины. «ImageJ, безусловно, является самым основополагающим инструментом, который у нас есть, — говорит Бет Чимини, вычислительный биолог, работающий над платформой визуализации в Институте Броуда в Кембридже (штат Массачусетс). — Фактически я никогда не разговаривала с биологом, который использовал бы микроскоп, но не работал бы с ImageJ или его ответвлением Fiji».

C помощью подключаемого модуля инструмент ImageJ может автоматически идентифицировать ядра клеток на изображениях микроскопа, как здесь. Источник изображения: Ignacio Arganda-Carreras / ImageJ

«Отчасти это потому, что инструменты бесплатны», — говорит Расбанд. Но еще и потому, что «пользователям легко настроить инструмент под свои нужды», дополняет Кевин Элицири, инженер биомедицины из Университета Висконсин-Мэдисон, чья команда возглавляла разработку ImageJ с момента выхода Расбанда на пенсию. ImageJ имеет обманчиво простой и минималистичный пользовательский интерфейс, который с 1990-х годов практически не изменился. Тем не менее этот инструмент можно бесконечно расширять благодаря встроенному устройству записи макросов (которые позволяют пользователю сохранять рабочие процессы, записывая последовательности щелчков мыши и выборов в меню), обширной совместимости с разными форматами файлов и гибкой архитектуре подключаемых модулей. «Сотни людей предоставили свои плагины», — говорит Кертис Рюден, руководитель отдела программирования в группе Элицири. Эти дополнения значительно расширили набор инструментов для исследователей, например функциями отслеживания объектов в видео или автоматической идентификации клеток.

«Суть программы не в том, чтобы быть универсальной и конечной, — говорит Элицири, — а в том, чтобы служить целям своих пользователей. В отличие от Photoshop и других программ, ImageJ может быть тем, чем вы хотите».

Поисковик последовательности: BLAST (1990 г.)

Возможно, нет лучшего индикатора культурной значимости, чем превращение названия программы в глагол. Говоря о поиске, вы наверняка подумаете о Google. В случае с генетикой подумаете о BLAST.

Эволюционные изменения запечатлеваются в молекулярных последовательностях в виде замен, делеций (хромосомных перестроек), пропусков и перегруппировок. В ходе поиска сходства между последовательностями — особенно среди белков — исследователи могут обнаружить эволюционные отношения и получить представление о функциях генов. Проблема в том, чтобы сделать это достаточно быстро и всесторонне через регулярно и быстро растущие базы данных молекулярной информации.

Дейхофф предоставила один важный фрагмент этой головоломки в 1978 году. Она разработала матрицу «точечно принятых мутаций», которая позволила исследователям оценить степень родства двух белков, основываясь не только на том, насколько похожи их последовательности, но и на эволюционной пропасти между ними. В 1985 году Уильям Пирсон из Университета Вирджинии в Шарлоттсвилле и Дэвид Липман из NCBI представили FASTP — алгоритм, сочетающий матрицу Дейхофф с возможностью быстрого поиска.

Спустя годы Липман вместе с Уорреном Гишем и Стивеном Альтшулом из NCBI, Уэббом Миллером из Университета штата Пенсильвания в Юниверсити-парке и Джином Майерсом из Университета Аризоны в Тусоне разработали еще более мощное усовершенствование —- инструмент поиска базового местного выравнивания (англ. Basic Local Alignment Search Tool, или BLAST). Выпущенный в 1990 году, BLAST сочетал в себе скорость поиска, необходимую для работы с быстрорастущими базами данных, с возможностью подбирать совпадения, которые были более эволюционно далеки. В то же время инструмент может рассчитать, насколько вероятно, что эти совпадения произошли случайно.

По словам Альтшула, полученный результат был невероятно быстрым. «Вы можете ввести запрос для вашего поиска, сделать один глоток кофе, и поиск будет завершен». Но что более важно, им было легко пользоваться. В эпоху, когда базы данных обновлялись по почте, Гиш создал систему электронной почты, а затем и веб-архитектуру, которая позволяла пользователям выполнять поиск на компьютерах NCBI удаленно, обеспечивая таким образом актуальность результатов.

По словам Шона Эдди, вычислительного биолога из Гарвардского университета в Кембридже (штат Массачусетс), система дала зарождающейся области геномной биологии инструмент преобразования — способ выяснить, что неизвестные гены могут делать на основе других генов, с которыми они связаны. […]

Источник препринтов: arXiv.org (1991 г.)

В конце 1980-х физики высоких энергий обычно отправляли своим коллегам физические копии рукописей для комментариев и в качестве любезности (но только избранным) по почте. «Те, кто были ниже в пищевой цепочке, полагались на благосклонность тех, кто попал в топовый список, а начинающие исследователи в неэлитных учреждениях часто полностью выпадали из привилегированного цикла», — писал физик Пол Гинспарг в 2011 году.❓Ginsparg, P. Preprint (2011).

В 1991 году Гинспарг, работавший тогда в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, написал автоответчик для электронной почты, чтобы уравнять правила игры. Его подписчики получали ежедневные списки препринтов, каждый из которых был связан с тем или иным идентификатором статьи. С помощью одного электронного письма пользователи со всего мира могли отправлять или извлекать статьи из компьютерной системы лаборатории, получать списки новых статей или выполнять поиск по автору или заголовку. План Гинспарга состоял в том, чтобы хранить статьи в течение трех месяцев и ограничить их сообществом физиков высоких энергий. Но коллега убедил его сохранить статьи на неопределенный срок. «Это был момент перехода от доски объявлений к архиву», — говорит он. И статьи наводнили гораздо больше областей, чем в дисциплине самого Гинспарга. В 1993 году Гинспарг перенес эту систему во всемирную паутину, а в 1998 году дал ей название, которое она носит по сей день: arXiv.org.

Сейчас, на тридцатом году своего существования, arXiv содержит около 1,8 миллиона препринтов (все они доступны бесплатно) и привлекает более 15 000 заявок и около 30 миллионов загрузок в месяц. «Нетрудно понять, почему arXiv стал таким популярным сервисом, — писали 10 лет назад редакторы Nature Photonics❓Nature Photon. 6, 1 (2012). по случаю двадцатой годовщины сайта. — Система предоставляет исследователям быстрый и удобный способ установить отметку, которая показывает, что они делали и когда, избежав хлопот и траты времени, необходимых для рецензирования в обычном журнале».

Источник изображения: arXiv.org

Успех сайта стал катализатором роста количества сестринских архивов по биологии, медицине, социологии и другим дисциплинам. Его влияние сегодня можно увидеть в десятках тысяч препринтов, опубликованных о вирусе SARS-CoV-2.

«Приятно видеть методологию, которая 30 лет назад за пределами сообщества физиков элементарных частиц считалась неортодоксальной, а теперь рассматривается как очевидная и естественная, — говорит Гинспарг. — В этом смысле все это похоже на успешный исследовательский проект».

Проводник данных: IPython Notebook (2011 г.)

В 2001 году, когда он решил заняться основным компонентом Python, Фернандо Перес был аспирантом «под воздействием прокрастинации».

Python — это интерпретируемый язык, а это значит, что написанные на нем программы выполняются построчно. Программисты могут использовать своего рода вычислительный инструмент вызова и ответа, называемый циклом чтения — оценки — печати (REPL), в котором они вводят код, а программа, называемая интерпретатором, выполняет его. REPL позволяет быстро исследовать и повторять части кода, но Перес отметил, что Python точно не был создан для науки: его особенности не позволяли пользователям, например, легко предварительно загружать модули кода или держать визуализации данных открытыми. Поэтому Перес написал свою версию.

Результатом его работы стал IPython, «интерактивный» интерпретатор Python, который Перес представил в декабре 2001 года — все 259 строк. Десять лет спустя Перес, работая с физиком Брайаном Грейнджером и математиком Эваном Паттерсоном, перенес этот инструмент в веб-браузер, запустив IPython Notebook, положив начало революции в области науки о данных.

Как и другие похожие вычислительные инструменты, IPython Notebook объединил код, результаты, графику и текст в рамках одного документа. Но в отличие от других подобных проектов, IPython Notebook имел открытый исходный код, что привлекло обширное сообщество разработчиков. А еще он поддерживает Python, популярный язык программирования среди ученых. В 2014 году IPython превратился в Project Jupyter, поддерживающий около 100 языков и позволяющий пользователям просматривать данные на удаленных суперкомпьютерах так же легко, как на своих ноутбуках.

«Для исследователей данных Jupyter де-факто стал стандартом», — писал Nature в 2018 году.❓Nature 563, 145–146 (2018). В то время на платформе совместного использования кода GitHub было представлено 2,5 миллиона записных книжек Jupyter; сегодня их около 10 миллионов, включая те, которые документируют открытие гравитационных волн в 2016 году и изображение черной дыры в 2019-м. «То, что мы внесли небольшой вклад в эти проекты, крайне приятно», — говорит Перес.

Быстрое обучение: AlexNet (2012 г.)

Искусственный интеллект (ИИ) бывает двух видов: один использует кодифицированные правила, другой позволяет компьютеру «учиться», имитируя нейронную структуру мозга. «На протяжении десятилетий, — говорит Джеффри Хинтон, специалист по информатике из Университета Торонто (Канада), — исследователи искусственного интеллекта отвергали последний подход как „нонсенс“». В 2012 году аспиранты Хинтона Алекс Крижевский и Илья Суцкевер доказали обратное.

Сделали они это в рамках ImageNet, ежегодного конкурса, на котором исследователям предлагается обучить ИИ на базе данных с миллионом изображений повседневных объектов, а затем протестировать полученный алгоритм на отдельном наборе изображений. По словам Хинтона, в то время лучшие алгоритмы неправильно классифицировали около четверти изображений. AlexNet Крижевского и Суцкевера, алгоритм «глубокого обучения», основанный на нейронных сетях, снизил частоту ошибок до 16. ❓Krizhevsky, A., Sutskever, I. & Hinton, G. E. in Proc. 25th Int. Conf. Neural Information Processing Systems (eds Pereira, F., Burges, C. J. C., Bottou, L. & Weinberger, K. O.) 1097–1105 (Curran Associates, 2012). «Мы практически вдвое снизили количество ошибок», — отмечает Хинтон.

Хинтон говорит, что успех команды в 2012 году отражал комбинацию достаточно большого набора обучающих данных, отличных навыков программирования и недавно появившихся мощных графических процессоров, которые изначально были разработаны для повышения производительности компьютерного видео. «Внезапно мы смогли запускать [алгоритм] в 30 раз быстрее, — говорит он, — или учиться на в 30 раз большем объеме данных». Настоящий прорыв в алгоритмах, по словам Хинтона, в действительности произошел тремя годами ранее, когда его лаборатория создала нейронную сеть, которая могла распознавать речь более точно, чем традиционный ИИ, совершенствующийся десятилетиями. […]

Эти победы ознаменовали рост важности и использования глубокого обучения в лабораториях, клиниках и многих других местах. Именно поэтому сегодня мобильные телефоны могут понимать голосовые запросы, а инструменты анализа изображений — легко выделять клетки на микрофотографиях. И именно поэтому AlexNet занимает свое заслуженное место среди многих инструментов, которые коренным образом изменили науку, а вместе с ней и весь мир.

Научные открытия 📚 – топ лучшей литературы по теме

Научные открытия 📚 – топ лучшей литературы по теме | Читайте и слушайте онлайн на MyBook

Что выбрать

Библиотека

📖Книги

🎧Аудиокниги

👌Бесплатные книги

🔥Новинки

❤️Топ книг

🎙Топ аудиокниг

🎙Загрузи свой подкаст

📖Книги

🎧Аудиокниги

👌Бесплатные книги

🔥Новинки

❤️Топ книг

🎙Топ аудиокниг

🎙Загрузи свой подкаст

Главная
org/ListItem»>Библиотека
Темы
научные открытия

Сортировать

Фильтры

Происхождение

Дэн Браун

Премиум

Роберт Лэнгдон прибывает в музей Гуггенхайма в Бильбао по приглашению друга и бывшего студента Эдмонда Кирша. Миллиардер и компьютерный гуру, он известен своими удивительными открытиями и предсказаниями. И этим вечером Кирш собирается «перевернуть все современные научные представления о мире», да…

Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!

Ричард Фейнман

Стандарт

Американский физик Ричард Фейнман – один из создателей квантовой электродинамики, Нобелевский лауреат, но прежде всего – незаурядная многогранная личность, не вписывающаяся в привычные рамки образа «человека науки». Он был известен своим пристрастием к шуткам и розыгрышам, писал изумительные порт. ..

Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки. Часть 1

Роберт Сапольски

Премиум

Как говорит знаменитый приматолог и нейробиолог Роберт Сапольски, если вы хотите понять поведение человека и природу хорошего или плохого поступка, вам придется разобраться буквально во всем – и в том, что происходило за секунду до него, и в том, что было миллионы лет назад. В книге автор поэтапн…

Кратчайшая история времени

Стивен Хокинг

Премиум

Природе пространства и времени, происхождению Вселенной посвящена эта научно-популярная книга знаменитого английского астрофизика Стивена Хокинга, написанная в соавторстве с популяризатором науки Леонардом Млодиновым. Это новая версия всемирно известной «Краткой истории времени», пополненная посл…

Краткая история почти всего на свете (часть 1-я)

Билл Брайсон

Премиум

Что это за книга? Это не энциклопедия – хотя здесь разложено по полочкам множество фактов. Это не практическое руководство – хотя здесь имеется масса полезных инструкций, например, «как самому создать Вселенную». Это не детективный роман – хотя от книги невозможно оторваться. Это просто увлекател…

Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки

Роберт Сапольски

Премиум

Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки. Часть 2

Роберт Сапольски

Премиум

Краткая история почти всего на свете (часть 2-я)

Билл Брайсон

Премиум

Кто мы такие? Гены, наше тело, общество

Роберт Сапольски

Премиум

В нее вошли лучшие статьи известного ученого и популяризатора науки Роберта Сапольски о человеке во всем его потрясающем многообразии. Три ее раздела, посвящены главным вопросам естествознания, включая влияние генов и среды на поведение, социальные, политические и сексуальные предпосылки поведенч…

Источник счастья

Полина Дашкова

Стандарт

Петр Борисович Кольт – миллиардер. Нет такой сделки, которую он не сумел бы заключить. Он может купить все, что пожелает. Он привык побеждать и не терпит поражений. Он хочет вернуть молодость и жить вечно. Петр Борисович не верит мифам о философском камне и стволовых клетках. Его интересует таинс…

Фильтры

В данном разделе представлен топ лучших книг и аудиокниг по теме «Научные открытия». Полный список из 484 популярных книг и аудиокниг по теме, рейтинг и отзывы читателей. Читайте книги или слушайте на сайте онлайн, скачайте приложение для iOS или Android, чтобы не расставаться с любимыми книгами даже без интернета.

О проекте

Что такое MyBook

Правовая информация

Правообладателям

Документация

Помощь

О подписке

Купить подписку

Бесплатные книги

Подарить подписку

Как оплатить

Ввести подарочный код

Библиотека для компаний

Настройки

Другие проекты

Издать свою книгу

MyBook: Истории

Обзор года: новые открытия Земли в 2020 году

Изображение предоставлено: NOAA

Каждый год Программа исследований и анализа Отдела наук о Земле объединяет космические, воздушные и наземные наблюдения с обработкой данных с помощью высокотехнологичных компьютерных моделей и алгоритмы, чтобы раскрыть новые вещи о Земле. Изучите некоторые из наших главных открытий 2020 года, начиная от влияния пандемии коронавируса на окружающую среду и заканчивая новым пониманием схем охоты синей акулы.

Измерение большой океанической миграции из космоса

Каждую ночь морские организмы по всему миру мигрируют на сотни метров к поверхности в поисках корма, чтобы вернуться только на рассвете. Этот цикл, известный как суточная вертикальная миграция (DVM), в первую очередь считается адаптацией, позволяющей избегать хищников вблизи освещенной солнцем поверхности, и отвечает за перенос большого количества питательных веществ и углерода по всему океану. В то время как корабли наблюдали DVM локально в течение десятилетий, спутники изо всех сил пытались наблюдать DVM в глобальном масштабе — до сих пор. Ученые проанализировали десятилетние данные лидара облачных аэрозолей НАСА с датчиком ортогональной поляризации (CALIOP), чтобы впервые выявить глобальную картину DVM. Они обнаружили, что в некоторых районах, таких как субтропические водовороты, мигрирует значительно больше, чем в других, и что различия в количестве организмов коррелируют с поверхностной продуктивностью. Эти результаты дают важную информацию о биологической и биогеохимической активности океана, а также позволяют улучшить наше понимание океана как целостной системы.

Associated Publication : Behrenfeld, M.J., P. Gaube, A. Della Penna, R.T. О’Мэлли, У. Дж. Берт, Ю. Ху, П.С. Бонтемпи, Д.К. Штейнберг, Э.С. Босс, Д.А. Сигель, К.А. Хостетлер, П.Д. Тортелл и С. К. Дони (2019). Глобальные спутниковые наблюдения ежедневных вертикальных миграций океанских животных, Nature, 576, 257–261. DOI: 10.1038/s41586-019-1796-9.

Определение причин исчезновения мангровых зарослей

Мангровые заросли — это небольшие деревья или кустарники, растущие вдоль береговых линий. Они предотвращают эрозию и служат важной средой обитания для многих видов. Человеческая деятельность, такая как развитие береговой линии, исторически была причиной глобального ухудшения состояния мангровых экосистем. Однако новое исследование показало, что потери мангровых зарослей по вине человека начинают снижаться. Ученые проанализировали более одного миллиона изображений со спутника НАСА Landsat за период с 2000 по 2016 год, чтобы зафиксировать естественные и антропогенные источники глобальной вырубки мангровых лесов. Они обнаружили, что непосредственная потеря мангровых зарослей, вызванная деятельностью человека, снизилась на 73% за период исследования, и они создали первую в истории глобальную карту потери мангровых зарослей с высоким разрешением. Это исследование показывает, что будущая устойчивость мангровых зарослей будет зависеть в первую очередь от повышения уровня моря и экстремальных явлений, таких как ураганы.

Associated Publication : Голдберг Л., Лагомасино Д., Томас Н. и Фатойнбо Т. (2020). Глобальное снижение антропогенной утраты мангровых зарослей. Глоб Изменение Биол. Принятая авторская рукопись. DOI: 10.1111/gcb.15275.

Понимание, когда ураганы будут усиливаться

Ущерб от ураганов составляет более половины стоимости всех стихийных бедствий в США вместе взятых. Хотя ученые могут с достаточной точностью предсказывать, где обрушатся ураганы, они менее успешны в предсказании того, когда и как они будут усиливаться. Вероятность того, что ураган внезапно усилится, зависит от многих факторов, в том числе от внутренней структуры урагана. Спутники НАСА для наблюдения за Землей могут заглянуть внутрь штормов, чтобы оценить их структуру. Ученые объединили наблюдения НАСА с IBM Watson Studio, чтобы разработать новую модель машинного обучения для изучения жизненного цикла ураганов. Исследование показало, что осадки внутри ядра, содержание ледяной воды и температура оттока хорошо коррелируют с усилением шторма.

Associated Publication : Su, Hui, et al. (2020). Применение спутниковых наблюдений за внутренними структурами тропических циклонов для прогнозирования быстрой интенсификации с помощью машинного обучения. Письма о геофизических исследованиях, том. 47, нет. 17. DOI: 10.1029/2020gl089102.

Определение влияния пыли на облака

Когда дело доходит до образования облаков, глобальные климатические модели обычно пытаются провести различие между эффектами взаимодействия аэрозолей и обычной метеорологией. Новое исследование проливает свет на то, как аэрозоли, такие как пыль, влияют на формирование облаков, особенно глубоких конвективных облаков (DCC). DCC обычно связаны с суровой погодой вблизи экватора и играют большую роль в климате Земли. Объединив наблюдения за облаками со спутника CloudSat НАСА с продуктами повторного анализа MERRA-2, ученые смогли выделить влияние пыли на формирование DCC. Они обнаружили, что присутствие пыли привело к увеличению DCC на 54% по сравнению с отсутствием пыли. Кроме того, морские, сульфатные и горючие аэрозоли связаны с еще более распространенными DCC. Лучшее понимание формирования DCC поможет улучшить прогнозы глобального климата.

Associated Publication : Замора, Л. М., и Кан, Р. А. (2020). Аэрозоли пыли в Сахаре изменяют преобладание глубоких конвективных облаков, возможно, путем ингибирования образования новых морских частиц. Журнал климата, 33 (21), 9467-9480. DOI: 10.1175/JCLI-D-20-0083.1.

Характеристика перемещения оползней

Оползни разрушают имущество и приводят к гибели людей. Понимание того, как оползни реагируют на происходящие изменения климата, такие как увеличение количества осадков, необходимо для прогнозирования того, когда они произойдут. Хотя обычно оползни связаны с быстроразвивающимися катастрофическими явлениями, большинство оползней относительно медленные. Ученые изучали оползень в трущобах в Колорадо — большой медленно движущийся оползень — с 2011 по 2018 год, чтобы лучше охарактеризовать поведение оползня. Комбинированные измерения с бортового радара с синтезированной апертурой (UAVSAR) для необитаемых летательных аппаратов и наземных приборов подтвердили уровень подвижности на краях оползней и то, как жидкость от таяния снега и дождевой воды может вызывать движение. Эти результаты проливают новый свет на границы оползней и подповерхностный поток. Это исследование поможет сообществам лучше подготовиться к оползням.

Связанная публикация: Ху, X., Бургманн, Р., Шульц, У. Х., и Филдинг, Э. Дж. (2020). Четырехмерные поверхностные движения оползня Трущоб и количественная оценка гидрометеорологического воздействия. Сообщения о природе, 11 (1), 1-9. DOI: 10.1038/s41467-020-16617-7.

Рейтинг способности гор хранить воду

Горы – водонапорные башни мира, хранящие и поставляющие значительную часть воды для удовлетворения природных и общественных нужд. Однако до сих пор неизвестно, сколько воды они хранят и насколько они уязвимы к изменению климата, особенно в глобальном масштабе. Ученые использовали данные и модели НАСА для разработки новой глобальной системы, помогающей ранжировать горы на основе их вместимости и зависимых групп, таких как сообщества и экосистемы. Используя этот индекс водонапорных башен (WTI), ученые обнаружили, что горы с самым высоким рейтингом WTI также наиболее уязвимы к климатическим или социально-экономическим сдвигам.

Associated Publication : Immerzeel, W.W., Lutz, A.F., Andrade, M. et al. (2020). Важность и уязвимость мировых водонапорных башен. Природа, 577 , 364–369. DOI: 10.1038/s41586-019-1822-y.

Ограничение чувствительности Земли к климату

Ученые НАСА более точно ограничили «чувствительность Земли к климату», или степень повышения глобальной температуры, связанного с удвоением содержания углекислого газа в доиндустриальной атмосфере (CO ₂). Предыдущие исследования определили диапазон от 1,5°C до 4,5°C. НАСА участвовало в исследовании, в ходе которого эти результаты были пересмотрены вместе с новыми доказательствами и передовым компьютерным моделированием, чтобы с большей уверенностью определить, что чувствительность климата Земли ближе к средней или верхней части этого диапазона. Это означает, что общество вряд ли избежит существенного изменения климата (более чем на 2 °C) в будущем с высоким уровнем выбросов, а глобальные температуры могут повыситься на 4,5 °C примерно к 2060 году9.0003

Associated Publication : Sherwood, S.C., et al. (2020). Оценка чувствительности Земли к климату с использованием множества доказательств. Обзоры геофизики, вып. 58, нет. 4. DOI: 10.1029/2019rg000678.

Наблюдение за воздействием COVID-19 на загрязнение воздуха

Во время первоначальных отключений, связанных с COVID, спутники наблюдали значительное снижение глобальных концентраций диоксида азота (NO ₂ ), загрязнителя воздуха, связанного с экономической деятельностью и ископаемым топливом. сгорание ниже в атмосфере. Ученые НАСА оценили сокращение спутниковых измерений NO ₂ над Китаем до и после Лунного Нового года 2020, когда уровни NO ₂ обычно низкие. Ученые обнаружили, что наблюдаемое сокращение в 2020 году было более чем на 20% больше, чем обычное сокращение, связанное с праздниками. Это исследование подтверждает, как деятельность человека влияет на окружающую среду.

Associated Publication : F. Liu et al, (2020) Резкое снижение содержания диоксида азота в тропосфере над Китаем после вспышки COVID-19. науч. Доп. DOI: 10. 1126/sciadv.abc2992.

Изучение причин таяния ледяных щитов

На таяние ледяных щитов приходится почти треть нынешнего глобального повышения уровня моря. Поскольку климат продолжает меняться, ученые НАСА пытаются лучше понять, какие процессы — атмосферные или океанические — больше всего способствуют таянию ледяных щитов. Измерения высоты поверхности со спутников НАСА ICESat (2003–2009 гг.) и ICESat-2 (с 2018 г. по настоящее время) показали, что усиленное таяние льда, вызванное потеплением атмосферы и океана в Гренландии и потеплением океана в Антарктиде, способствует повышению уровня моря почти на 1 миллиметр в год. с 2003-2019 гг.. Гренландия, где и океанические, и атмосферные процессы работали вместе, чтобы истончить ледяной щит, способствовала повышению уровня моря почти в два раза больше, чем Антарктида, где медленное, но повсеместное утолщение из-за атмосферных процессов частично компенсировало драматические потери из-за потепления океана.

Associated Publication : Smith, Ben, et al. (2020). Повсеместная потеря массы ледяного щита отражает конкурирующие процессы в океане и атмосфере. Наука, том. 368, нет. 6496, стр. 1239–1242. DOI: 10.1126/science.aaz5845.

Укрепление понимания НАСА повышения уровня моря

НАСА выпустило всесторонний обзор своего текущего понимания как естественных, так и антропогенных региональных колебаний уровня моря. К ним относятся изменения в термодинамике океана, вертикальное движение суши у берегов, изменения в ледяном щите и массе ледников, а также изменчивость запасов и распределения воды на суше. В исследовании также учитывается высокочастотная изменчивость уровня моря, связанная с такими явлениями, как приливы и штормовые нагоны. В исследовании представлены обновленные оценки основных компонентов повышения уровня моря. Например, исследование уточняет наше понимание среднего глобального повышения уровня моря на 3,3 ± 0,4 мм/год за последние три десятилетия и объясняет, почему некоторые прибрежные моря поднимаются быстрее, чем другие, в ответ на различные физические процессы.

Associated Publication : Hamlington, B.D., et al (2020), Понимание современного регионального изменения уровня моря и его последствия для будущего. Обзоры геофизики, 58 (3). DOI: 10.1029/2019RG000672

Понимание моделей охоты на акул

Ученые объединили спутниковое слежение с дистанционным зондированием океана и числовыми моделями, чтобы лучше понять движения и миграцию пелагических синих акул в Атлантическом океане. Пелагиаль — это область в океане, занимающая около 333 миллионов кубических миль. Ученые обнаружили, что акулы использовали теплые водовороты, называемые водоворотами, для охоты за пределы пелагической зоны в сумеречную зону — область глубокого океана, которая находится вне досягаемости солнечного света на глубине около 650–3300 футов от поверхности. Большие водовороты в океане служат внутренней погодной системой, перемешивая толщу воды и иногда захватывая и перенося более мелкие виды добычи, включая планктон, на сотни миль. Это исследование помогает выявить связь между хищниками и ресурсами глубоководной добычи в океане.

Associated Publication : Браун, К. и др. (2019). Мезомасштабные водовороты освобождают пелагических акул от тепловых ограничений и позволяют им кормить в сумеречной зоне океана. ПНАС, 116 (35) 17187-17192. DOI: 10.1073/pnas.1

7116.

Обнаружение деградации превышает вырубку лесов в бразильской Амазонии

Деградация лесов является обычной формой человеческого беспокойства, включая такие виды деятельности, как выборочная вырубка и добыча. Хотя деградация лесов не соответствует полному обезлесению, она все же может привести к потере и фрагментации биомассы. Хотя темпы вырубки лесов в бразильской Амазонии хорошо известны, масштабы деградации лесов неизвестны. Ученые проанализировали степень деградации лесов по всей бразильской Амазонии за примерно 22-летний период до 2014 года, используя данные дистанционного зондирования высокого разрешения со спутника НАСА Landsat. Они обнаружили, что степень и скорость деградации лесов были равны или превышали обезлесение, что имеет важные последствия для хранения углерода, биоразнообразия и энергетического баланса.

Associated Publication : Matricardi, E.A.T., Skole, D.L., et al. (2020). Долгосрочная деградация лесов превышает обезлесение бразильской Амазонии. Наука, том. 369, нет. 6509, стр. 1378–1382. DOI: 10.1126/science.abb3021.

Составление карты нового компонента глобального качества воздуха

Ученые НАСА разработали новый метод измерения изопрена (C ₅ H ₈ ), химического соединения, связанного с озоном (O ₃ ) образование и плохое качество воздуха по спутниковым наблюдениям. Изопрен естественным образом выделяется деревьями, и его трудно измерить из космоса. Это связано с тем, что после выброса изопрен быстро реагирует с окружающей средой с образованием формальдегида (HCHO) — токсичного химического вещества, связанного с канцерогенными эффектами. Новый метод обнаружения НАСА сочетает в себе технологию машинного обучения, бортовые измерения и передовое компьютерное моделирование для создания и проверки почти глобальных карт сезонных концентраций изопрена по всему миру. Эти новые наборы данных могут помочь сообществам в лесных районах улучшить прогнозы местного качества воздуха.

Associated Publication : Wells, K.C., Millet, DB, Payne, VH et al. (2020). Спутниковое извлечение изопрена ограничивает выбросы и атмосферное окисление. Природа, 585, 225–233. DOI: 10.1038/s41586-020-2664-3

Предлагают ли последние открытия в науке доказательства существования Бога?

Это первая часть дебатов.
Да – Фред Херен
Нет – Бернард Дж. Лейкинд

От редактора

Эта статья скопирована с разрешения sciencediscussion.com. Вы найдете еще несколько подобных статей на сайте www.

sciencediscussion.com/DisplayACArticles.aspx

Это первая дискуссия ScienceDiscussion.com (ранее опубликованная в журнале Cosmic Pursuit ) из серии дискуссий между христианином (мной) и атеистом (физиком Бернардом Лейкиндом). В последующих дебатах этой серии вы услышите обсуждение подобных вопросов, особенно в том, что касается последних открытий в космологии, палеонтологии, биологии, истории и археологии.

Одна дискуссия вряд ли убедит людей изменить свои твердые убеждения, но я надеюсь, что она убедит читателей в одной великой истине: а именно, что люди с противоположными взглядами на жизнь могут сесть вместе и вести оживленную дискуссию. не прибегая к ругательствам друг друга или сворачиванию шей друг другу.

Возможно, мы даже сможем учиться друг у друга. Когда у меня появилась возможность впервые пообщаться с доктором Лейкиндом, мне хотелось бы думать, что он понял, что мы, христиане, не обязательно являемся иррациональными стадными последователями, какими нас выставляют. Со своей стороны, я, конечно же, узнал, что атеисты могут стать отличными гостями на ужине.

В отличие от моих недавних бесед с несколькими лидерами Американской корпорации атеистов (которые были слишком эмоциональны, чтобы вести рациональный разговор), доктор Лейкинд показал себя сердечным слушателем, услужливым наставником по физике и занимательным рассказчиком историй (особенно о его личный опыт разоблачителя хождений по огню и « Физика бессмертия» Фрэнка Типлера ). Урок для христиан (поскольку, как всем известно, мы, христиане, должны находить нравственный урок почти во всем): чтобы весело провести вечер, пригласите на ужин атеиста.

Для этой дискуссии (которая, чтобы было ясно, велась в письменной форме, а не в ходе обеденной беседы) каждый участник сначала написал статью с аргументами в пользу своей позиции по вопросу, а затем каждый написал опровержение, прочитав позицию другого первая часть.

Писатель-ученый Фред Херен может узнать аргументы в пользу своей позиции благодаря семилетнему поиску доказательств как за, так и против существования Бога, поиску, который включал в себя изучение мозгов сегодняшних великих первооткрывателей в науке: лауреатов Нобелевской премии. астрономы, руководители групп НАСА и ведущие современные физики-теоретики. Он основал Day Star Network, чтобы предоставить наилучшую возможную информацию, чтобы помочь другим, кто хочет выполнить этот квест.

Как физик, обозреватель и редактор журнала Skeptic д-р Бернард Лейкинд может знать аргументы в пользу своей позиции. Он прошел обучение по физике плазмы и термоядерной энергии в Корнеллском университете и Университете Мэриленда, и его работа связана с проектами в области лазеров, ускорителей и ядерной энергетики. Он стал известен своими расследованиями паранормальных явлений и их разоблачением, когда выступал в таких популярных местах, как The Tonight Show.

Научный писатель Фред Хирен посвятил семь лет постоянному поиску сути важных жизненных вопросов. Его исследования включали соответствующие данные из науки, истории и философии. Не довольствуясь письменной информацией о недавних научных открытиях, он часто обращался непосредственно к самим первооткрывателям: астрономам, лауреатам Нобелевской премии, руководителям групп НАСА, палеонтологам и физикам-теоретикам, таким как Стивен Хокинг и Алан Гут.

Теперь, работая в The Day Star Network в качестве «единственного в мире космического репортера», его поиски превратились в миссию «поощрять людей, попавших в мир крысиных бегов, делать что-то уникально человеческое, останавливаться и думать о больших вопросах жизни». ».

Недавние проекты Фреда Хирена включают запуск журнала Cosmic Pursuit и производство нескольких аудиокассет драм, в том числе Приключения Леона Циника. Он работает над завершением серии из четырех книг под названием чудес, из которых Show Me God является первым томом. Херен пишет для многих изданий, включая The Boston Globe, The Chicago Tribune, и The Wall Street Journal. Он выступает на съездах по астрономии и физике, участвует в дебатах и общается с группами, которые хотят узнать больше о последних доказательствах разумного замысла нашего космоса. Он живет с женой и пятью детьми в Уилинге, штат Иллинойс.

Да!

by Fred Heeren

Благодаря ряду научных открытий, сделанных в последние годы, современная космология, наконец, догнала то, чему всегда учила Библия. Хотя окончательные вопросы должны навсегда остаться вне области науки, сегодняшним космологам трудно избежать Бога. На самом деле, как недавно сказал мне астроном Аллан Сэндидж: «Мы не можем ясно понять вселенную без сверхъестественного».

Независимо от того, смогут ли агностики или атеисты, прочитавшие заявление Сэндиджа, согласиться с ним к концу этой статьи, я надеюсь, что они увидят, что это убеждение является разумным. Как христианин, я узнал, что многие скептики смешивают мою веру с верованиями в паранормальные явления всех видов: астрологией, похищениями инопланетянами, внетелесными переживаниями и особенно психическим исцелением и ясновидением (поскольку многие исповедующие христианство имеют свои собственные версии). из этих).

я утра верящий в поразительную силу некоторых целителей, таких как Бенни Хинн и Родни Ховард-Браун; в конце концов, я лично был свидетелем того, как они применяли свои полномочия, чтобы избавить людей от огромных сумм денег. Такие силы, конечно, могут очаровывать только легковерных. Скептицизм, я считаю, полезное и уникальное человеческое качество, четко отделяющее нас от животных и зрителей мыльных опер.

Короче говоря, я так же скептически отношусь к заявлениям о паранормальных явлениях, как и доктор Лейкинд, но у меня есть веская причина относить библейские заявления о Боге к совершенно иной категории. Сама наука теперь поднимает вопросы, которые естественным образом заставляют нас задуматься о гипотезе Творца, в то время как эти другие сверхъестественные утверждения становятся все более и более бессмысленными в век науки. Из-за моего уважения к науке я посвятил более двенадцати лет своей жизни изучению недавних открытий и изучению мозгов величайших первооткрывателей этого века, пытаясь подобраться как можно ближе к доказательствам, чтобы узнать, как наука может помочь. нам в ответах на важные вопросы жизни.

Как я покажу, два величайших научных открытия нашего века дали нам ответы на вопросы, на которые любой атеист предпочел бы получить совсем другие ответы.

Открытие №1: у Вселенной было начало

Чтобы оценить это открытие, мы должны сначала попытаться забыть Библию. Нам, жителям Запада, нелегко избавиться от мысли, что в начале Бог сотворил небо и землю. Но человеческая традиция всегда исходила из того, что Вселенная не имеет определенного начала (единственным исключением является Библия и те религии, на которые она повлияла). Древние верили не в то, что боги создали вселенную из ничего, а в то, что боги сформировали ее из вечной водянистой кашицы, существовавшей до них. И от Аристотеля до Эйнштейна научная точка зрения заключалась в том, что Вселенная просто всегда была здесь, что избавляло ученых от необходимости иметь дело с вопросом о конечном происхождении.

Современные ученые больше не могут быть такими самодовольными. В предисловии к моей книге « Покажи мне Бога, » Джордж Смут (глава спутниковой группы НАСА COBE, открывшей космические «семена») говорит: «До конца 1910-х годов люди не знали о космическом происхождении как никогда раньше. . У тех, кто не воспринимал Бытие буквально, не было оснований полагать, что было начало».

Доказательства начала

Относительность . Веские доказательства сотворения мира в этом столетии начались с общей теории относительности Эйнштейна, которая предсказывала расширение Вселенной. Сам Эйнштейн годами отказывался в это верить. Расширение подразумевало начало, а начало подразумевало Начинающего.

Расширение Хаббла. Однако доказательства стали неопровержимыми, когда Эдвин Хаббл с помощью самого большого телескопа своего времени обнаружил, что все галактики разбегаются от нас и что существует точная линейная зависимость между расстоянием до галактик и их скоростью, как это было у Эйнштейна. уравнения предсказывали.

Изобилие гелия. Более поздние открытия продолжали подтверждать «большой взрыв», как впервые в шутку назвал его Фред Хойл. Пока Хойл пытался доказать свою стационарную теорию вечной Вселенной, он вместо этого доказал, что только невероятно горячее, конденсированное начало Вселенной может объяснить изобилие гелия во Вселенной.

Остаточная радиация. Теоретики раннего Большого взрыва предсказывали, что мы должны быть в состоянии обнаружить остаточное излучение от тепла этого раннего плотного состояния, поскольку «за пределами» Вселенной ему некуда выйти. Арно Пензиас и Роберт Уилсон из Bell Lab получили Нобелевскую премию за случайное открытие этого излучения с помощью самого чувствительного в мире низкотемпературного радиотелескопа.

«То, что мы обнаружили, — сказал мне Пензиас, — было излучением, для которого во Вселенной нет известного источника». И это увело двух первооткрывателей от их прежней веры в то, что вселенная вечна, к вере в то, что Пензиас называет «сотворением из ничего».

С тех пор спутник НАСА COBE измерил точную сигнатуру так называемого излучения «черного тела», образованного этим микроволновым фоном, спектр события слишком мощный, чтобы его можно было объяснить чем-либо в этой вселенной, но, как ожидается, характеризует всю вселенную. при его создании. Узнав эту точную кривую на своем мониторе во время первого измерения COBE, Ричард Исаакман сказал: «Я чувствовал, что смотрю Богу в лицо».

«Отпечатки пальцев Создателя». г. Открытие Джорджем Смутом предсказанной ряби на этом микроволновом фоне дало еще больше доказательств в пользу современной теории события сотворения. «Это действительно похоже на то, как оглянуться назад на творение, — говорит Смут, — и увидеть сотворение пространства, времени, вселенной и всего в ней, а также отпечатки пальцев Создателя, и они очень аккуратно оказываются теми вещами, которые вызвали Вселенная очень интересна для нас: а именно создание галактик и звезд». Он указывает, что чуть большая или меньшая рябь приведет к тому, что вселенная будет заполнена черными дырами или жидким супом, а не звездами и планетами.

Детские галактики. Последнее открытие — это то, что астрономы давно искали как свой «святой Грааль»: первобытные галактики. Их обнаружение было бы самым прямым доказательством того, что наша Вселенная действительно изменилась со временем. Если хаббловское расширение действительно предполагает событие сотворения, то если оглянуться назад во времени достаточно далеко, мы должны увидеть эпоху, когда формировались все галактики, а до этого — эпоху, когда галактики вообще еще не начали светиться. Но до недавнего времени астрономы видели довольно нормально выглядящие галактики настолько далеко назад во времени (и на расстоянии), насколько они наблюдали.

Все изменилось в 1996 году, когда группа под руководством астронома из Калифорнийского технологического института Чака Стейделя использовала его технику исключения ультрафиолета, чтобы найти множество галактик с красным смещением больше 2. «Мы наблюдаем формирование центральных выпуклых областей галактик, — сказал он мне. , «где вы ожидаете, что все звездообразование будет происходить в относительно небольшой области». Более того, за пределами красного смещения 4 он обнаруживает, что внезапно вступил в эпоху, когда галактики еще не сформировались.

Работа на стороне

Великая задача науки — найти причину каждого следствия. Но когда мы прослеживаем причинно-следственную цепочку во времени, мы приходим к неловкому с научной точки зрения моменту в начале, когда причинно-следственные связи просто прекращаются.

Арно Пензиас сказал мне: «Итак, то, что мы находим — простейшая теория — та, которую обычно поддерживают астрономы, — это творение из ничего, появление Вселенной из ничего». И в моем последнем интервью с Робертом Джастроу он сказал: «Это любопытный теологический результат, вытекающий из науки».

Это «теологический», потому что Библия также учит сотворению из ничего (творение ex nihilo, Евреям 11:3). Однако я не могу не подчеркнуть, что это не богословие какой-либо из религий другого мира, пришедшее к нам из древних времен. Нельзя сказать, что никакая другая культура — египетская, вавилонская, шумерская и т. д. — не оказала влияния на евреев в этом отношении. Многие современные ученые пришли к выводу, что, по словам Джорджа Смута, «нет никаких сомнений в том, что существует параллель между большим взрывом как событием и христианским представлением о творении из ничего».

Эйнштейн первым научил нас тому, что пространство, время и материя неразрывно связаны. Расширение Вселенной связано не с тем, что галактики выбрасываются в большую пустоту, а с тем, что само пространство растягивается и увлекает за собой галактики. Это означает, что если наше путешествие назад во времени закончится исчезновением материи, то время и пространство тоже должны исчезнуть.

Логика подсказывает нам, что причины должны предшествовать своим следствиям. Итак, что мы должны думать о причине этой вселенной, когда нет времени до начала? Причина должна быть отделяет от его следствия, а это означает, что причина нашей вселенной должна находиться вне его. И это первое, что говорят эти открытия в космологии о величайшей загадке вселенной, величайшем детективе всех времен: это была работа со стороны.

Творец вне космоса

Опять же, только древние евреи правильно поняли свою космологию. Британский астрофизик Фред Хойл признавал это, когда писал: «Общее представление о богах, расположенных справедливо и прямо во Вселенной, было распространено в древние времена на всем Ближнем Востоке. Отход евреев от этой позиции, очевидно, был очень велик».

Библия провозглашает Бога нефизическим. В отличие от любого другого древнего божества, Бог евреев не позволял делать изображения Себя, как если бы Он был просто физическим Богом. Моисей напомнил людям, что даже в их самом тесном контакте с Богом «вы не видели никакого образа в тот день, когда Господь говорил с вами… Итак смотрите за собою весьма внимательно, чтобы не развратиться и не сделать себе кумира, никакого изображения» (Втор. 4:15-16).

Вселенная не могла вместить этого Бога. Царь Соломон молился: «Небеса, даже самые высокие небеса, не могут вместить тебя. Насколько меньше я построил этого храма!» (1 Царств 8:27). Очевидно, эта концепция сильно отличалась от представлений о физических богах, которых придерживались другие в древнем мире: боги солнца, боги луны, звездные боги, речные боги, боги и богини с головами животных и т. д.

И сегодня, если наука указывает на Творца, который должен быть отделен от физической вселенной, тогда пантеистические представления о Боге кажутся столь же неверно истолкованными, как и политеистические. Восточное представление о Боге «Звездных войн», о Боге, являющемся простой «Силой», единой со вселенной или ее частью, серьезно оспаривается современной космологией.

Творец вне времени

Ничто, ограниченное временем, не могло создать космос. Творец должен был существовать «до» начала времен, и с Его точки зрения, Он существует в нашем прошлом, настоящем и будущем одновременно. Иисус сказал: «Прежде чем родился Авраам, Я есть!» (Иоанна 8:58). Трижды в Новом Завете Библия говорит о том, что Бог намеревался сделать «прежде начала времени» (1 Кор. 2:7; 2 Тим. 1:9).; Титу 1:2). Библия говорит нам, что время относительно Бога: «Ибо тысяча лет в глазах твоих как день, который только что прошел, или как стража в ночи» (Псалом 90:4). «У Господа один день, как тысяча лет, и тысяча лет, как один день» (2 Петра 3:8).

Годы библейского Бога не просто бесконечно длинны; Он вообще вне времени. В приведенных выше стихах говорится, что само время имеет начало. Вечность, приписываемая Богу в Библии, не относится к Богу как к тому, кто существует, пока длится время; это вид, который рассматривает время как вещь, созданную Богом. Как Августин толковал Библию (задолго до того, как на него могли повлиять современные космологи), Бог сотворил мир «со временем, а не во времени».

Сравнивая это послание со всеми другими посланиями, пришедшими к нам с древних времен, разумно предположить, что если Бог когда-либо открывался нашим предкам, то только через это необъяснимо уникальное откровение евреям.

Альтернативы Творцу

Пульсирующая вселенная. Атеисты и агностики, конечно, не будут сидеть сложа руки за такими выводами. Раньше у них была теория стационарного состояния и плазменная космология, чтобы дать им вечную вселенную, но сегодня эти теории почти мертвы. Циклическая космология тоже ушла в прошлое, но, судя по частоте, с которой кабинетные космологи продолжают поднимать ее на телефонных ток-шоу, многие до сих пор ее не знают. Гипотеза предполагает, что Вселенная постоянно колеблется между расширением и коллапсом. За последние двадцать лет все ученые, серьезно изучавшие эту идею, также отказались от нее.

Британский физик Ричард Моррис подсчитал, что из-за неизбежного увеличения энтропии Вселенная могла совершить не более сотни скачков. Он пишет: «Таким образом, мы возвращаемся к «проблеме» сотворения из ничего, чего колеблющаяся Вселенная изначально должна была избежать». Алан Гут, отец инфляционной космологии, также исследовал эту проблему в 1983 году. Название его статьи для Nature объявило о его выводах: «Невозможность прыгающей Вселенной».

Самое главное, циклическая космология не предлагает объяснения того, как начался этот процесс. Хотя некоторые могут использовать его, чтобы отложить вопрос о началах, они все же не могут избежать потребности в конечной причине.

Квантовая флуктуационная вселенная. Другие допускали начало, но пытались объяснить его как случайное событие, проводя аналогию между происхождением Вселенной и квантовыми событиями. Квантовая теория утверждает, что пространство, хотя и кажется пустым, на самом деле заполнено парами виртуальных частиц, которые могут «флуктуировать» или появляться на очень короткие промежутки времени. Возможно, благодаря такой квантовой флуктуации возникла сама Вселенная. Но даже Эд Трайон, впервые предложивший эту идею в 1973, осознал сложность попытки объяснить квантовое сотворение из истинного небытия, поскольку описываемые им квантовые эффекты требуют чего-то большего, чем ничего — они требуют пространства, того, что все физики теперь тщательно отличают от «ничего».

Фред Хойл пишет: «Все равно потребуются физические свойства вакуума, и это будет что-то». Пространство в нашей Вселенной называется «ложным вакуумом», потому что оно обладает свойствами, которые делают его гораздо большим, чем «ничто» — оно содержит квантовые частицы и не является по-настоящему пустым. Таким образом, ложный вакуум также требует причины.

Когда я спросил Джона Мэзера (главный научный сотрудник НАСА по спутникам COBE), знает ли он о каких-либо недавних теориях, которые могли бы объяснить, как что-то может возникнуть из ничего естественным путем, он сказал мне: «У нас есть уравнения, описывающие преобразование одного вещь в другую, но у нас нет никаких уравнений для создания пространства и времени. И эта концепция даже не имеет никакого смысла на английском языке».

Роберт Уилсон, один из лауреатов Нобелевской премии за открытие микроволнового фона, сказал мне: «Конечно, было что-то, что вызвало все это. Конечно, если вы религиозны, я не могу придумать лучшей теории происхождения вселенной, которая соответствовала бы Книге Бытия».

Предложение Хокинга без границ. Другие указывают на предложенное Стивеном Хокингом безграничное пространство-время как на альтернативу началу и Начинающему. Карл Саган сказал, что предложение Хокинга касается «отсутствия Бога». Но когда я спросил об этом самого Стивена Хокинга, он сказал мне: «Я не верю, что предложение об отсутствии границ доказывает отсутствие Бога, но оно может повлиять на наши представления о природе Бога». Хокинг поднимает следующий вопрос: такова ли природа Бога, что Он просто связан с началом вселенной? Или Он связан со вселенной в целом?

«Воображаемое время» в предложении Хокинга не устранило бы Бога, а лишь слабое представление деистов о Боге, который закручивает вселенную, а затем отпускает ее. В своей модели без границ Хокинг сказал мне: «Нам не нужен кто-то, чтобы зажечь голубую сенсорную бумагу Вселенной». Но даже вселенная без жесткого начала не обязательно приводит к вселенной, в которой Творцу нечего делать, поскольку, по-видимому, управление нашей вселенной представляет собой нечто большее, чем просто ее воспламенение в результате большого взрыва.

С библейской точки зрения христиане согласны с тем, что в природе Бога даже больше заложено быть правителем вселенной, чем быть ее инициатором. Библия говорит нам, что все во вселенной подчинено поддерживающей силе Бога и не может существовать само по себе (Евреям 1:3 и Колоссянам 1:15-17). Физик Роберт Ганж говорит, что, согласно квантовой физике, для объяснения любой Вселенной, которая существует дольше планковского времени (10–43 секунд), требуется нечто большее, чем случайность. Ганге считает, что квантовая физика указывает на внешний поддерживающий фактор, а не просто на внешнего инициатора.

Как проверить наличие Бога

Ученые не могут наблюдать Бога, но вселенная, которую они наблюдают, безусловно, может свидетельствовать о том, что она является либо делом рук целеустремленного создателя, либо случайной, автономной системой, которая не нуждается во внешнем агентство. Величайшее научное открытие этого века, открытие события космического сотворения, указывает на такую внешнюю необходимость. Но еще одно фундаментальное открытие, с которым сталкиваются ученые в таких разных областях, как физика элементарных частиц, микробиология и астрономия, также указывает на такую необходимость.

Некоторое время назад я решил провести простой тест, чтобы увидеть, действительно ли Бог существует. Если Бога нет, то наука должна накапливать доказательства произвольности исходных условий природы; каждая новая открытая константа должна дополнять растущую картину вселенной, которая развивалась по случайным законам. Мы должны все больше и больше узнавать о произвольной природе природы, об отсутствии направления сил, которые привели к возникновению жизни во Вселенной.

С другой стороны, чтобы найти доказательства существования Бога, нам нужно найти четкие доказательства заботливости и точности в том, как устроена вселенная. Мы должны обратить внимание на тщательно выбранные значения для этих констант, числа, которые, очевидно, скорректированы в пределах слишком узких параметров, вопреки слишком большим шансам, чтобы их можно было объяснить случайностью.

Теперь, если шансы один к двум или даже один к десяти, что Вселенная могла сложиться таким образом случайно, то мы могли бы сказать, что это была случайность, которая оказалась для нас удачной. Но что, если физики скажут нам, что вероятность один к тысяче, или миллиарду, или больше? Что, если они назовут это «тонкой настройкой»?

Открытие № 2: Вселенная была точно настроена

Астроном из Беркли Марк Дэвис сказал мне: «Вселенная — это удивительно точно настроенная среда, и физики очень хотят понять, как она стала такой». В качестве примера он описал критическую плотность Вселенной, которая позволяла ей расширяться со скоростью, подходящей для образования галактик, а не приводить к раннему коллапсу или слишком быстрому рассеиванию. Физики согласны с тем, что скорость расширения в начале должна была быть точно настроена до одной десятой в 60-й степени — это 1 с 60 нулями после нее — уровень точности, который Дэвис называет «сумасшедшим». Стивен Хокинг упомянул об этом критическом балансе, когда сказал: «Шансы на то, что вселенная, подобная нашей, возникнет в результате чего-то вроде Большого взрыва, огромна».

Джордж Смут описывает Большой взрыв как «хорошо организованный». Астроном Эрик Карлсон сказал мне: «Это невероятно высокоупорядоченное событие, чрезвычайно высокоупорядоченное — это полная противоположность хаотическому событию».

Хокинг также приводит соотношение между массами протона и электрона как одно из многих критических чисел, точно встречающихся в природе. «Замечательный факт, — говорит он, — заключается в том, что значения этих чисел, по-видимому, были очень точно подобраны, чтобы сделать возможным развитие жизни».

Такая тонкая настройка на благо жизни не поддается естественному объяснению. Когда британский астрофизик Фред Хойл подсчитал вероятность того, что углерод случайно будет иметь точно такой же резонанс, он сказал, что его атеизм сильно пошатнулся, добавив: «Интерпретация фактов, основанная на здравом смысле, предполагает, что сверхразум забавлялся с физикой».

Каждая из четырех фундаментальных сил природы также точно настроена, так что соотношения между ними нельзя изменять, не разрушая возможности жизни. Если бы сильное ядерное взаимодействие было немного слабее, Вселенная состояла бы только из водорода; если чуть сильнее, то Вселенная была бы вообще без водорода (и, конечно, без звезд). Более сильные или слабые электромагнитные силы или другое значение гравитационной постоянной также привели бы к тому, что во Вселенной не было бы звезд.

Физик Эдвард Колб из Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми заключает: «Оказывается, «константы природы», такие как сила гравитации, имеют именно те значения, которые позволяют формироваться звездам и планетам…. Вселенная, похоже, настроена так, чтобы жизнь и сознание расцвели». Он признает, что наука никогда не сможет объяснить нам, почему так должно быть. Джордж Смут из Berkeley Lab также говорит мне, что наука не дает нам «никакой фундаментальной причины, по которой это должно быть именно так».

Что требует больше веры?

У теиста есть сверхъестественное объяснение результатов нашего теста. Есть ли у нетеиста естественная? Учитывая тот факт, что наше существование явно является результатом первоначальной тонкой настройки, которая является «полной противоположностью хаотическому событию», нетеисту остаются объяснения, требующие большей веры, чем веры в целеустремленного Бога. Атеисты обвиняют верующих в Библии в суеверии. Но, возможно, самое большое суеверие состоит в том, чтобы верить, что эта физическая вселенная сама по себе наделена целью и мистическими силами, которые позволяют ей создать себя — а затем точно настроить себя против невероятных обстоятельств — для того, чтобы создать сознательных людей, которые могли бы размышлять о Это.

В конце концов, наука избавила нас от веры в мистические силы, которыми обладает природа (или физические объекты, такие как метлы и амулеты). Как и наука, Библия сообщает нам, что этот физический мир — просто созданная вещь. Пророки особо осуждали суеверия, астрологию и т. д. в то время, когда они были неотъемлемой частью любой другой системы верований. А реформаторы, более близкие к нашему времени, серьезно относившиеся к Библии, помогли научной революции в своей работе демистифицировать природу, чтобы ее можно было изучать, вернув ее на ее законное место как дело рук Божьих без силы Его собственный.

Итак, я заключаю, что в этом столетии наука, наконец, догоняет то, чему нас всегда учила Библия. Два самых фундаментальных открытия науки 20-го века — то, что Вселенная имеет начало и что она была точно настроена на блага жизни — — также являются двумя основными учениями Бытия 1. Здесь Библия начинается с заявления: вопреки всем современным верованиям, что небо и земля имели начало. И здесь мы узнаем, как о ключевой черте каждой стадии творения, что «было хорошо. И когда все части были завершены и работали вместе, готовясь к сознательной жизни, «это было очень хорошо» – именно так, как обнаружили космологи и физики элементарных частиц, которые борются с проблемами тонкой настройки.

Какими бы ни были выводы моих читателей, в них должна быть задействована вера. И ученые, и обычные люди должны задать себе вопрос: что требует большей веры, чтобы верить? Что создание и тонкая настройка Вселенной указывают на некие средства, с помощью которых вселенная создала вселенную, или что мы создали вселенную, или что Бог создал вселенную? Это наши единственные варианты.

Физик Бернард Дж. Лейкинд, получивший образование в Корнельском и Мэрилендском университетах, проводил исследования и преподавал в Калифорнийских университетах в Лос-Анджелесе и Сан-Диего, а также в Университете Сан-Диего, а также работал в General Atomics. Его образование связано с физикой плазмы и термоядерной энергией, но он работал над проектами в области лазеров, ускорителей и атомной энергетики. После начала мира и сокращения средств на исследования термоядерного синтеза он работал в Wheb Systems, компании-разработчике программного обеспечения в Сан-Диего.

Доктор Лейкинд увлекается наукой о повседневной жизни и научным исследованием паранормальных явлений. Его изучение хождения по огню привело к тому, что он появился на The Tonight Show с Джонни Карсоном и The Merv Griffin Show. Билл Най, ученый, представил его как крутого ученого в шоу о паранормальных явлениях. Он ведет юмористическую научную колонку «Вопрос, который задают все скептики» для журнала Skeptic .

Нет!

Бернард Дж. Лейкинд

Современная наука мало утешает тех, кто верит, что Бог играет активную роль в физических процессах Вселенной. Начиная примерно три века назад, исследователи постепенно расширяли царство естественного права и одновременно сокращали царство сверхъестественных сил. Сегодня даже начало жизни и начало вселенной, традиционные владения Бога, являются предметом научного изучения.

Одним из результатов такого расширения естественного права является то, что некоторые верующие больше не заявляют, что Бог управляет природой. Они могли бы сказать, что проявления Бога — это не те силы и материалы, о которые мы все можем споткнуться. Бог существует в виде духовных идей и чувств в наших умах и сердцах и является нам через наши мысли и действия. Это делает Бога ответственным за хорошее и плохое в человеческом поведении. У меня нет разногласий с этими верующими, хотя я не вижу способа определить, верны их взгляды или нет. Мне эти идеи кажутся ненужной метафорой источника человеческого характера и поведения.

Сколько еще придерживаются более традиционных взглядов? Их должно быть много. В различных формах эти традиционные верующие считают, что Бог создал вселенную, как в историях Бытия; или что Бог правит вселенной, заботясь о каждом воробье, порхающем на дереве; или что Бог вмешивается в мир природы, чтобы отрегулировать нормальное действие законов природы, спасая этого младенца здесь и нанося удары по тому самолету с неба там. Они верят, что мир выражает непостижимые цели Бога.

Эти верующие обнаруживают, что научные знания, космология, фундаментальная физика, химия, биология, антропология и психология подрывают их взгляды на всех фронтах. Религиозное знание, исповедующее абсолютную истину, терпит неудачу, тогда как наука, исповедующая ошибочность, добивается успеха. Любой непредубежденный искатель должен согласиться с тем, что традиции и откровения не могут дать нам надежных проводников в мир природы.

Физика и биология берут на себя работу Бога

До подъема науки в восемнадцатом веке жители Запада верили библейским рассказам о сотворении мира и управлении Богом. Они верили, что Бог кроется в деталях. Ньютон, эксцентрично религиозный человек, учил нас, что небо и земля едины и подчиняются единому, чудесному, всеохватывающему закону. Бог больше не управлял полетом каждой бабочки. Вместо этого он установил закон прекрасной простоты и дал миру свободу идти своим чередом. Для многих верующих и для большинства ученых ньютоновского времени Бог создал и привел в действие чудесный механизм мира, но не участвовал в его повседневных операциях. Эта часовая вселенная была и остается глубоко неудовлетворительной для тех, кто предпочитает интервенционистского бога, которого можно убедить присматривать за ними и защищать их.

В любом случае, большинство считало, что жизнь коренным образом отличается от существующих в мире шестерен, осей, шкивов и смазки. Они верили, что Бог вложил в людей духовную сущность, которая отличает их субстанции и души от низших форм жизни и неодушевленной материи. Крах этой доктрины élan vital начался в девятнадцатом веке. Отнесем это событие к 1820-м гг. с синтезом мочевины Вёлером. Химические вещества жизни были просто химическими веществами. Верующие снова отступили. Если Бог использовал законы физики и химии, когда создавал жизнь, то, по крайней мере, он должен был спроектировать множество ее форм. Не обращая внимания на наши аппендициты, наши больные спины и мою склонность к облысению, верующие теперь утверждали, что совершенство естественного замысла отражает всеобъемлющие цели Бога и совершенство его методов. Он решил сделать окапи и утконоса, илистую рыбу и шмеля именно такими. Как еще это могло произойти?

Дарвин научил нас этому. Его теория естественного отбора объяснила таинственный факт эволюции и буйное разнообразие жизни. Последующие разработки в области биологии подтвердили и расширили истины, предложенные Дарвином. Неизвестные и, возможно, даже невообразимые для Дарвина открытия, такие как классическая генетика и генетический код, подтвердили его провозглашение единства жизни. Теперь мы знаем, что люди почти не отличаются от шимпанзе и что наши самые ценные достижения, такие как язык и культура, являются лишь одним концом континуума, который простирается от животных до нас.

Естественный закон господствует везде и всегда.

Тем временем физика и астрономия расширяли свою территорию. Теории Эйнштейна расширили законы Ньютона до вселенских масштабов, в то время как квантовая механика принесла научный закон в мельчайшие объекты. Давайте рассмотрим одно из удивительных недавних достижений в астрофизике, космологии и фундаментальной физике, которые гарантируют нам универсальность научных знаний.

Используя квантовую теорию, теорию относительности, гидродинамику и другие науки, астрофизики изучают строение звезд. К сожалению, у нас есть только один относительно близкий экземпляр, если считать рядом 100 миллионов миль, и мы можем видеть только его поверхность. Астрономия — наблюдательная наука, и временные масштабы, в которых меняются звезды, в миллионы раз длиннее, чем жизнь астрономов и даже астрономов. Астрономы подобны натуралистам, изучающим лес и представляющим на основе недельных наблюдений за деревьями, молодыми и старыми, жизненные циклы деревьев. В отличие от лесорубов, которые могут рубить деревья, чтобы заглянуть внутрь, и перелезать через них, глядя на листья и семена, астрономы могут смотреть на звезды только издалека. Соединяя свои идеи с экспериментами и наблюдениями, когда это было возможно, современные исследователи теперь понимают состав и историю жизни звезд.

Недавно в Магеллановых Облаках, небольших галактиках вблизи нашего Млечного Пути, появилась сверхновая. Хотя астрономы каждый год наблюдают несколько сверхновых в далеких галактиках, это были первые близких к сверхновых с 1572 года. Сверхновая — это смерть большой звезды. Ее ядерное топливо исчерпано, звезда больше не сопротивляется внутреннему притяжению с тепловой энергией и радиационным давлением. Согласно теории, в удивительной и быстрой последовательности ядро разрушается и взрывается. Ударная волна, направленная наружу, сносит теперь уже неподдерживаемые внешние слои. Отскакивая внутрь, ударная волна сминает внутреннюю часть, которая может коллапсировать, образуя нейтронную звезду или черную дыру. Все событие может длиться всего несколько минут. Этот водоворот звездного вещества излучает огромное количество энергии. В течение нескольких дней или недель сверхновая может излучать столько же энергии, сколько целая галактика из 10 миллиардов обычных звезд.

Ни одному астроному не посчастливилось наблюдать за этой звездой в тот момент, когда ее свет начал становиться ярче. Наблюдательный техник астрономической обсерватории в Чили заметил новую звезду, когда вышел на улицу, возможно, чтобы покурить.

Астрофизики предсказывают, что огромная вспышка света сверхновой сопровождается еще большей вспышкой нейтрино, частиц-призраков физики. Эти частицы, у которых почти нет никаких свойств и которые почти ни с чем не взаимодействуют, должно быть, разлетелись во всех направлениях почти со скоростью света в начале огромного коллапса.

Расчеты астрофизиков о коллапсе звезд показали, что сверхновая должна была испустить свой нейтринный взрыв до того, как ее свет достиг максимальной яркости. Они позвонили своим коллегам из нейтринных обсерваторий глубоко под землей в США, Европе и Японии. Нейтрино настолько неуловимы, что эти массивные детекторы, огромные резервуары с чистящей жидкостью или водой, должны месяцами собирать свидетельство нейтрино. «Загляните в свои резервуары», — сказали астрофизики. — Вы уже сделали великое открытие. Они были правы. Каждая из обсерваторий зарегистрировала несколько десятков нейтрино примерно в одно и то же время.

Прими это достижение. Используя теории почти из всех разделов физики, специальной и общей теории относительности, квантовой механики, механики жидкости, термодинамики, ядерной физики, атомной физики и элементарных частиц, ученые предсказали события в предсмертной агонии звезды. Вещество звезды трансформировалось в экстремальных условиях и сложности, никогда не повторявшихся на Земле. Если бы какая-либо из этих теорий сильно ошибалась, это предсказание не состоялось бы. Взрыв сверхновой стал проверкой практически всей физики. (Я предполагаю, что она не проверяла теорию сверхпроводимости.) Это свойство наших теорий, состоящее в том, что свидетельства из многих источников объединяются и подтверждаются, является основной причиной, по которой работающие ученые верят, что они приближаются к истине о природе. Это также показывает нам, что законы природы, известные нам на Земле, должны быть такими же на расстоянии сотен тысяч световых лет и должны быть такими же, когда эта звезда взорвалась сотни тысяч лет назад.

Наука отодвигает Божьи задачи в далекое прошлое

Начав с открытия глубокого времени геологами начала девятнадцатого века, ученые последовательно отодвинули к более ранним эпохам момент, когда, как в мультфильме Сидни Харриса о сложном математическом доказательстве, «… происходит чудо».

В биологии этот чудесный момент — это время, миллиарды лет назад, когда химические вещества каким-то образом перешли черту от простых химических веществ к живым химическим веществам. В этом вопросе нам мешает отсутствие свидетельств, и может случиться так, что наших свидетельств этого незаметного и далекого события никогда не будет достаточно, чтобы исключить все теории, кроме одной. Даже если бы мы были там, мы, возможно, не смогли бы заметить небольшую разницу между определенно мертвыми химическими веществами и определенно живыми химическими веществами. Мы не увидели бы ничего достаточно впечатляющего, чтобы считать его чудом.

Наша проблема не в том, что у нас нет идей и нам нужно чудо. Наша проблема в том, что у нас слишком много хороших идей и среди них может не оказаться подходящей. Даже если благодаря напряженным размышлениям и хорошим экспериментам нам удастся создать жизнь из неодушевленных химических веществ, как мы можем подтвердить, что обнаружили то, что произошло на ранней Земле?

В каком-то смысле создание жизни может быть легким делом. Теперь у нас есть свидетельства существования древних водорослей, живших более трех с половиной миллиардов лет назад. Земля стала достаточно прохладной, чтобы жидкая вода существовала всего несколько сотен миллионов лет назад. Итак, чтобы за отведенное время достичь стадии водорослей, самые примитивные формы жизни должны были зародиться как можно раньше. С другой стороны, добиться большего успеха, чем прудовая тина, должно быть сложно. Потребовалось более двух миллиардов лет, чтобы появилась более сложная жизнь.

В физике чудесным моментом является Большой Взрыв. Вся вселенная, все, даже пространство и время возникли из ничего. Как это могло произойти? Никто не знает. Узнаем ли мы когда-нибудь? До недавнего времени большинство физиков думали, что нет. Сами условия в начале, так называемая сингулярность, казалось, разрушали справедливость известных законов физики. Физики не только смирились с неудачей, но и были огорчены идеей творения. Слишком сильно пахло Эдемским садом.

В своей книге Бог и астрономы, д-р Роберт Джастроу цитирует выдающихся физиков, выражающих свое недовольство мыслью о том, что Вселенная каким-то образом возникла. Хотя «Большой взрыв» отличался от библейской истории во всех деталях, за исключением критической части самого сотворения, верующие нашли утешение, а некоторые ученые впали в отчаяние. Доктор Джастроу изображает ученых, взбирающихся на гору истин природы. Измученные, они едва доползают до вершины. Они удивлены, обнаружив соглашение богословов. «Почему так долго? Мы были здесь все это время».

Что такое Большой взрыв и каковы его доказательства? В 1920-х годах астрономы обнаружили, что цвет света, посылаемого к нам из далеких галактик, был более красным, чем свет от более близких. Чем дальше галактика, тем больше сдвиг света от коротких волн к более длинным. Астрономы пробовали множество способов объяснить это покраснение. Например, межгалактическая пыль может окрашивать свет звезд в красный цвет так же, как извержения вулканов Сент-Хелен и Пинатубо окрашивали закаты в красный цвет. После того, как астрономы объяснили все известные причины покраснения, осталась одна: далекие галактики удалялись от нас. Эта скорость отступления снижает частоту света точно так же, как звук автомобильного гудка звучит ниже, когда машина удаляется от нас, чем когда она стоит рядом с нами.

Подобно изюму в хлебе, выпекаемом в духовке, галактики расходятся друг от друга, и чем дальше, тем быстрее они расходятся. Прокручивая фильм в обратном направлении, астрономы подсчитали, что 10 или 20 миллиардов лет назад все было на том же месте. Измерения расстояний являются одними из самых сложных и противоречивых в астрономии. Вот почему оценки возраста Вселенной имеют только одну значащую цифру, а диапазон охватывает коэффициент два. Короче говоря, астрономам приходилось корректировать свои временные шкалы каждые десять лет или около того. Сначала корректировки сделали вселенную старше. Возможно, вы читали недавние газетные сообщения о том, что новые измерения возраста Вселенной показывают, что Вселенная моложе своих самых старых звезд. Каким бы ни оказался фактический возраст, это противоречие не противоречит идее, что когда-то все было в одном месте, или, другими словами, что каждое место было одним местом. Спор связан с тем, как быстро прокручивать фильм в обратном направлении.

К 1960-м годам, незадолго до того, как доктор Джастроу написал свою книгу, два других убедительных доказательства убедили астрономов в том, что Большой Взрыв был реален и что различные предположения о вечной Вселенной недостойны. Одним из таких доказательств было открытие так называемого трехградусного излучения черного тела. Это слабое микроволновое излучение, приходящее к нам из межгалактического пространства, находит свое единственное естественное объяснение как остаточное излучение чрезвычайно горячей и плотной ранней Вселенной, охлажденной в результате расширения. Третье доказательство, подтверждающее идею Большого взрыва, состоит в том, что астрономы могут вычислить из предполагаемых условий самого раннего состояния количество первичного гелия, лития и некоторых других легких элементов.

Эти три столпа, космическое расширение, остаточное фоновое излучение и первичные элементы составляют основу того, что сейчас является массивно поддерживаемой структурой, называемой теорией Большого взрыва. За последние тридцать лет теория Большого взрыва прошла множество научных проверок. Подобно плотникам, укладывающим дополнительные распорки, астрономы решали задачи, поставленные теорией, и делали предсказания, впоследствии подтверждавшиеся. За прошедшие годы теория Большого взрыва выдержала множество бурь. И все же из-за облаков, нависших над этим торжеством естественного, всеобщего закона, до сих пор раздается насмешливый голос: «Откуда все это взялось? Объяснить, что!»

Нужно ли сверхъестественное вмешательство для создания Вселенной?

Остаточное трехградусное микроволновое излучение поступает к нам одинаково со всех сторон. Это говорит нам о том, что, когда излучение в последний раз сталкивалось с чем-то через несколько сотен тысяч лет после начала, объекты, с которыми оно сталкивалось, были равномерно распределены по молодой Вселенной. Если бы этот последний непрозрачный материал был однородным, то астрономы не могли бы объяснить, как гравитация могла породить сгустки, которые позже сформировали галактики. Они искали неоднородности в излучении.

Недавно они их нашли. Профессор Джордж Смут из Беркли объявил, что после многих лет поисков его детекторы измерили крошечные изменения, менее одной сотой процента, в микроволновом фоне. Он провозгласил: «Мы видели ум Божий!» Этой преувеличенной метафорой профессор Смут, который, вероятно, не верит, что Бог создал вселенную, заставил физиков закатить глаза. Ибо почти в то же время другие физики начали находить инструменты и язык для размышлений о беспричинном образовании Вселенной из ничего.

Этот выдающийся прогресс является результатом поразительного слияния наших теорий микроскопического мира, квантовой механики и теории элементарных частиц, а также нашей теории Вселенной в целом, общей теории относительности. Используемые идеи спекулятивны. Эта область исследования по-прежнему является захватывающей рукопашной, где воображение имеет такое же значение, как и тщательный расчет и наблюдение.

Я попытаюсь объяснить вам некоторые из этих идей, но не цитируйте меня по этому поводу. Идеи каждого могут быть совершенно другими в следующем году. Значение этих идей не в том, правильны они или нет, а в том, что царство последнего чуда теперь кажется в пределах досягаемости науки.

Квантовая механика — наша самая фундаментальная теория о микроскопическом мире. Эта мощная, глубокая, точная и красивая теория учит нас тому, что мир крошечных людей радикально отличается от мира нашего повседневного опыта. Одно замечательное отличие состоит в том, что крошечные вещи имеют неопределенные свойства. Обычно ученые объясняют принцип неопределенности Гейзенберга, воплощающий эту неопределенность, тем, что вы не можете одновременно измерить положение и скорость частицы так точно, как вам хочется. Очень тщательное измерение одного помешает измерению другого. Это оставляет читателей с мнением, что частица имеет определенное положение и скорость, но ученые не могут их измерить. Более правдивым утверждением принципа неопределенности было бы то, что у частицы нет ни положения, ни скорости. Ученый и частица вместе создают нечеткое положение или скорость, о которой сообщает измерительный прибор.

Простите, что не вдаюсь в подробности. Результатом этой неопределенности микромира является то, что ничто само по себе не имеет свойств. Ибо если бы ничто было ровно нулем, это нарушило бы принцип неопределенности, согласно которому каждая мелочь неопределенна. Физики называют это ничто вакуумом, а вакуум обладает призрачными свойствами. Частицы и их собратья-античастицы возникают и снова исчезают. Они должны делать это так быстро, что мы не можем их видеть напрямую. Если бы мы могли их видеть, это не был бы вакуум, но если бы их не было, вакуум был бы ровно ничем и нарушил бы правило неопределенности.

Некоторые из вас могут подумать, что это хуже, чем теологи, рассматривающие вопрос о том, может ли всемогущий Бог сдвинуть неподвижный объект. Разница в том, что это нечеткое ничто имеет эффекты, которые мы можем вычислить и измерить. Несколько десятилетий назад в теоретическом и экспериментальном тур де силы физиков рассчитали и наблюдали так называемый лэмбовский сдвиг. Свойства атомов незначительно отличаются из-за нечеткого вакуума, поэтому мы знаем, что квантовые вещи появляются и исчезают.

Общая теория относительности — это наша самая фундаментальная теория всей вселенной, гравитации, пространства и времени. Эйнштейн учил нас, что эти вещи неразрывно переплетаются. Общая теория относительности не является квантовой теорией, и физики считают, что каждая теория в ее основе должна быть квантовой теорией. Что происходит, когда вы применяете квантовую механику к общей теории относительности? Никто сегодня не знает, но мы можем сделать некоторые предположения.

Сами пространство и время должны состоять из крошечных неделимых кусочков. Профессор Джон Уилер, известный релятивист, проиллюстрировал одну из своих статей крупным планом губки. «Это картина пространства-времени в мельчайших масштабах», — писал он.

В просторечии самое короткое время — это нью-йоркская минута. Это время, которое проходит между загоранием зеленого сигнала светофора и сигналом клаксона позади вас из такси. Это время составляет 0,0000000000000000000000000000000000000000000005 секунд. Физики называют это планковским временем. Что такое нью-йоркский дюйм? Это расстояние, которое свет проходит за одну нью-йоркскую минуту, то есть число с десятью нулями. Если пространство и время разделены на куски, то эти куски крошечные.

Что происходит с материей, когда она сжимается в такие крошечные пространства и когда события происходят в такие короткие промежутки времени? Никто толком об этом не знает, но мы думаем, что это должно происходить с веществом внутри черной дыры, и мы предполагаем, что когда-то Вселенная была такой маленькой. Исследователи квантовой гравитации думают, что так же, как квантовые частицы появляются и исчезают с ничто, так должно быть квантованным время и пространство. Что означает появление крошечного пузыря пространства и времени? ничто квантовой теории относительности порождает вселенные. Немного сложно говорить о том, насколько велики эти пузыри, поскольку все, включая пространство и время, находится внутри них, но большинство из них крошечные и недолговечные. Некоторые, однако, в нечетком смысле квантовых теорий больше и существуют дольше. Сами законы физики проявляются внутри пузырей и могут отличаться от одного пузыря к другому. Не забывайте, что мы занимаемся обоснованными предположениями.

Даже сейчас, внутри черных дыр, непреодолимая гравитация сминает материю в квантовое небытие , из которого могут возникать вселенные. Возможно, как догадались некоторые физики, эволюционируют сами вселенные. Остаются те, у которых есть правильные законы и свойства для создания новых вселенных. Мы здесь, потому что эта конкретная вселенная обладает нужными свойствами для производства черных дыр, как и все ее предки. Очевидно, что для образования множества черных дыр Вселенная должна быть достаточно большой и мощной, чтобы просуществовать достаточно долго, чтобы где-то внутри нее могла развиться жизнь.

Эти чудесные рассуждения отличаются от метафизики. Они опираются на сильные теории и твердые знания, но находятся на границе человеческого знания. Они верны даже там? Никто не знает, но, в отличие от откровения, эти идеи подлежат критической проверке — экспериментальному и наблюдательному подтверждению.

Осталось одно короткое дело. Будет ли у квантово-релятивистской вселенной-пузыря причина? Это не так. Квантовые события, такие как распад радиоактивного ядра, самопроизвольное рождение элементарных частиц или измерение нечеткого квантового свойства, не имеют причин. Учение о том, что квантовые события имеют неизвестные нам причины, называется теорией скрытых переменных. Мой герой, Альберт Эйнштейн, признавал точность квантовой механики, но надеялся, что кто-то прояснит нечеткость квантового мира. Удивительно, но в последнее десятилетие эксперименты, впервые проведенные во Франции, убедительно и в общих чертах показали нам, что желать скрытых переменных — это безнадежная надежда.

Беспричинная вселенная

Дорогой читатель, вы долго следовали за мной. Я предположил вам, что последнее чудо, сотворение вселенной, не может долго оставаться сверхъестественным событием. Когда наука, наконец, разгадает происхождение Вселенной, последняя причина веры в сверхъестественное исчезнет, но тайна останется. Давайте смело смотреть в глаза фактам. Вселенная без причины и без цели. Это утверждение повергает многих верующих в черный фанк. «Для чего нужна жизнь?» они спрашивают. «Как я могу жить, не зная, что у моей жизни есть цель?» Причина и цель не являются свойствами вселенной, такими как масса и импульс. Они творения человеческого разума. Этот факт является источником нашей славы и нашего отчаяния. Мы несем ответственность перед собой, перед своими сверстниками и перед будущими поколениями за последствия наших действий, насколько мы можем их предвидеть.

Автор: Фред Херен и Бернард Дж. Лейкинд

Помогите нам предоставить больше подобного контента, предоставив сегодня

Пожертвовать

Научное открытие (Стэнфордская философская энциклопедия)

Философское осмысление научного открытия происходило в разное время.
фазы. До 1930-х годов философы в основном занимались
открытия в самом широком смысле этого слова, т.
анализ успешного научного исследования в целом. философский
дискуссии сосредоточились на вопросе о том, существуют ли какие-либо
различимые закономерности в производстве новых знаний. Поскольку
понятие открытия не имело определенного значения и использовалось в
очень широком смысле, почти все семнадцатого и восемнадцатого века
трактаты о научном методе потенциально могут рассматриваться как
ранний вклад в размышления о научных открытиях. в
курс 19^-й-й век, как философия науки и
наука стала двумя отдельными направлениями, термин
«открытие» стало техническим термином в философской
обсуждения. Различные элементы научного исследования были
указано. Самое главное, генерация новых знаний была
четко и явно отличается от его проверки, и, таким образом,
условия для более узкого понимания открытия как акта или процесса
появились новые идеи.

Следующий этап в обсуждении научных открытий начался с
введение так называемого «контекстного различия»,
различие между «контекстом открытия» и
«контекст оправдания». Далее утверждалось, что
зарождение новой идеи есть нерациональный процесс, скачок
понимание, которое не может быть зафиксировано в конкретных инструкциях. Оправдание, напротив, является
систематический процесс применения оценочных критериев к знаниям
претензии. Сторонники контекстного различия утверждали, что философия
наука занимается исключительно контекстом
оправдание. Предположение, лежащее в основе этого аргумента, состоит в том, что
философия — это нормативный проект; определяет нормы научной
упражняться. Учитывая эти предположения, только обоснование идей,
не их порождение, может быть предметом философского (нормативного)
анализ. Открытие же, напротив, может быть лишь предметом эмпирического
исследование. По определению, изучение открытий выходит за рамки
собственно философия науки.

Введение контекстного различия и дисциплинарного
связанное с ним различие породило метафилософские споры.
Долгое время философские дебаты об открытиях формировались
представление о том, что философский и эмпирический анализы взаимно
эксклюзив. Ряд философов, как и их предшественники, настаивали
до 1930-х годов, что в задачи философа входит анализ
фактической научной практики и чтобы научные ресурсы использовались
для решения философских проблем. Они также утверждали, что это
законной задачей философии науки является разработка теории
эвристика или решение проблем. Но эта позиция была мнением меньшинства
в течение большей части 20 ^-й-й век философии науки.
Таким образом, философы открытия были вынуждены продемонстрировать, что
научное открытие фактически было законной частью философии
наука. Философские размышления о природе научного
открытие должно было подкрепляться метафилософскими аргументами о
сущность и сфера философии науки.

Однако сегодня существует широкое согласие в том, что философия и эмпирические
исследования не исключают друг друга. Не только эмпирические исследования
фактические научные открытия информируют философскую мысль о
структуру и когнитивные механизмы открытия, но исследования в
психология, когнитивная наука, искусственный интеллект и связанные с ними
поля стали неотъемлемой частью философского анализа
процессы и условия генерации нового знания.

До 19 ^го века термин «открытие»
обычно называют продуктом успешного
расследование. «Открытие» широко использовалось для обозначения нового
открытие, такое как новое лекарство, улучшение инструмента или новый
способ измерения долготы. Несколько естественных и экспериментальных
философы, особенно Бэкон, Декарт и Ньютон, изложили
научных методов получения новых знаний. Эти аккаунты
не были явно помечены как «методы
из открытие », но общие сведения научных
методы, тем не менее, актуальны для текущих философских дебатов
о научном открытии. Они актуальны, потому что философы
наука часто представляла 17 ^-го-го века теорий
научный метод как противопоставление современной философии
открытие. Отличительной чертой 17 ^-го-го и
18 ^-й-й век счетов научного метода заключается в том, что
методы считаются имеющими доказательную силу (Nickles 1985). Это означает, что те
отчеты о научном методе служат руководством для приобретения новых
знание и в то же время как подтверждение знания таким образом
получено (Laudan 1980; Schaffner 1993: глава 2).

Описание Бэконом «нового метода», как оно представлено в
Novum Organum является ярким примером. Работы Бэкона показали
как лучше всего прийти к знанию о «природах форм» (т.
наиболее общие свойства материи) через систематическое исследование
феноменальные натуры. Бэкон описал, как сначала собрать и организовать
явления природы и экспериментальные факты в таблицах, как оценить
эти списки, и как уточнить первоначальные результаты с помощью
дальнейшие эксперименты. Благодаря этим шагам исследователь
прийти к выводам о «природе формы»,
производит определенные феноменальные природы. Дело в том, что для Бэкона
процедуры построения и оценки таблиц и проведения
эксперименты по Novum Organum ведет к безопасному
знания. Таким образом, процедуры имеют «доказательную силу».

Точно так же цель Ньютона в Philosophiae Naturalis Principia
Mathematica должна была представить метод вывода
суждения из явлений таким образом, что эти суждения
становятся «более безопасными», чем предложения, защищенные
вывод из них проверяемых следствий (Smith 2002). Ньютон не
предположить, что эта процедура приведет к абсолютной уверенности. Можно было бы
получить только моральную достоверность утверждений, обеспеченных таким образом.
точка зрения современных философов науки состоит в том, что эти подходы
генеративные теории научного метода. Генеративные теории
научный метод предполагает, что предложения могут быть установлены только и
закрепить, показав, что они следуют из наблюдаемых и экспериментально
производимые явления. Напротив, негенеративные теории научного
метод, такой как предложенный Гюйгенсом, предполагал, что
предложения должны быть установлены путем сравнения их следствий с
наблюдаемые и экспериментально производимые явления. В
20 ^-й-й век философии науки, этот подход часто
характеризуется как «консеквенциалист» (Laudan 1980; Nickles
1985).

Недавние философы науки использовали исторические очерки, такие как
они реконструируют предысторию текущих философских дебатов
о научном открытии. Аргумент состоит в том, что научное открытие
стала проблемой для философии науки в 19 ^-м-м
века, когда консеквенциалистские теории научного метода стали
более широкое распространение. Когда консеквенциалистские теории были на подъеме,
два процесса зачатия и проверки идеи или гипотезы
стали отчетливыми, и мнение о том, что достоинство новой идеи не
в зависимости от того, каким путем оно было получено, стало широко
принято.

В течение 19 ^-го-го века акт наличия
озарение — предполагаемый «момент озарения» — было
отделены от процессов артикуляции, разработки и тестирования
новое понимание. Философская дискуссия сосредоточилась на вопросе о
можно ли и в какой степени разработать правила для управления каждым из
эти процессы. Работа Уильяма Уэвелла, особенно два тома
Философия индуктивных наук 1840 года, является
важный вклад в философские дебаты о научных
открытие именно потому, что он четко разделил творческий момент
или «счастливой мысли», как он называл это из других элементов
Научное исследование. Для Уэвелла открытие включало в себя все три
элементы: счастливая мысль, артикуляция и развитие этой
мысли, а также испытания или проверки ее. В большинстве
последующие трактовки открытия, однако объем термина
«открытие» ограничивается либо первым из этих
элементам, «счастливой мысли», или к первым двум из
эти элементы, счастливая мысль и ее артикуляция. На самом деле, многое
споров в 20 ^-й век о
возможность философии открытия может быть понята на фоне
предыстория разногласий по поводу того, является ли процесс открытия
включает или не включает артикуляцию и развитие романа
мысль.

В предыдущем разделе показано, что такие ученые, как Бэкон и Ньютон, стремились
разработать методологию научных исследований. Они предложили
«новые методы» или «правила рассуждения», которые
направлять генерацию определенных предложений на основе наблюдаемых и
экспериментальные явления. Уэвелл, напротив, был явно обеспокоен
с развитием философии открытий. Его счет был частично
описание психологического склада первооткрывателя. За
Например, он считал, что только у гениев могут быть такие счастливые мысли.
которые необходимы для открытия. Отчасти его аккаунт был аккаунтом
методов, с помощью которых счастливые мысли интегрируются в систему
знаний. Согласно Уэвеллу, начальный шаг в каждом
открытие — это то, что он называл «какой-то счастливой мыслью, о которой мы
не может отследить происхождение; какой-то удачный бросок интеллекта, восходящий
выше всех правил. Нельзя давать максим, которые неизбежно ведут к
открытие» (Уэвелл 1996 [1840]: 186). «искусство
открытие» в смысле обучаемого и приобретаемого навыка делает
не существует согласно Уэвеллу. Счастливая мысль строится на известном
факты, но по Уэвеллу невозможно прописать метод
за счастливые мысли.

В этом смысле счастливые мысли случайны. Но в важном
смысле научные открытия , а не случайны. Счастлив
мысль не дикая догадка. Только тот, чей разум
готов увидеть вещи, на самом деле заметит их.
«прежнее состояние интеллекта, а не единичный факт,
действительно главная и своеобразная причина успеха. Дело в том
просто случай, когда машина открытия приводится в действие
играть рано или поздно. Это, как я уже сказал в другом месте, только искра
который стреляет из уже заряженного и направленного ружья; и мало
уместно говорить о таком происшествии как о причине, по которой пуля
попадает в цель». (Уэвелл 1996 [1840]: 189).

Однако наличие счастливой мысли — это еще не открытие. Секунда
элемент научного открытия состоит в связывании
вместе — «собираясь», как назвал это Уэвелл, —
совокупность фактов, подведя их под общее понятие. Не только
производит ли совмещение что-то новое, но оно также показывает
ранее известные факты в новом свете. Точнее, коллизия
работает с обоих концов, как от фактов, так и от идей, которые
связать факты воедино. Слияние — это длительный процесс. Это
предполагает, с одной стороны, конкретизацию фактов посредством
систематических наблюдений, измерений и экспериментов, а с другой
стороны, прояснение идей через изложение
определения и аксиомы, которые молчаливо подразумеваются в этих идеях. Этот
процесс итеративный. Ученые ходят туда-сюда между связыванием
вместе факты, проясняя идею, делая факты более
точные и так далее.

Заключительная часть открытия – проверка коллигации
с участием счастливой мысли. Это означает, прежде всего, что
результат сопоставления должен быть достаточным для объяснения данных в
рука. Проверка также включает в себя оценку предсказательной силы,
простота и «согласованность» результата
коллигация. «Консилиентность» относится к более высокому диапазону
общность (более широкая применимость) теории (формулированное и
прояснил счастливую мысль), что фактическая коллигация
произведено. Учение Уэвелла об открытии не является дедуктивистским.
система. Важно, чтобы результат коллигации был
можно вывести из данных до любого тестирования (Снайдер 1997).

Теория открытий Уэвелла имеет важное значение для философской
споры о научных открытиях, потому что они четко разделяют три
элементы: не поддающаяся анализу счастливая мысль или эврика
момент; процесс объединения, который включает в себя
уточнение и объяснение фактов и идей; и проверка
по результатам коллизии. Его положение о том, что философия
открытие не может предписать, как думать, что счастливые мысли были ключом
элемент 20 ^йфилософское размышление века о
открытие. Примечательно, однако, что концепция открытия Уэвелла не
включает только счастливые мысли, но также и процессы, посредством которых
счастливые мысли должны быть интегрированы в данную систему
знания. Процедуры артикуляции и испытания и
поддается анализу согласно Уэвеллу и его концепции объединения и
проверки служат руководством к тому, как первооткрыватель должен
продолжить. Коллигация, если она сделана правильно, имеет как таковых
оправдательная сила. Точно так же процесс проверки является
неотъемлемая часть открытия, и оно тоже имеет оправдательную силу.
Таким образом, концепция верификации Уэвелла включает в себя элементы
генеративный и последовательный методы исследования. Чтобы проверить
гипотезы, исследователь должен показать, что она объясняет
известные факты, что она предсказывает новые, ранее не наблюдавшиеся явления,
и что оно может объяснять и предсказывать явления, которые объясняются и
предсказано гипотезой, которая была получена в результате независимого
счастливая мысль-с-союзом (Ducasse 1951).

Концепция научных открытий Уэвелла предлагает полезную информацию.
рамки для отображения философских дебатов об открытиях и
за выявление основных проблем, вызывающих озабоченность в недавней философской
дебаты. Прежде всего, почти все современные философы оперируют
с более узким понятием открытия, чем у Уэвелла. в
Более узкая концепция, то, что Уэвелл называл «верификацией»,
не является частью собственно открытия. Во-вторых, до конца 20 ^-го
века существовало широкое согласие в том, что эврика
момент, в узком понимании, представляет собой не поддающийся анализу, даже загадочный
скачок прозрения. Основные разногласия касались вопроса о
является ли процесс выдвижения гипотезы (т.
«союз» в терминах Уэвелла) является или не является частью
Собственно открытие – и если да, то направляется ли и как этот процесс
по правилам. Философы также разошлись во мнениях по вопросу о том, является ли
философская задача объяснить эти правила. В последние десятилетия,
философское внимание переключилось на эврику
момент. Опираясь на ресурсы когнитивной науки,
неврология, вычислительные исследования, экологические и социальные
психологии, философы стремились демистифицировать когнитивную
процессы, связанные с генерацией новых идей.

В начале 20 ^-го-го века мнение о том, что открытие
менее всего предполагает не поддающийся анализу творческий акт одаренного
гениальность была широко распространена, но не была принята единодушно. Альтернатива
концепции открытия подчеркивают, что открытие является расширенным
процесса, т. е. что процесс открытия включает в себя рассуждения
процессы, посредством которых новое понимание артикулируется и далее
развитый. Более того, предполагалось наличие систематического, формального
аспект этого рассуждения. Хотя аргументация не
действовать в соответствии с принципами доказательной логики, это
достаточно систематически, чтобы заслужить ярлык
«логичный». Сторонники этой точки зрения утверждали, что традиционная
(здесь: аристотелевская) логика есть неадекватная модель научного
открытие, потому что оно искажает процесс генерации знаний
столь же грубо, как понятие «счастливой мысли». В этом
подход, термин «логика» используется в широком смысле. Это
задача логики открытия — вычертить и схематично
представления о стратегиях рассуждений, которые применялись в
эпизоды успешного научного исследования. Рано
20 9Логика открытий 0578-го -го века лучше всего может быть описана как
теории психических операций, связанных с познанием
поколение. К числу этих психических операций относятся классификация,
определение того, что имеет отношение к расследованию, и условия
сообщение смысла. Утверждается, что эти особенности
научные открытия либо не представлены, либо недостаточно представлены
традиционная логика (Шиллер 1917: 236–237).

Философы, отстаивающие этот подход, согласны с тем, что логика
открытие следует характеризовать как набор эвристических принципов
а не как процесс применения индуктивной или дедуктивной логики к
набор предложений. Эти эвристические принципы не понимаются
указать путь к закреплению знаний. Эвристические принципы наводят на размышления
а не демонстративным (Кармайкл 1922, 1930). Один повторяющийся
в этих рассказах о стратегиях рассуждений, ведущих к новым
идеи — это рассуждения по аналогии (Шиллер, 1917; Беньямин, 1934). в
20 ^-й-й век, широко признано, что аналог
рассуждение есть продуктивная форма рассуждения, которая не может быть сведена к
индуктивные или дедуктивные выводы (см. также раздел 9.2.). Однако эти подходы к
логика открытия оставалась в то время разбросанной и неуверенной, и
попытки более систематически развивать эвристику, направляющую
процессы открытия затмились продвижением различения
между контекстами открытия и обоснования.

Различие между «контекстом открытия» и
«контекст оправдания» доминировал и формировал
дискуссии об открытии в 20 ^-м-м веке философии
наука. Контекстное различие отмечает различие между
генерация новой идеи или гипотезы и защита (тест,
проверка) его. Как было показано в предыдущих разделах,
Различие между различными чертами научного исследования имеет
долгой истории, но в философии науки она стала мощной в
первая половина 20 ^-й год. В ходе
последующие дискуссии о научных открытиях, различии
между различными чертами научного исследования превратились в
мощный демаркационный критерий. Граница между контекстом
открытие ( де-факто мыслительных процессов) и контекст
обоснование ( де-юре защита правильности
эти мысли) теперь понималось как определяющее масштаб
философия науки. Основное предположение состоит в том, что философия
наука является нормативным предприятием. Сторонники контекстного различия
утверждают, что генерация новой идеи является интуитивным, нерациональным
процесс; она не может быть предметом нормативного анализа. Следовательно
изучение действительного мышления ученых может быть только предметом
психология, социология и другие эмпирические науки. Философия
наука, напротив, занимается исключительно контекстом
оправдание.

Термины «контекст открытия» и «контекст
оправдание» часто связывают с Гансом Райхенбахом.
Работа. Первоначальная концепция контекстного различения Райхенбаха
однако довольно сложно (Howard 2006; Richardson 2006). Это не
легко сопоставляется с упомянутым выше дисциплинарным различием, потому что
для Райхенбаха собственно философия науки частично
описательный. Райхенбах утверждает, что философия науки включает
описание знания, как оно есть на самом деле. Описательная философия
наука реконструирует мыслительные процессы ученых таким образом, что
их можно подвергнуть логическому анализу, и таким образом подготовить
основанием для оценки этих мыслей (Reichenbach 1938: §
1). Открытие, напротив, является целью
эмпирическое — психологическое, социологическое — исследование. Согласно с
Рейхенбаха, эмпирическое изучение открытий показывает, что процессы
открытия часто соответствуют принципу индукции, но это
есть просто психологический факт (Reichenbach 1938: 403).

Хотя термины «контекст открытия» и «контекст
оправдания» широко используются, было достаточно
дискуссию о том, как следует проводить различие и каковы их
философское значение (ср. Kordig 1978; Потрошение 1980; Захар
1983 год; Леплин 1987; Хойнинген-Хюэн, 1987; Вебер 2005: глава 3;
Шикор и Штайнле, 2006). Чаще всего различают
интерпретируется как различие между процессом зачатия
теорию и подтверждение этой теории, то есть определение
эпистемической поддержки теории. Эта версия различия
не обязательно интерпретируется как временное различие. Другими словами,
обычно не предполагается, что теория сначала полностью разработана и
затем утвержден. Скорее, концепция и проверка — это два разных
эпистемический подход к теории: стремление сформулировать, конкретизировать,
и развить его потенциал и попытаться оценить его эпистемологическую
стоит. В рамках контекстного различения можно выделить два
основные способы концептуализации процесса зачатия теории.
Первый вариант заключается в том, чтобы охарактеризовать генерацию новых знаний как
иррациональный поступок, таинственная творческая интуиция, «эврика
момент». Второй вариант заключается в осмыслении генерации
новые знания как расширенный процесс, который включает объявление
действие, а также некоторый процесс артикуляции и развития
креативная идея.

Оба этих подхода к генерации знаний послужили отправной точкой.
пункты для аргументов против возможности философии
открытие. В соответствии с первым вариантом философы утверждали
что также невозможно предписать логический метод, который
порождает новые идеи, и невозможно логически реконструировать
процесс открытия. Только процесс тестирования поддается
логическое расследование. Это возражение против философии открытия
был назван «возражением машины открытий» (Curd 1980:
207). Это обычно ассоциируется с «Логикой » Карла Поппера.
Научное открытие .

Исходное состояние, акт зачатия или изобретения теории, кажется
мне ни призывать к логическому анализу, чтобы не поддаваться
Это. Вопрос о том, как происходит, что новая идея приходит в голову
человека — будь то музыкальная тема, драматический конфликт или
научная теория — может представлять большой интерес для эмпирических
психология; но это не имеет отношения к логическому анализу научных
знания. Последнее касается не вопросов
факт (кантовское quid facti ?) , , но только с
вопросы обоснования или достоверности (Кантовский quid
юрис ?) . Его вопросы относятся к следующему типу. Может ли
утверждение будет обоснованным? И если да, то как? Это можно проверить? Это
логически зависит от некоторых других утверждений? Или, возможно,
противоречить им? […] Соответственно, я буду различать резко
между процессом зачатия новой идеи и методами и
результаты логического рассмотрения. Что же касается задачи логики
знания — в отличие от психологии
знание — я буду исходить из того, что оно состоит
исключительно в исследовании методов, используемых в этих систематических тестах
которым должна быть подвергнута каждая новая идея, если она должна быть серьезно
развлекали. (Поппер 2002 [1934/1959]: 7–8)

Что касается второго способа концептуализации знания.
поколение, многие философы сходным образом утверждают, что, поскольку
процесс открытия включает в себя иррациональный, интуитивный процесс,
которые не могут быть исследованы логически, логика открытия не может быть
толкуется. Другие философы восстают против философии открытий
хотя они явно признают, что открытие является расширенным,
аргументированный процесс. Они представляют собой метафилософское возражение
аргумент, утверждая, что теория формулирования и развития идей
не философская, а психологическая теория.

Влияние контекстного различия на исследования научных
открытия и философии науки в целом вряд ли можно
переоценен. Мнение о том, что процесс открытия (однако
толкуется) выходит за рамки собственно философии науки.
широко распространен среди философов науки на протяжении большей части
20 ^-го-го века и до сих пор многие его придерживаются. Последний раздел
показывает, что было несколько попыток разработать логику открытия в
1920-х и 1930-х годов. Но в течение нескольких десятилетий контекстное различие
диктовал, чем должна быть философия науки и как она должна
продолжить. Господствующее мнение заключалось в том, что теории психических операций или
эвристики не было места в философии науки. Таким образом, открытие
не было законной темой для философии науки. Широкое понятие
открытия в основном развернуты в социологических описаниях научных
упражняться. В этой перспективе «открытие» понимается
как ретроспективный ярлык, который приписывается как признак
достижения в некоторых научных начинаниях. Социологические теории
признать, что открытие является коллективным достижением и результатом
переговорного процесса, посредством которого «обнаружение
конструируются истории», и определенные заявления о знании
присвоен статус открытия (Бранниган 1981; Шаффер 1986, 1994). До того как
последней трети 20 ^го века попыток было немного
оспаривать дисциплинарное различие, связанное с контекстом
различие. Лишь в 1970-е годы интерес к философской
подходы к открытию начинают увеличиваться. Но различие контекста
оставался вызовом для философии открытия.

Существует три основных направления реагирования на дисциплинарное различие.
связаны с контекстным различием. Каждая из этих строк ответа открывается
философский взгляд на открытие. Каждый поступает на
предположение, что философия науки может правомерно включать некоторые
форма анализа актуальных моделей рассуждений, а также
информация из эмпирических наук, таких как когнитивная наука,
психология и социология. Все эти ответы отвергают идею о том, что
открытие есть не что иное, как мистическое событие. Открытие понимается как
поддающийся анализу процесс рассуждения, а не просто творческий скачок, посредством которого
новые идеи обретают полную форму. Все эти ответы
согласны с тем, что процедуры и методы получения новых гипотез
и идеи не являются гарантией того, что гипотеза или идея, которые таким образом
сформированный обязательно лучший или правильный. Тем не менее, это
задача философии науки — дать правила для того, чтобы сделать это
обрабатывать лучше. Все эти ответы можно охарактеризовать как теории
решение проблем, конечной целью которых является создание поколения новых
идеи и теории более эффективными.

Но разные подходы к научным открытиям используют разные
терминология. В частности, термин «логика»
открытие иногда используется в узком смысле, а иногда в широком смысле
понял. В узком смысле «логика» открытия
понимается как набор формальных, общеприменимых правил,
какие новые идеи могут быть механически получены из существующих данных. В
В широком смысле «логика» открытия относится к
схематическое изображение рассуждений
процедуры. «Логический» — это просто еще один термин для
«рациональный». Более того, хотя каждый из этих ответов
сочетает философский анализ научных открытий с эмпирическими
исследования реального человеческого познания, различные наборы ресурсов
мобилизованы, начиная от исследований ИИ и когнитивной науки и заканчивая
исторические исследования процедур решения проблем. Кроме того, ответы
по-разному анализировать процесс научного исследования. Нередко научные
исследование считается имеющим два аспекта, а именно. поколение и
подтверждение новых идей. Однако иногда научные исследования
рассматривается как имеющая три аспекта, а именно: порождение, преследование или
артикуляция и подтверждение знаний. В последних рамках
ярлык «открытие» иногда используется только для обозначения
поколения, а иногда и для обозначения как поколения, так и
преследование.

Первый ответ на вызов контекстного различия рисует
в широком понимании термина «логика», чтобы утверждать, что
мы не можем не допустить общей, нейтральной к предметной области логики, если мы не хотим
предположить, что успех науки — это чудо (Jantzen 2016) и
что логика научного открытия может быть развита
(раздел 6). Второй ответ,
опираясь на узкое понимание термина «логика»,
признать, что нет логики открытия, т. е. нет
алгоритм получения новых знаний. Философы, которые принимают это
подхода утверждают, что процесс открытия следует за идентифицируемым,
анализируемый паттерн (раздел 7). Другие утверждают
это открытие регулируется методика . Методология
открытия является законной темой для философского анализа
(раздел 8). Все эти ответы предполагают, что
есть больше открытий, чем момент озарения.
Открытие включает в себя процессы формулирования и развития
творческая мысль. Это процессы, которые можно исследовать с помощью
инструменты философского анализа. Третий ответ на
оспаривание контекстного различия также предполагает, что открытие является или
по крайней мере, включает в себя творческий акт. Но в отличие от первых двух
ответы, он касается самого творческого акта. Философы
сторонники этого подхода утверждают, что научное творчество поддается
философский анализ (раздел 9).

Первый ответ на вызов контекстного различия состоит в том, чтобы
утверждают, что открытие является темой для философии науки, потому что оно
в конце концов, это логический процесс. Сторонники такого подхода к
логика открытия обычно принимает общее различие между
два процесса выдвижения и проверки гипотезы. Они также согласны
что невозможно составить руководство, содержащее формальную,
механическая процедура, посредством которой инновационные концепции или гипотезы
можно вывести: нет машины обнаружения. Но они отвергают
считают, что процесс создания теории есть творческий акт,
таинственная догадка, догадка, более или менее мгновенная и случайная
процесс. Вместо этого они настаивают на том, чтобы и зачатие, и тестирование
гипотезы — это процессы рассуждений и систематических выводов, которые
оба эти процесса можно изобразить схематически, и что
можно различить лучшие и худшие пути к новым
знания.

Эта линия рассуждений имеет много общего с логикой открытия.
описано в разделе 4 выше, но теперь
явно выступал против дисциплинарного различия, связанного с
контекстное различие. Существует два основных пути развития этого
аргумент. Первый заключается в том, чтобы представить открытие в терминах абдуктивного
рассуждения (раздел 6. 1). Второй —
рассматривать открытие с точки зрения алгоритмов решения проблем, посредством чего
эвристические правила помогают обрабатывать имеющиеся данные и улучшают
успех в поиске решений проблем
(раздел 6.2). Обе аргументации опираются
в широком понимании логики,
посредством чего «логика» открытия сводится к схематическому
учет процессов рассуждения, вовлеченных в знание
поколение.

6.1 Обнаружение похищения

Один из аргументов, подробно изложенный Норвудом Р. Хэнсоном, состоит в том, что
акт открытия — здесь акт предложения нового
гипотеза — следует определенной логической схеме, которая
отличается как от индуктивной логики, так и от логики
гипотетико-дедуктивное рассуждение. Особая логика открытия заключается в
логика абдуктивных или «ретродуктивных» выводов (Хэнсон
1958). Аргумент, что это через акт абдуктивных умозаключений
выдвижение правдоподобных, многообещающих научных гипотез восходит к
К. С. Пирсу. Эта версия логики открытия характеризует
мыслительные процессы, происходящие до новая гипотеза
в конечном итоге оправдано. Абдуктивный способ рассуждения, который приводит к
правдоподобная гипотеза концептуализируется как вывод, начинающийся с
данных или, точнее, с удивительными или аномальными
явления.

С этой точки зрения открытие — это прежде всего процесс объяснения аномалий.
или удивительные, удивительные явления. Рассуждения ученых
переходит абдуктивно от аномалии к объяснительной гипотезе в
свет, в котором явления больше не были бы удивительными или
аномальный. Результатом этого процесса рассуждений является не одно единственное
конкретная гипотеза, а определение типа гипотезы, которая
заслуживает дальнейшего внимания (Hanson 1965: 64). Согласно с
Хансон, абдуктивный аргумент имеет следующую схематическую форму.
(Hanson 1960: 104):

Некоторые удивительные, поразительные явления p ₁ ,
p ₂ , p ₃ … встречаются.
Бут р ₁ , р ₂ , р ₃ …
было бы неудивительно, если бы возникла гипотеза типа H . Они
будет следовать как само собой разумеющееся из чего-то вроде H и будет
объясняется этим.
Следовательно, есть веские основания для разработки гипотезы
типа Н — за выдвижение ее в качестве возможной гипотезы, из которой
предположение р ₁ , р ₂ , р ₃
… может быть объяснено.

Опираясь на исторические записи, Хэнсон утверждает, что несколько важных
открытия были сделаны на основе абдуктивных рассуждений, таких как открытие Кеплера.
открытие эллиптической орбиты Марса (Hanson 1958). Сейчас
Однако все согласны с тем, что реконструкция этого эпизода Хэнсоном
не является исторически адекватным описанием открытия Кеплера (Lugg
1985). Что еще более важно, хотя существует общее согласие в том, что
абдуктивные умозаключения часто встречаются как в повседневной, так и в научной
рассуждения, эти выводы больше не рассматриваются
как логических умозаключений. Даже если принять схему Хэнсона
представление процесса выявления правдоподобных гипотез,
этот процесс является «логическим» процессом только в самом широком смысле.
смысле, в котором термин «логический» понимается как
синоним слова «разумный». Примечательно, что некоторые философы
даже поставили под сомнение рациональность абдуктивных выводов (Келер
1991; Брем и Рипс, 2000).

Еще один аргумент против приведенной выше схемы заключается в том, что она слишком
разрешающий. Будет несколько гипотез, объясняющих
явления р ₁ , р ₂ , р ₃
…, поэтому тот факт, что конкретная гипотеза объясняет
явления не является решающим критерием для развития этой гипотезы
(Harman 1965; см. также Blackwell 1969). Дополнительные критерии
необходимо оценить гипотезу, выдвинутую абдуктивным
выводы.

Наконец, стоит отметить, что схема абдуктивного рассуждения
не объясняет самого акта выдвижения гипотезы или
типа гипотезы. Процессы, посредством которых новая идея сначала
сочлененные остаются непроанализированными в приведенной выше схеме. Схема фокусируется
на процессах рассуждений, посредством которых исследовательская гипотеза
оценивается с точки зрения его достоинств и перспектив (Laudan 1980; Schaffner
1993).

В более поздних работах о похищениях и разоблачениях два понятия
иногда различают похищение: общее понятие похищения
как вывод о наилучшем объяснении (избирательное похищение) и
творческое похищение (Magnani 2000, 2009). Избирательное похищение —
вывод о наилучшем объяснении — включает в себя выбор
гипотеза из набора известных гипотез. Медицинский диагноз
иллюстрирует такое похищение. Творческое похищение, напротив,
предполагает выдвижение новой, правдоподобной гипотезы. Это бывает, за
Например, в медицинских исследованиях, когда понятие новой болезни
артикулированный. Однако до сих пор остается открытым вопрос, является ли это
можно провести различие, или существует ли более постепенный
переход от выбора объяснительной гипотезы из знакомой
области (избирательное похищение) к выбору гипотезы, которая
немного измененный от знакомого набора и к выявлению более
радикально модифицированное или измененное предположение.

Еще одно недавнее предложение состоит в том, чтобы расширить первоначальную версию Пирса о
похищения и включать не только словесную информацию, но и
невербальные психические представления, такие как визуальные, слуховые или двигательные
представления. В подходе Тагарда репрезентации
характеризуется как паттерны активности в психических популяциях (см.
также раздел 9.3 ниже). Преимущество
Нейронное объяснение человеческого мышления состоит в том, что оно охватывает такие черты, как
удивление, которое сопровождает генерацию новых идей или
визуальные и слуховые представления, которые способствуют этому. Удивление, например, можно охарактеризовать как результат быстрых изменений в активации узла в нейронной сети, представляющего «удивительный» элемент (Тагард и Стюарт, 2011). Я упал
мысленные представления можно охарактеризовать как паттерны возбуждения в
нейронных популяций, абдукция может быть проанализирована как комбинация или
«свертка» (Тагард) паттернов нейронной активности
из непересекающихся или перекрывающихся моделей активности (Thagard 2010).

6.2 Эвристическое программирование

Забота о логике открытия также мотивировала исследования по
искусственный интеллект на стыке философии науки
и когнитивная наука. При таком подходе научное открытие
рассматривается как форма деятельности по решению проблем (Simon 1973; см. также
Ньюэлл и Саймон, 1971), согласно которым систематические аспекты проблемы
решения изучаются в рамках обработки информации.
Цель состоит в том, чтобы выяснить с помощью вычислительных средств природу
методы, используемые для открытия научных гипотез. Эти гипотезы
рассматриваются как решения проблем. Философы, работающие над этим
Традиция создавать компьютерные программы с использованием методов эвристики.
выборочный поиск (например, Langley et al. 1987). В вычислительной
эвристики, поисковые программы можно описать как поиски решений
в так называемом «проблемном пространстве» в определенной области.
проблемное пространство включает в себя все возможные конфигурации в этой области
(например, для шахматных задач все возможные расстановки фигур на
шахматная доска). Каждая конфигурация представляет собой «состояние»
проблемное пространство. Есть два особых состояния, а именно целевое состояние,
т. е. состояние, которое должно быть достигнуто, и начальное состояние, т. е.
конфигурация в начальной точке, с которой начинается поиск
начинается. Существуют операторы, определяющие ходы, порождающие
новые состояния из текущего состояния. Существуют ограничения пути, которые
ограничивать разрешенные ходы. Решение проблемы – это процесс поиска
для решения проблемы, как сгенерировать целевое состояние из
исходное состояние. В принципе, все состояния могут быть сгенерированы
применяя операторы к начальному состоянию, затем к полученному
состоянии, пока не будет достигнуто целевое состояние (Langley et al. 1987: глава
9). Решение задачи – это последовательность операций, ведущих от
начальное в целевое состояние.

Основная идея вычислительной эвристики состоит в том, что правила могут быть
которые служат ориентирами для поиска решения данной
проблему быстро и эффективно, избегая нежелательных состояний
проблемное пространство. Эти правила лучше всего описать как эмпирические правила.
Таким образом, цель построения логики открытия становится целью
построение эвристики для эффективного поиска решений
проблемы. Термин «эвристический поиск» указывает на то, что в
в отличие от алгоритмов, процедуры решения проблем приводят к результатам
которые являются лишь предварительными и правдоподобными. Решение не
гарантируется, но эвристические поиски выгодны, потому что они
более эффективен, чем исчерпывающие случайные пробы и ошибки
поиски. Насколько возможно оценить, является ли один набор
эвристика лучше — более эффективна — чем другая,
логика открытия превращается в нормативную теорию открытия.

Возможно, потому что можно реконструировать важные научные
процессы обнаружения с наборами вычислительных эвристик,
Процесс научного открытия можно рассматривать как частный случай
общий механизм обработки информации. В этом контексте
термин «логика» не используется в узком смысле набора
формальные, общеприменимые правила, чтобы делать выводы, но опять же в
широком смысле как ярлык для набора процессуальных правил.

Компьютерные программы, реализующие принципы эвристического поиска
в научных исследованиях имитировать пути, по которым шли ученые, когда
они искали новые теоретические гипотезы. Компьютерные программы, такие
как БЭКОН (Саймон и др. 1981) и КЕКАДА (Кулкарни и Саймон, 1988)
использовать наборы эвристик решения проблем для обнаружения закономерностей в
заданные наборы данных. Программа заметит, например, что значения
зависимого термина являются постоянными или что набор значений для
терм x и набор значений для терма y линейно
связанные с. Таким образом, можно было бы «заключить», что зависимый термин
всегда имеет это значение или существует линейное отношение
между x и y . Эти программы могут «сделать
открытия» в том смысле, что они могут имитировать успешные
такие открытия, как третий закон Кеплера (БЭКОН) или цикл Кребса
(КЕКАДА).

Основанные на искусственном интеллекте теории научных открытий помогли выявить и
прояснить ряд стратегий решения проблем. Пример такого
стратегия представляет собой эвристический анализ средств и целей, который включает определение
специфические различия между настоящей и целевой ситуацией и
ищет операторы (процессы, которые изменят ситуацию), которые
связаны с выявленными различиями. Другая
Важной эвристикой является разделение проблемы на подзадачи и
начните решать задачу с наименьшим числом неизвестных
решительный (Симон 1977). Подходы, основанные на ИИ, также выявили
степень, в которой генерация новых знаний опирается на существующие
знаний, которые ограничивают развитие новых гипотез.

Как отчеты о научных открытиях, вычислительная эвристика
некоторые ограничения. Самое главное, потому что компьютерные программы требуют
данные реальных экспериментов, моделирование охватывает только определенные
стороны научных открытий. Они не планируют новые эксперименты,
инструменты или методы. Кроме того, по сравнению с проблемными пространствами
данные в вычислительной эвристике, сложные проблемные пространства для
научные проблемы часто плохо определены, и соответствующий поиск
пространство и целевое состояние должны быть очерчены до эвристических предположений
можно сформулировать (Bechtel and Richardson 1993: глава 1).

Более ранние критики основанных на ИИ теорий научных открытий
утверждал, что компьютер не может изобретать новые концепции, но ограничен
понятия, включенные в данный компьютерный язык (Хемпель 1985:
119–120). Последующая работа показала, что вычислительные методы могут быть
используется для получения новых результатов, ведущих к рецензируемым научным
публикации по астрономии, исследованиям рака, экологии и другим областям
(Лэнгли 2000). Самые последние вычислительные исследования в области научных
открытие больше не обусловлено философскими интересами к науке.
открытие однако. Наоборот, главная мотивация — внести свой вклад.
вычислительные инструменты, помогающие ученым в их исследованиях (Addis et al. 2016)

Многие философы утверждают, что открытие является законной темой для
философия науки, отказываясь при этом от идеи, что существует
логика обнаружения. Одним из очень влиятельных подходов является Томас
Куновский анализ появления новых фактов и теорий
(Кун 1970 [1962]: глава 6). Кун определяет общую закономерность открытия
как часть его описания научных изменений. Открытие — это не
простое действие, а длительный, сложный процесс, кульминацией которого является
меняется парадигма. Парадигмы — это символические обобщения,
метафизические обязательства, ценности и образцы, которые разделяют
сообщества ученых и которые направляют исследования этого сообщества.
Нормальная наука, основанная на парадигме, не стремится к новизне, а
развитие, расширение и артикуляция принятых парадигм. А
открытие начинается с аномалии, то есть с признания того, что
ожидания, вызванные установленной парадигмой, нарушаются.
Процесс открытия включает в себя несколько аспектов:
аномальное явление, попытки его концептуализации и изменения в
парадигму, чтобы аномалию можно было приспособить.

Признаком успеха нормальной науки является то, что она не делает
преобразующие открытия, и тем не менее такие открытия происходят как
следствие нормальной, парадигмальной науки. Чем более подробно и
чем лучше развита парадигма, тем точнее ее предсказания.
Чем точнее исследователи знают, чего ожидать, тем лучше
они способны распознавать аномальные результаты и нарушения
ожидания:

новизна обычно возникает только у человека, который,
точно зная, чего ему следует ожидать, способен распознать
что что-то пошло не так. Аномалия появляется только против
фон, обеспечиваемый парадигмой. (Кун 1970 [1962]:
65)

Опираясь на несколько исторических примеров, Кун утверждает, что обычно
невозможно определить тот самый момент, когда что-то было обнаружено
или даже человек, который сделал открытие. Кун иллюстрирует эти
указывает на открытие кислорода (см. Kuhn 1970 [1962]:
53–56). Кислород не был открыт до 1774 г.
обнаружен к 1777 г. Еще до 1774 г. Лавуазье заметил, что
что-то было не так с теорией флогистона, но он не мог двигаться
вперед. Два других исследователя, К. В. Шееле и Джозеф Пристли,
самостоятельно идентифицировал газ, получаемый при нагревании твердых веществ.
Но работа Шееле оставалась неопубликованной до 1777 г.
Пристли не идентифицировал свое вещество как новый вид газа. В
В 1777 году Лавуазье представил кислородную теорию горения, которая дала
привело к фундаментальной переосмыслению химии. Но согласно
этой теории, как ее впервые представил Лавуазье, кислород не был химическим
элемент. Это был атомарный «принцип кислотности» и
газообразный кислород был комбинацией этого принципа с калорией. В соответствии
Куну, все эти разработки являются частью открытия
кислорода, но ни один из них нельзя выделить как «самый» акт
открытия.

В допарадигматические периоды или во времена парадигмального кризиса
могут произойти открытия, индуцированные теорией. В эти периоды ученые
строить предположения и разрабатывать предварительные теории, которые могут привести к новым
ожидания, эксперименты и наблюдения, чтобы проверить, действительно ли эти
ожидания могут быть подтверждены. Хотя точные прогнозы невозможны
быть сделаны, явления, которые таким образом раскрыты, часто не совсем то, что
ожидалось. В этих случаях одновременное исследование
новых явлений и артикуляции предварительных гипотез
вместе приносят открытие.

В случаях, подобных открытию кислорода, напротив, которое имело место
в то время как парадигма уже была на месте, неожиданное становится очевидным
только медленно, с трудом и против некоторого сопротивления. Только
постепенно аномалии становятся видимыми как таковые. Требуется время для
исследователям признать «и то, что что-то есть, и то, что
это так» (Kuhn 1970 [1962]: 55). В конце концов, новая парадигма
устанавливается, и аномальные явления становятся ожидаемыми
явления.

Недавние исследования в области когнитивной нейробиологии активности мозга во время
периоды концептуальных изменений поддерживают мнение Куна о том, что концептуальные
изменения трудно добиться. Эти исследования изучают нервные процессы
которые участвуют в распознавании аномалий и сравнивают их
деятельность мозга, связанная с обработкой информации,
согласуется с предпочтительными теориями. Исследования показывают, что
два типа данных обрабатываются по-разному (Dunbar et al. 2007).

Сторонники точки зрения, что существуют методологии использования открытий
термин «логика» в узком смысле алгоритмического
Процедура генерации новых идей. Но, как и основанные на ИИ теории
научное открытие, описанное в
раздел 6, методики
научное открытие интерпретировать концепцию
«открытие» как ярлык для расширенного процесса
генерировать и формулировать новые идеи и часто описывать процесс
в плане решения проблем. В этих подходах различие
между контекстами открытия и контекстом обоснования
оспаривается, потому что считается, что методология открытия играет
оправдывающую роль. Сторонники методологии открытия обычно
полагаться на различие между различными процедурами обоснования,
обоснование, вовлеченное в процесс генерирования новых знаний и
обоснование, связанное с его тестированием. Последующее или
«сильные» обоснования — это методы проверки.
обоснование, связанное с открытием, напротив, понимается как
генеративное (в отличие от последовательного) обоснование
(раздел 8.1) или как слабый (в отличие от сильного)
обоснование (раздел 8.2). Опять же, некоторые
терминологическая двусмысленность существует потому, что, согласно некоторым
философов, существует три контекста, а не два: только начальный
зарождение новой идеи (творческий акт – это
контекст собственно открытия, а между ним и обоснованием есть
существует отдельный контекст преследования (Laudan 1980). Но многие сторонники
методологий открытия рассматривают контекст преследования как
неотъемлемая часть процесса обоснования. Они сохраняют понятие
двух контекстов и провести заново границы между контекстами
открытия и обоснования, как они были сделаны в начале
20 ^-го века.

8.1 Обнаруживаемость

Методология открытия иногда характеризуется как
форма обоснования, дополняющая методологию
тестирование (пятяков 1984, 1985, 1989). Согласно методике
тестирование, эмпирическая поддержка теории является результатом успешного
проверка прогностических следствий, вытекающих из этой теории (и
соответствующие вспомогательные предположения). В свете этой методики
обоснование теории является «последовательным
обоснование», представление о том, что гипотеза устанавливается, если
успешные новых предсказаний получены из теории или
требовать. Порождающее обоснование дополняет последовательное
оправдание. Сторонники генеративного обоснования считают, что
существует важная форма обоснования в науке, которая включает
рассуждение 9с 0012 по претензия из данных или ранее установленных
результаты в более общем плане.

Одним из классических примеров генеративной методологии является набор
Правила Ньютона для изучения натурфилософии. Согласно этим
правила, общие положения устанавливаются путем вывода их из
явления. Понятие порождающего обоснования стремится сохранить
интуиция, стоящая за классическими концепциями оправдания
вычет. Порождающее обоснование сводится к рациональному
реконструкция пути открытия с целью установления его
возможность обнаружения, если бы исследователи знали то, что известно сейчас,
независимо от того, как это было сначала задумано (Никл 1985, 1989).
реконструкция показывает задним числом, что претензия могла иметь
были обнаружены таким образом, имели необходимую информацию и
техники были доступны. Другими словами, генеративный
обоснование — обоснование как «обнаруживаемость» или
«потенциальное открытие» — оправдывает заявление о знании посредством
выводя его из результатов, которые уже установлены. Пока
генеративное обоснование не отслеживает именно те шаги
фактический путь открытия, который был фактически взят, это лучше
репрезентация реальных практик ученых, чем косвенное
оправдание, потому что ученые склонны истолковывать новые утверждения из
доступные знания. Генеративное обоснование является более слабой версией
традиционный идеал оправдания дедукцией из
явления. Обоснование дедукцией из явлений завершено
если теория или утверждение полностью определяются из того, что мы уже
знать. Демонстрация обнаруживаемости является результатом успешного
вывод утверждения или теории из самых основных и самых прочных
установленная эмпирическая информация.

8.2 Предварительная оценка

Обнаруживаемость, как описано в предыдущих абзацах, представляет собой способ
оправдание. Подобно проверке новых предсказаний, полученных
гипотезы, генеративное обоснование начинается, когда фаза нахождения
и сформулировать гипотезу, достойную оценки,
Закрыть. Другие подходы к методологии открытия напрямую
связанных с процедурами, связанными с разработкой новых гипотез.
Аргументом в пользу такой методологии является то, что процедуры
выдвижения новых гипотез уже включают в себя элементы
оценка. Эти предварительные оценки были названы
«слабые» процедуры оценки (Шаффнер 1993). Слабый
оценки актуальны в процессе разработки нового
гипотеза. Они дают основания для принятия гипотезы как
многообещающие и заслуживающие дальнейшего внимания. Сильные оценки,
наоборот, обосновать принятие гипотезы как
(приблизительно) верно или подтверждено. И «порождающие», и
«последовательное» тестирование, как обсуждалось в предыдущем
раздел сильные процедуры оценки. Сильная оценка
процедуры являются строгими и систематически организованными в соответствии с
принципы вывода гипотез или тестирования H-D. Методология
предварительная оценка, напротив, формулирует критерии
оценка гипотезы до ее строгого вывода или проверки. Это
помогает принять решение о том, принимать ли эту гипотезу всерьез
достаточно для дальнейшего развития и тестирования. Для сторонников этого
вариант методологии открытия, это задача философии
науки для характеристики наборов ограничений и методологических
правила, регулирующие сложный процесс предварительной оценки
гипотезы.

В отличие от вычислительных подходов, рассмотренных выше,
стратегии предварительной оценки не рассматриваются как
предметно-нейтральный, но как специфичный для конкретных областей исследования. Потому что
анализ критериев оценки гипотез в основном
были сделаны в отношении изучения биологического механизма,
критерии и ограничения, которые были предложены, являются теми, которые играют
роль в открытии биологических механизмов. Биологические механизмы
сущности и действия, которые организованы таким образом, что они
производить регулярные изменения от начальных до конечных условий (Machamer
и другие. 2000).

Философы биологии разработали детальную структуру для
учитывать формирование и предварительную оценку этих
механизмов (Darden 2002; Craver 2002; Bechtel and Richardson 1993;
Крейвер и Дарден, 2013 г.). Некоторые философы даже предполагали, что
этап предварительной оценки можно разделить на два этапа,
этап оценки и этап пересмотра. Согласно с
Линдли Дарден, этапы создания, оценки и пересмотра
описания механизмов можно охарактеризовать как процессы рассуждения
регулируются стратегиями рассуждений. Различные стратегии рассуждения
управлять различными фазами (Darden 1991, 2002 г. ; Крейвер 2002; Дарден
2009). Генерация гипотез о механизмах, например,
руководствуется стратегией «создания экземпляра схемы» (см.
Дарден 2002). Открытие механизма синтеза белка
включал создание абстрактной схемы для химических
реакции: реагент ₁ + реагент ₂ = продукт.
фактический механизм синтеза белка был найден путем спецификации
и модификации этой схемы.

Важно оценить статус этих рассуждений
стратегии. Это не обязательно стратегии, которые были фактически
использовал. Ни одна из этих стратегий не считается необходимой для обнаружения,
и они не являются предписаниями для биологических исследований. Скорее, эти
стратегии считаются достаточными для открытия механизмов; Oни
«мог бы быть использован» для получения описания
этот механизм (Darden 2002). Методология открытия
механизмов является экстраполяцией прошлых эпизодов исследований по
механизмы и результат синтеза рациональных реконструкций
нескольких из этих исторических эпизодов. Методология открытия
является слабо нормативным в том смысле, что стратегии
открытие механизмов, которые были идентифицированы до сих пор, может оказаться
пригодится в будущих биологических исследованиях. Более того, наборы рассуждений
Предложенные стратегии весьма специфичны. Это все еще
открытым вопросом, является ли анализ стратегий для обнаружения
биологические механизмы могут пролить свет на эффективность научных
решение проблем в более общем плане (Вебер 2005: глава 3).

Подходы к научным открытиям, представленные в предыдущих
разделы посвящены принятию, артикуляции и предварительному
оценка идей или гипотез до тщательного тестирования. Они делают
не освещать, как новая гипотеза или идея впервые обдумывается
вверх. Даже среди философов-первооткрывателей преобладает точка зрения
давно считалось, что есть начальный шаг открытия, который лучше всего
описывается как момент эврики, таинственный интуитивный скачок человеческого
разум, который не может быть проанализирован дальше (но см. Stokes 2011).

Концепция открытия как формирования гипотезы в том виде, в каком она заключена
в традиционном различии между контекстом открытия и
контекст обоснования не объясняет, как новые идеи
сформировался. Согласно отчетам об открытиях, сделанных эволюционистами
биологии генерация новых идей сродни случайному, слепому
вариации мыслительных процессов, которые должны быть проверены
критический склад ума и оценивается как нейтральный, продуктивный или бесполезный
(Campbell 1960; см. также Hull 1988). В то время как эволюционный подход
к открытию предлагает более существенный отчет о научных
открытия, ключевыми процессами, посредством которых генерируются случайные идеи, являются
до сих пор не проанализированы.

Сегодня многие философы придерживаются мнения, что творчество не
загадочны и могут быть подвергнуты анализу. Психолог Маргарет Боден
предложил полезный анализ концепции творчества. Согласно с
Бодена, новое развитие является творческим, если оно ново, неожиданно и
важный. Она различает психологическое творчество
(П-творчество) и историческое творчество (И-творчество). П-творчество
это разработка, которая является новой, удивительной и важной для
конкретного человека, который это придумал. Н-творчество, напротив,
радикально новый, удивительный и важный — он создан для
впервые (Боден 2004).

Большинство недавних философских исследований научных открытий
сегодня основное внимание уделяется акту генерации новых знаний. Отличительный
особенностью этих исследований является то, что они объединяют подходы
когнитивная наука, психология и вычислительная нейронаука (Тэгард
2012 г., Паскуале и Порье, 2016 г.). Недавняя работа по творчеству предлагает предметный анализ
социальные и психологические предпосылки и когнитивные механизмы
участвует в генерации новых идей. Некоторые из этих исследований направлены на
охарактеризовать те черты, которые являются общими для всех творческих процессов.
Другие исследования направлены на выявление особенностей, которые отличают
научное творчество (в отличие от других форм творчества, таких как
как художественное творчество или творческое технологическое изобретение). Исследования
сосредоточились на анализе личностных качеств, способствующих
к творческому мышлению, а также к социальным и экологическим факторам, которые
благоприятны для обнаружения
(раздел 9. 1). Два ключевых элемента
когнитивные процессы, связанные с
творческое мышление аналогичны (раздел 9.2) и
ментальные модели (раздел 9.3).

9.1 Психологические и социальные условия творчества

Психологические исследования поведенческих установок творческих личностей
предположить, что творческие ученые имеют общие черты личности,
включая уверенность, открытость, доминантность, независимость, интроверсию,
а также высокомерие и враждебность. (Для обзора недавних исследований
о чертах личности творческих ученых см. Feist 1999, 2006:
главу 5). Социальное положение также было исследовано как важная
ресурс для творчества. С этой точки зрения социокультурный
структуры и практики, в которые встроены люди,
считается решающим для генерации творческих идей. Оба
подходы предполагают, что у творческих личностей обычно есть посторонние
статус — они социально девиантны и расходятся с
основное направление.

Статус аутсайдера также является ключевой характеристикой точки зрения. Согласно с
теоретики точки зрения, люди с точкой зрения политически осведомлены и
политически ангажированные люди вне мейнстрима. Некоторая точка зрения
теоретики предлагают использовать это сходство для исследования креативности.
Потому что люди с точкой зрения имеют различный опыт и доступ
к иным областям знаний, чем большинство представителей культуры, они
может использовать богатые концептуальные ресурсы для творческого
мышление. Таким образом, теория точки зрения может быть важным ресурсом для
развитие социальных и экологических подходов к изучению
творчество (Соломон 2007).

9.2 Аналогия

Многие философы науки подчеркивают роль аналогии в
развитие нового знания, при котором аналогия понимается как
процесс переноса идей, хорошо понятых в одной области, на
несут на себе новую область (Тагард, 1984; Холиоак и Тагард, 1996). Ан
важным источником философских размышлений об аналогии является Мария
Концепция Гессе о моделях и аналогиях в построении теории и
разработка. В этом подходе аналогии — это сходство между
разные домены. Гессе вводит различие между положительным,
отрицательные и нейтральные аналогии (Гессен 1966:8). Если мы рассмотрим
связь между молекулами газа и моделью газа, а именно
набор бильярдных шаров в случайном движении, мы найдем свойства
которые являются общими для обеих областей (положительная аналогия), а также
свойства, которые могут быть приписаны только модели, но не
целевой домен (отрицательная аналогия). Существует положительная аналогия между
молекулы газа и набор бильярдных шаров, потому что оба
шары и молекулы движутся хаотично. Есть отрицательная аналогия.
между доменами, потому что бильярдные шары цветные, твердые и
блестящие, но молекулы газа не обладают этими свойствами. Большинство
интересными свойствами являются те свойства модели, о которых
мы не знаем, являются ли они положительными или отрицательными аналогиями. Этот
набор свойств является нейтральной аналогией. Эти свойства являются
важные свойства, потому что они могут привести к новому пониманию
менее знакомый домен. Из наших знаний о знакомом
бильярдные шары, мы можем получить новые предсказания о
поведение молекул газа, которое мы могли бы затем проверить.

Гессе предлагает более подробный анализ структуры аналогий.
рассуждая через различие между горизонтальным и вертикальным
аналогии между доменами. Горизонтальные аналогии между двумя доменами
касаются одинаковости или сходства между свойствами обоих доменов.
Если мы рассмотрим звуковые и световые волны, то между ними есть сходство.
их: звук перекликается, свет отражается; звук громкий, свет яркий,
и звук, и свет воспринимаются нашими органами чувств. Это также
отношения между свойствами в пределах одной области, такие как каузальные
связь между звуком и громким тоном, который мы слышим, и, аналогично,
между физическим светом и ярким светом, который мы видим. Эти аналогии
являются вертикальными аналогиями. Для Гессе вертикальные аналогии являются ключом к
построение новых теорий.

Аналогии играют несколько ролей в науке. Они не только способствуют
к открытиям, но они также играют роль в развитии и
оценка научных теорий. Текущие дискуссии об аналогии
и открытия расширили и усовершенствовали подход Гессе в различных
способы. Некоторые философы разработали критерии оценки аналогии.
аргументы (Барта 2010). В другой работе были выявлены очень важные
аналогии, которые оказались особенно плодотворными для развития
науки (Холиоак и Тагард 1996: 186–188; Тагард 1999:
главу 9). Большинство аналитиков исследуют особенности
когнитивные механизмы, посредством которых аспекты знакомой области или
источник применяются к неизвестному целевому домену, чтобы понять
что неизвестно. Согласно влиятельной теории множественных ограничений
рассуждений по аналогии, разработанных Холиоаком и Тагардом, перенос
процессы, вовлеченные в рассуждения по аналогии (научные и другие)
направляются или ограничиваются тремя основными способами: 1) прямым
сходство между задействованными элементами; 2) по структурному
параллели между исходным и целевым доменами; а также 3) по
цели исследователей, т. е. причины, по которым аналогия
считается. Открытие, формулировка новой гипотезы,
такая цель.

«Прижизненные» исследования ученых, рассуждающих в своих
лаборатории не только показали, что рассуждение по аналогии является ключевым
компонент научной практики, но и то, что дистанция между
источник и цель зависят от цели, для которой аналогии
искал. Ученые, пытающиеся решить экспериментальные проблемы, проводят аналогии
между целями и источниками из очень похожих доменов. Наоборот,
ученые, пытающиеся сформулировать новые модели или концепции, рисуют
аналогии между менее похожими областями. Аналогии между радикально
однако разные домены встречаются редко (Dunbar 1997, 2001).

9.3 Ментальные модели

В современной когнитивной науке человеческое познание часто исследуется в
с точки зрения модельного рассуждения. Исходным пунктом этого подхода является
представление о том, что большая часть человеческих рассуждений, включая вероятностные и
причинно-следственные рассуждения, а также решение проблем происходит посредством умственного
моделирования, а не путем применения логики или
методологические критерии набора предложений (Johnson-Laird 1983;
Маньяни и др. 1999 г.; Маньяни и Нерсесян, 2002). На основе модели
рассуждая, разум строит структурное представление
реальную или воображаемую ситуацию и манипулирует этой структурой. В
С этой точки зрения концептуальные структуры рассматриваются как модели и
концептуальная инновация как построение новых моделей посредством различных
операции по моделированию. Аналогичное рассуждение — аналогичное
моделирование — рассматривается как одна из трех основных форм
рассуждения, которые кажутся актуальными для концептуальных инноваций в
наука. Помимо аналогового моделирования, визуального моделирования и имитационного
моделирование или мысленные эксперименты также играют ключевую роль (Нерсесян 19).92,
1999, 2009). Эти методы моделирования конструктивны в том смысле, что они
помочь развитию новых ментальных моделей. Ключевые элементы
рассуждения, основанные на моделях, — это призыв к знанию порождающих
принципы и ограничения для физических моделей в исходной области и
использование различных форм абстракции. Концептуальные результаты инноваций
от создания новых понятий посредством процессов, которые абстрагируют и
интегрировать исходные и целевые домены в новые модели (Nersessian
2009).

Некоторые критики утверждали, что, несмотря на большой объем работы над
тема, понятие ментальной модели недостаточно ясно. Тагард
стремится прояснить концепцию, характеризуя ментальные модели в терминах
нервных процессов (Thagard 2010). В его подходе ментальные модели
производится посредством сложных паттернов возбуждения нейронов, в результате чего
нейроны и взаимосвязи между ними динамичны и
меняется. Паттерн возбуждения нейронов — это представление, когда
представляет собой устойчивую причинно-следственную связь между паттерном или активацией и
вещь, которая представлена. В этом исследовании вопросы о
характер рассуждений, основанных на моделях, трансформируются в вопросы о
мозговые механизмы, которые производят ментальные представления.

Приведенные выше разделы показывают, что изучение научных открытий
стать неотъемлемой частью более широких усилий по исследованию творческих
мышления и творчества в целом. Натуралистический философский
подходы сочетают концептуальный анализ процессов познания
поколение с эмпирической работой над творчеством, сильно рисуя и
явно на текущих исследованиях в области психологии и когнитивной науки,
и на in vivo лабораторных наблюдений, и, совсем недавно,
о методах визуализации мозга (Куниос и Биман, 2009 г.)., Тагард и Стюарт, 2011 г.).

Новые открытия и награды в области исследований рака

15 сентября 2022 г.

Заполнение пробелов: новый способ прогнозирования иммунного ответа на вирусы

Как мы уже хорошо знаем, вакцины необходимо периодически обновлять, поскольку вирусы постоянно создают новые штаммы, которые могут или не могут связываться с нашими существующими антителами. Например, вакцина против гриппа обновляется каждый год; вполне вероятно, что вакцина против SARS-CoV-2 будет следовать той же схеме. Чтобы разработать и обновить эти вакцины, исследователи должны проверить, как панели антител реагируют на панели вирусов. Количество возможных комбинаций антитело-вирус делает тестирование каждого взаимодействия нецелесообразным, поэтому даже самые трудоемкие исследования должны довольствоваться неполными данными.

1 сентября 2022 г.

В погоне за двумя онкопротеинами при десятках раковых заболеваний человека

Белки CDK4 и CDK6 являются хорошо известными регуляторами клеточного цикла, направляя клетки в фазу репликации ДНК, которая происходит перед клеточным делением. С момента их открытия в 1990-х годах ученые поняли, что мутации в этих регуляторных белках могут привести к неконтролируемому делению клеток или раку. Благодаря настойчивым исследованиям в течение последних тридцати лет ингибиторы CDK4/6 были одобрены для лечения рака молочной железы, но, учитывая разрушительную силу этих онкопротеинов, вполне вероятно, что такие ингибиторы могут быть эффективны и при других типах рака. . Когда дело доходит до таргетной терапии, более специфичная означает менее токсичную, поэтому понимание того, на какие белки нацеливаться при каждом раке, является важным первым шагом.

22 августа 2022 г.

Картирование человеческого мозга по одной клетке за раз

Самый внешний слой человеческого мозга, известный как кора головного мозга, отвечает за наши высшие умственные способности — язык, память, эмоции, принятие решений. изготовление и многое другое. Он содержит огромное разнообразие клеток, от 14 до 16 миллиардов нейронов, организованных по достаточно сложной схеме, чтобы ускользнуть от самых дальних уголков нейронауки.

19 августа 2022 г.

Новый взгляд на тошноту может помочь больным раком

Любой, кто проходил химиотерапию или лучевую терапию, знает, что тошнота является частым и мучительным побочным эффектом, а лекарства от тошноты не всегда работают. Эффективные средства от тошноты имеют решающее значение для качества жизни онкологических больных и их способности продолжать лечение. Но, как и при многих видах боли, такие лекарства требуют лучшего понимания нервных путей, которые вызывают ощущение.

17 августа 2022 г.

Новая комбинация лекарств показывает многообещающие результаты при раке головы и шеи

Плоскоклеточный рак головы и шеи, или HNSCC, представляет собой рак, который развивается на слизистых оболочках рта, носа и горла, чаще всего поражая мужчин в возрасте от 50 до 60 лет. HNSCC обычно лечат хирургическим путем с последующей химиотерапией и/или лучевой терапией, но, учитывая функциональную важность пораженного участка, менее тяжелые варианты лечения могут значительно улучшить качество жизни пациентов. Кроме того, прогноз для пациентов с раком головы и шеи, положительным на вирус папилломы человека (ВПЧ), намного лучше, чем у пациентов с отрицательным результатом на ВПЧ, что подчеркивает необходимость расширения вариантов лечения.

29 июля 2022 г.

Как люди, перенесшие рак поджелудочной железы, проливают свет на иммунную систему диагноз. Отчасти это связано с тем, что раковые клетки поджелудочной железы имеют относительно мало мутаций, а это означает меньшее количество странных белков или неоантигенов на их поверхности, привлекающих внимание убивающих рак иммунных Т-клеток. Это делает большинство опухолей поджелудочной железы «невосприимчивыми к холоду», защищенными от обнаружения защитной системой организма.

14 июля 2022 г.

Пристальный взгляд на мутантные белки, вызывающие меланому

Белки Ras, присутствующие во всех клетках млекопитающих, представляют собой молекулярные переключатели, контролирующие процессы выживания и пролиферации клеток. Неудивительно, что мутации в любом из трех генов RAS ( KRAS , NRAS или HRAS ) могут привести к неконтролируемому росту клеток или раку. Поскольку эти факторы рака были впервые идентифицированы в 1980-х годах, стало ясно, что различные типы рака связаны со специфическими мутантами RAS. Например, почти 90% опухолей поджелудочной железы демонстрируют мутаций KRAS , в то время как мутаций NRAS чаще появляются при раке крови. Однако, почему существуют эти ассоциации, не совсем понятно.

13 июля 2022 г.

Кофеин может уменьшить метастазирование рака толстой кишки в печень

Колоректальный рак является одной из ведущих причин смерти от рака во всем мире, уступая только раку легких. Как и при многих других видах рака, основной причиной смерти при этом типе рака является метастазирование или распространение рака из исходной ткани в другой орган тела. При колоректальном раке печень является наиболее частым местом метастазирования — более чем у половины всех пациентов с колоректальным раком в ходе болезни развиваются опухоли в печени. Нацеливание на гены и пути, которые способствуют метастазированию в печень, может быть ключом к разработке более эффективных методов лечения колоректального рака, но до недавнего времени эти генетические механизмы не были четко определены.

11 июля 2022 г.

Прослеживание эволюции опухоли из одной клетки

Подобно живым существам, популяции раковых клеток подвергаются эволюции. Они накапливают мутации и становятся гетерогенными, а мутации, повышающие шансы на выживание, становятся более распространенными. Таким образом, одно генетическое изменение может превратиться в опухоль и в конечном итоге распространиться по всему телу. Понимание эволюционного пути, по которому следуют опухоли, от одноклеточной мутации до метастатического рака, необходимо для разработки эффективных клинических вмешательств. Однако факторы окружающей среды и другие переменные могут затруднить попытки проследить развитие рака от начала до конца.

8 июля 2022 г.

«Все, что вы знаете об анализе выживаемости при раке, неверно»: новый подход к прогнозированию

Принятие решений о лечении рака зависит от точного понимания прогноза пациента. Ошибка в агрессивности рака может привести как к недостаточному, так и к чрезмерному лечению, оба из которых сопряжены с повышенным риском летального исхода. Современные методы прогнозирования, которые обычно основаны на исследовании раковой ткани с помощью рентгена или микроскопа, основаны на субъективных суждениях и иногда не позволяют предсказать течение заболевания. С появлением технологий секвенирования ДНК клиницисты все чаще обращаются к геномам пациентов в поисках подсказок о том, как будет вести себя их рак.

23 июня 2022 г.

Раскрытие генетических основ рака печени у детей

Прошлой осенью мы опубликовали историю Деймона Руньона, клинического исследователя Дженнифер М. Калиш, доктора медицинских наук, детского генетика из Детской больницы Филадельфии. которая посвятила свою карьеру изучению синдрома Беквита-Видеманна (BWS), редкого генетического заболевания, которое вызывает чрезмерный рост в определенных частях тела и предрасполагает детей к раку почек и печени. В качестве директора-основателя клиники синдрома Беквита-Видеманна при больнице д-р Калиш создал первый и единственный в стране действующий реестр пациентов BWS и биорепозиторий, в котором хранятся образцы крови и тканей, необходимые для исследований. В декабре 2020 года ее лаборатория представила первую модель синдрома на основе клеток человека, разработанную с использованием клеток пациентов из реестра.

13 июня 2022 г.

Как жидкая биопсия может выявить подтип рака

Выпускники Дэймона Руньона Эш Ализаде, доктор медицинских наук, и Дэвид Курц, доктор медицинских наук, доктор наук и другие показали, что рак можно обнаружить по образцу крови путем измерения циркулирующей опухолевой ДНК (цДНК). Этот подход, однако, требует высокой концентрации опухолевой ДНК в кровотоке и обеспечивает низкое разрешение — другими словами, он может обнаруживать рак, но не может идентифицировать конкретный подтип рака.

9 июня 2022 г.

Разгадка тайны клеточных ворот

Клетки поглощают гормоны, белки и другие молекулы из окружающей среды посредством процесса, называемого эндоцитозом. В этом процессе поглощаемая молекула — «груз» — связывается с рецептором на поверхности клеточной мембраны, рекрутируя белок, называемый клатрином, внутрь клеточной мембраны. Затем мембрана вдавливается внутрь, образуя везикулу, покрытую клатрином, с грузом, защищенным внутри. Эндоцитоз опосредуется белковым комплексом, называемым AP2, который связывает рецепторы, связанные с грузом, с клатриновой оболочкой (см. ниже). Функциональность AP2 зависит от его формы. В «закрытом» состоянии он может связываться только с клеточной мембраной; когда он «открыт», он может связываться с рецепторами, связанными с грузом, и белками клатрина. Но как именно он производит это конформационное изменение с «закрытого» на «открытое», долгое время оставалось неясным.

7 июня 2022 г.

Четверо выпускников Деймона Раньона избраны в Американскую академию искусств и наук

Американская академия искусств и наук, основанная в 1780 году, является почетным обществом, которое признает и отмечает выдающиеся достижения своих членов и независимый исследовательский центр, который объединяет лидеров из разных дисциплин для решения серьезных проблем, стоящих перед миром. В этом году четыре ученых Деймона Раньона были среди 261 выдающегося человека, избранного в Академию.

16 мая 2022 г.

Имплантируемый датчик выявляет рак яичников на ранней стадии

Пациентки с раком яичников имеют пятилетнюю выживаемость 92%, если они диагностированы на I стадии. Но отсутствие эффективных методов скрининга и отсутствие симптомов у его ранние стадии делают рак яичников особенно трудным для выявления до того, как он распространится. Пациентам и врачам нужна своего рода внутренняя система сигнализации, устройство, которое может обнаруживать и сообщать о наличии раковых клеток в организме до того, как они успеют нанести ущерб.

10 мая 2022 г.

На пути к новым и улучшенным мРНК-вакцинам

Было показано, что вакцины с матричной РНК (мРНК) вызывают иммунитет против ряда инфекционных заболеваний, включая, в частности, COVID-19, а также несколько видов рака . В отличие от традиционных вакцин, которые вводят в организм небольшое количество патогена, мРНК-вакцины дают организму инструкции о том, как вырабатывать определенный белок, обнаруженный на поверхности вируса или раковой клетки. Как только вакцина доставлена, молекулярные машины, называемые рибосомами, связываются с мРНК, «считывают» ее инструкции и создают белок. Это, в свою очередь, побуждает иммунную систему вырабатывать соответствующие антитела, чтобы она была готова к встрече с настоящим вирусом или раковой клеткой. Важно отметить, что молекулы мРНК, которые содержат эти инструкции по производству белка, расщепляются клеткой после того, как они доставили свое «сообщение».

25 апреля 2022 г.

CellTrek создает карты опухолей с высоким разрешением включается и выключается в отдельных клетках данной ткани. Анализ последовательностей клеточной РНК или транскриптомов может выявить межклеточную изменчивость или, в случае рака, мутации, переносимые небольшими популяциями опухолевых клеток. Современные методы секвенирования отдельных клеток, однако, не в состоянии зафиксировать расположение клетки в ткани. Методы пространственной транскриптомики, с другой стороны, определяют пространственное распределение молекул РНК в образце ткани, но не имеют разрешения для одной клетки. Чтобы представить это в человеческом масштабе, рассмотрите разную информацию, которую вы получаете о районе из телефонной книги, по сравнению со спутниковым изображением.

13 апреля 2022 г.

Прогнозирование ответа на иммунотерапию у пациентов с раком толстой кишки

Для многих пациентов с раком толстой кишки появление ингибиторов иммунных контрольных точек существенно улучшило возможности лечения. Ингибиторы иммунных контрольных точек (ICI) работают, снимая «тормоза» с иммунных Т-клеток, запуская их на раковые клетки. К сожалению, однако, ИКИ не работают для всех, и у некоторых пациентов они могут иметь опасные для жизни побочные эффекты. Учитывая эти факторы, ИКИ следует использовать только у пациентов, у которых есть потенциальная польза от них — проблема в том, что клиницисты часто не могут предсказать, кем будут эти пациенты.

8 апреля 2022 г.

Как кишечные бактерии влияют на реакцию на CAR T-терапию

CAR (химерный антигенный рецептор) T-клеточная терапия, при которой собственные иммунные клетки пациента генетически модифицированы для нацеливания и уничтожения раковых клеток, произвела революцию в лечение некоторых видов рака крови. Тем не менее, до 60% пациентов, получающих CAR T-терапию, все еще испытывают рецидивы, и до 80% пациентов испытывают серьезные побочные эффекты, включая нейровоспаление, что является препятствием для широкого распространения CAR T-терапии.

16 марта 2022 г.

Новый вычислительный инструмент может предсказать судьбу развивающихся клеток

Многие виды рака крови, включая лейкемию и множественную миелому, возникают, когда ранние кроветворные клетки не развиваются должным образом. Ошибки в дифференцировке клеток — процессе созревания стволовых клеток в клетки специализированного типа — могут привести к бесконтрольному росту и делению этих аномальных клеток крови. Но что именно идет не так (и почему) в ходе развития клеток, часто трудно определить после того, как опухоль уже выросла.

4 марта 2022 г.

Новый молекулярный набор «широко открывает двери» для разработки лекарств синтез органических (на основе углерода) малых молекул. Эти строительные блоки, называемые боронатами MIDA, складываются вместе, как кусочки головоломки, и могут быть собраны в целый ряд продуктов, от производственных материалов до пищевых ингредиентов. Команда даже создала машину для создания молекул, чтобы автоматизировать процесс. Однако какими бы универсальными ни были боронаты MIDA, они гораздо более стабильны в плоских молекулах, чем в трехмерном пространстве. Чтобы продвинуться в мире химического синтеза, ученым нужны конструкторы Lego, а не кусочки головоломки.

1 марта 2022 г.

Как гиалуроновая кислота стимулирует рост рака поджелудочной железы

Новые исследования показывают, что гиалуроновая кислота (ГК), соединение на основе сахара, естественным образом вырабатываемое организмом и являющееся популярным ингредиентом средств по уходу за кожей, также играет определенную роль. в подпитке роста рака поджелудочной железы. Бывший научный сотрудник Деймона Руньона и ученый-прорыв Костас А. Лиссиотис, доктор философии, в Мичиганском университете, объясняет это открытие в недавней статье, опубликованной в eLife.

18 февраля 2022 г.

Появляется более четкая картина редкого рака почки

Транслокационная почечно-клеточная карцинома (tRCC) — это редкий, но агрессивный тип рака почки, который непропорционально поражает женщин и детей. Эти виды рака возникают, когда часть хромосомы разрывается и сливается с другой хромосомой, событие, известное как транслокация. При tRCC происходит слияние генов семейства MiT/TFE , которые кодируют белки, называемые факторами транскрипции, которые включают или выключают другие гены. Помимо этого, однако, молекулярная основа болезни плохо изучена. Из-за редкости этого вида рака врачи имеют неполное представление о его клинических особенностях и не имеют установленного стандарта лечения. В результате пациентов с тПКР лечат методами, разработанными для других видов рака почки, с переменным успехом.

15 февраля 2022 г.

Решение кризиса клеточной идентичности, лежащего в основе пищевода Барретта пищевода и желудка. Хотя сам по себе пищевод Барретта не опасен, в меньшинстве случаев он может перерасти в рак пищевода. Пациентам рекомендуется регулярно проходить визуализацию пищевода, чтобы проверять наличие аномально выглядящих (предраковых) клеток, которые можно лечить, если они будут обнаружены вовремя. Но до недавнего времени ученые неправильно понимали, на какие именно клетки они смотрят.

10 февраля 2022 г.

Восстановление иммунной системы после лучевой и химиотерапии

На протяжении десятилетий ослабление иммунной системы считалось неизбежным побочным эффектом лучевой или химиотерапии. Эти методы лечения, хотя и очень эффективны для уничтожения раковых клеток, также истощают запасы стволовых клеток крови и повреждают область в костном мозге, где производятся новые. Стволовые клетки крови, также известные как гемопоэтические стволовые клетки (ГСК), имеют решающее значение для функционирования иммунной системы, поскольку они дают начало всем другим клеткам крови, включая лейкоциты.

7 февраля 2022 г.

На пути к более тонкому пониманию противоракового иммунного ответа

Эффективный ответ иммунной системы требует координации между многими типами иммунных клеток, включая CD4+ (хелперные) T-клетки, CD8+ (цитотоксические) T клетки и В-клетки. Вспомогательные Т-клетки распознают антигены, идентифицируя молекулы на поверхности патогена, и выпускают предупреждающие сигналы. Эти сигналы активируют цитотоксические Т-клетки, которые убивают инфицированные или раковые клетки, и В-клетки, которые вырабатывают антитела для непосредственной атаки патогена.

4 февраля 2022 г.

Неправильное обучение иммунных Т-клеток: как рак яичников сопротивляется иммунотерапии -специфические Т-клетки в циркуляции. Исследования показали, что у пациентов с раком яичников в крови действительно есть такие опухоле-реактивные Т-клетки, что указывает на «естественный противоопухолевый иммунный ответ». Так почему же только 10-15% больных раком яичников положительно реагируют на терапию ИКИ? Это был вопрос бывший Деймон Руньон Клинический исследователь Рональд Дж. Буканович, доктор медицинских наук, , и его команда из Университета Питтсбурга решили дать ответ в недавнем исследовании.

28 января 2022 г.

Фонд исследования рака Дэймона Руньона выделяет более 3,6 млн долларов лучшим молодым ученым исследования рака в лабораториях ведущих старших исследователей. Эта престижная четырехлетняя стипендия поощряет самых многообещающих молодых ученых страны делать карьеру в области исследований рака, предоставляя им независимое финансирование (всего 231 000 долларов США) для работы над инновационными проектами.

24 января 2022 г.

Обнаружена новая связь между микробиомом кишечника и противоопухолевым иммунитетом иммунный ответ на рак. Но роль конкретных бактерий и характер их взаимодействия с иммунными клетками остаются важным предметом исследований. Лучшее понимание взаимосвязи между кишечной микробиотой и иммунной системой позволило бы нам, помимо других стратегий, использовать пробиотики как часть лечения рака.

18 января 2022 г.

Почему у одних пациентов иммунотерапия работает лучше, чем у других

«Все счастливые семьи одинаковы; каждая несчастливая семья несчастлива по-своему». Этот принцип, заимствованный у Льва Толстого , , представляет собой то, как выпускники Damon Runyon Паван Бачиредди, доктор медицинских наук, и Кэтрин Дж. Ву, доктор медицинских наук, резюмировали условия ответа и резистентности иммунотерапии. в недавнем исследовании.

10 января 2022 г.

Новая программа для анализа одноклеточных опухолей

Современные технологии визуализации позволяют ученым просматривать образцы тканей с таким высоким разрешением, что они могут собирать информацию об отдельных клетках. Например, глядя на изображение опухоли с высоким разрешением, онколог может найти и измерить количество определенного мутантного белка в раковой клетке. Информация, полученная в результате анализа отдельных клеток на основе изображений, может помочь как в диагностике, так и в отслеживании прогрессирования заболевания.

Ключевые астрономические открытия ESO | ЕСО

ESOcast 75: 10 лучших открытий ESO. Загрузить и получить дополнительную информацию

Наблюдения с помощью телескопов ESO привели ко многим прорывам в астрономии, а на протяжении многих лет были сделаны поистине замечательные открытия. Вот наш список 10 лучших астрономических открытий ESO на данный момент.

Звезды, вращающиеся вокруг черной дыры Млечного Пути
Несколько ведущих телескопов ESO использовались в почти 30-летнем исследовании, чтобы получить самый подробный обзор окрестностей монстра, скрывающегося в сердце нашей галактики — сверхмассивной черной дыры. Наблюдения, проведенные с помощью VLT, впервые выявили эффекты, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, на движение звезды, проходящей через экстремальное гравитационное поле вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Нобелевская премия по физике 2020 года была присуждена «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики».
Научные статьи :
Schödel et al. 2003 (Тельбиб),
Gillessen et al. 2009 (Telbib)
Подробнее в пресс-релизе ESO eso0226, eso0846, eso1151, eso1332, eso1512, eso1825 и eso2006.
Ускоряющаяся Вселенная
Две независимые исследовательские группы, основываясь на наблюдениях взрывающихся звезд, в том числе на телескопах ESO в Ла Силья и Паранале, показали, что расширение Вселенной ускоряется. За этот результат была присуждена Нобелевская премия по физике 2011 года.
Научные статьи :
Perlmutter et al., 1999ApJ…517..565P (Telbib),
Riess,A. et.al., 1998, AJ116 1009 (Telbib),
Schmidt, B. et.al., 1998, ApJ 507 46 (Telbib),
Perlmutter, S. et al., 1998, Nature, vol. 391, 51 (Telbib),
Tonry, J.L. et al, 2003, ApJ (Telbib),
Knop, R.A. et al, 2003, ApJ (Telbib),
Riess, A. et al, 2004, ApJ (Telbib),
Astier, P. et al, 2006, A&A (Telbib)
Подробнее в пресс-релизе ESO eso9861
Планета найдена в обитаемой зоне вокруг ближайшей звезды, Проксима Центавра
Долгожданный мир, обозначенный как Проксима b, обращается вокруг своей холодной красной родительской звезды каждые 11 дней и имеет температуру, достаточную для существования жидкой воды на его поверхности. Этот каменистый мир немного массивнее Земли и является ближайшей к нам экзопланетой, а также может быть ближайшим местом обитания жизни за пределами Солнечной системы.
Научная статья :
Англада-Эскуде и др. (Telbib)
Подробнее в пресс-релизе ESO eso1629

Астрономы сделали первое изображение черной дыры
ESO, ALMA и APEX вносят свой вклад в меняющие парадигму наблюдения за гигантской черной дырой в сердце галактики Мессье 87 Телескоп горизонта событий (EHT) — группа из восьми наземных радиотелескопов планетарного масштаба, созданная в результате международного сотрудничества — был разработан для получения изображений черной дыры. Исследователям EHT удалось получить первое прямое визуальное свидетельство существования сверхмассивной черной дыры и ее тени. На изображении видна черная дыра в центре Мессье 87, массивной галактики в соседнем скоплении галактик Девы.
Научные статьи
Документ I: Тень сверхмассивной черной дыры
Документ II: Массив и приборы
Документ III: Обработка данных и калибровка
Документ IV: Изображение центральной сверхмассивной черной дыры
Документ V: Физическое происхождение асимметричной Кольцо
Бумага VI: Тень и масса центральной черной дыры
Подробнее

На странице EHT: eso. org/eht и в пресс-релизе ESO eso1907

Революционное изображение ALMA раскрывает генезис планет
В 2014 году ALMA, Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка, раскрыла замечательные детали формирующейся Солнечной системы. Изображения HL Тельца были самыми четкими из когда-либо сделанных в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Они показывают, как формирующиеся планеты всасывают пыль и газ в протопланетный диск.
Научная статья: 2015ApJ…808L…3A
Подробнее в пресс-релизе ESO eso1436
Первое изображение экзопланеты
VLT получил первое в истории изображение планеты за пределами нашей Солнечной системы. Планета массой 5 масс Юпитера вращается вокруг несостоявшейся звезды — коричневого карлика — на расстоянии, в 55 раз превышающем среднее расстояние от Земли до Солнца.
Научная статья :
Chauvin et al. 2004 (Telbib)
Подробнее в пресс-релизе ESO eso0428
Первый свет от источника гравитационных волн
Телескопы ESO в Чили обнаружили первый видимый аналог источника гравитационных волн. Эти исторические наблюдения позволяют предположить, что этот уникальный объект является результатом слияния двух нейтронных звезд. Катастрофические последствия такого слияния — давно предсказанные события, называемые килоновыми, — рассеивают тяжелые элементы, такие как золото и платина, по всей Вселенной.
Научные статьи :
E. Pian et al, 2017, Nature
N.R. Tanvir et al, 2017, Astrophysical Journal Letters
S.J. Smartt et al, 2017, Nature
S. Covino et al, 2017, Nature8 J. 901 Hjorth et al, 2017, Astrophysical Journal Letters
A.J. Levan et al, 2017, Astrophysical Journal Letters
Подробнее в пресс-релизе ESO eso1733
Прямые измерения спектров экзопланет и их атмосфер
Атмосфера вокруг экзопланеты суперземли была впервые проанализирована с помощью VLT. Планета, известная как GJ 1214b, изучалась, когда она проходила перед своей родительской звездой, и часть звездного света проходила через атмосферу планеты. Атмосфера либо в основном состоит из воды в виде пара, либо в ней преобладают густые облака или дымка. Это следует из ранее полученного первого прямого спектра экзопланеты.
Научные статьи:
Бин, Дж. и др., 2010, Nature
Janson, M. et al, 2010, ApJ
Подробнее в пресс-релизе ESO eso1047 и в пресс-релизе ESO eso1002
Космическая температура, измеренная независимо
VLT впервые обнаружил молекулы окиси углерода в галактике, расположенной на расстоянии почти 11 миллиардов световых лет, и это достижение оставалось недостижимым в течение 25 лет. Это позволило астрономам получить самое точное измерение космической температуры в столь отдаленную эпоху.
Научная статья :
Сриананд, Р. и др., 2008, A&A (Телбиб)
Нотердаме и др., A&A (Телбиб)
Подробнее в пресс-релизе ESO eso0813
Планетарная система-рекордсмен
Астрономы обнаружили систему из семи планет размером с Землю всего в 40 световых годах от нас. С помощью наземных и космических телескопов, в том числе Очень большого телескопа ESO, все планеты были обнаружены, когда они проходили перед своей родительской звездой, ультрахолодной карликовой звездой, известной как TRAPPIST-1. Три из планет находятся в обитаемой зоне и могут содержать океаны воды на своей поверхности, что увеличивает вероятность того, что звездная система может принять жизнь. В этой системе есть как самое большое количество планет размером с Землю, так и самое большое количество миров, которые могут поддерживать жидкую воду на своей поверхности.
Научная статья :
Gillon et al. (2017) (Telbib)
Подробнее в пресс-релизе ESO eso1706

Scientific Discoveries – UT Southwestern, Dallas, Texas

Breadcrumb Navigation

Вы находитесь здесь:

Home
Исследования
Открытия

UT Юго-Западный медицинский центр является домом для многих врачей и ученых, признанных на национальном и международном уровне, в том числе четырех лауреатов Нобелевской премии, 25 членов Национальной академии наук и 16 членов Национальной медицинской академии (ранее Институт медицины). Их исследования варьируются от микроскопического уровня до всего пациента и привели к нескольким заметным открытиям.

Старение/болезнь Альцгеймера
Рак
Рак/стволовые клетки
Кардиология
Холестерин
Депрессия
Диабет
Болезни органов пищеварения и печени
Врожденный иммунитет
Метаболизм и питание
Ожирение
Остеопороз/камни в почках
Профилактическая медицина
Трансплантаты
Травма

Старение/Болезнь Альцгеймера

Стивен Макнайт, доктор философии, и Эндрю Пипер, доктор философии, идентифицировали соединение (P7C3) и продемонстрировали, что оно сохраняет вновь созданные клетки мозга и улучшает обучение и память. Исследование, финансируемое Национальным институтом здравоохранения, привело к дальнейшим исследованиям механизма, с помощью которого P7C3 защищает клетки от гибели, и того, может ли это соединение оказывать какое-либо защитное действие при различных нейродегенеративных заболеваниях.
Ученые под руководством доктора медицины Роджера Розенберга создали экспериментальную вакцину против бета-амилоида, небольшого белка, который образует бляшки в головном мозге и, как считается, способствует развитию болезни Альцгеймера. По сравнению с предыдущими так называемыми ДНК-вакцинами, новая экспериментальная вакцина стимулировала более чем в 10 раз больше антител, которые связываются с бета-амилоидом и устраняют его.

Вернуться к началу

Рак

Джон Минна, доктор медицины, и Ади Газдар, доктор медицины, потратили последние 30 лет на выяснение генетических изменений, связанных с развитием рака легких. Их работа направлена на обнаружение этих изменений и использование их в качестве биомаркеров — молекулярных признаков болезни — как для раннего выявления рака легких, так и для разработки новых методов лечения. Их подход заключается в продвижении персонализированной медицины, целью которой является воздействие на уникальные характеристики опухоли человека с помощью лучших современных методов лечения.
Джонатан Ур, доктор медицинских наук, исследует загадки рака молочной железы. Около 10 лет назад он разработал метод обнаружения раковых клеток, которые выделяются из первичной опухоли и продолжают циркулировать в крови. Тест был коммерциализирован и теперь регулярно используется в лабораториях для выборочного извлечения циркулирующих раковых клеток из кровотока для дальнейшего анализа и характеристики.
Новаторские открытия Стива Макнайта, доктора философии, Дэвида Рассела, доктора философии, Рика Бруика, доктора философии, и Кевина Гарднера, доктора философии. привело к открытию важного фактора, вызывающего рак, HIF-2a, а также к обнаружению уязвимости в структуре белка. Были идентифицированы небольшие молекулы, которые использовали эту уязвимость и нейтрализовали HIF-2a. Была основана биотехнологическая компания Peloton Therapeutics, которая превратила первые низкомолекулярные ингибиторы в лекарство. Исследование Джеймса Бругароласа, доктора медицины, доктора философии. представили первые доказательства того, что нацеливание на HIF-2a является эффективной стратегией против рака почки. Кроме того, ингибиторы HIF-2a были более эффективны и лучше переносились, чем стандартное лекарство от рака почки, сунитиниб. Юго-западный университет штата Юта получил Специализированную программу передового опыта в области исследований (SPORE), одну из двух таких наград в области рака почки в стране.

Вернуться к началу

Рак/стволовые клетки

Группа под руководством Шона Моррисона, доктора философии, из Научно-исследовательского института Детского медицинского центра Юго-Западного университета штата Юта определила среду, в которой кроветворные стволовые клетки выживают и развиваются в организме, что является важным шагом на пути к повышению безопасности и эффективность трансплантации костного мозга. Другое исследование, проведенное Луисом Парадой, доктором философии, относительно распространенной и смертельной опухоли головного мозга, выявило подмножество раковых стволовых клеток, которые, по-видимому, не только выживают при стандартной химиотерапии, но также, вероятно, служат источником рецидива рака.

Вернуться к началу

Кардиология

Хелен Хоббс, доктор медицины, и Джонатан Коэн, доктор философии, являются одними из ведущих мировых экспертов по генетическим факторам, связанным с сердечными заболеваниями. Они показали, что люди с мутациями в PCSK9 имели 28-процентное снижение уровня холестерина ЛПНП и 88-процентное снижение риска ишемической болезни сердца за 15-летний период по сравнению с людьми без мутации. Передовая статья в The New England Journal of Medicine считает, что их работа «подстегнула интерес к терапевтическим средствам PCSK9», которые в настоящее время разрабатываются несколькими фармацевтическими компаниями.
Работа Эрика Олсона, доктора философии, считается важным шагом в поиске генетических мишеней для лечения врожденных пороков сердца и болезней сердца у взрослых, и она пролила свет на фундаментальные принципы формирования органов. Он и его команда обнаружили сети генов, которые управляют формированием сердца, и показали, как унаследованные генетические мутации в этих генах вызывают врожденный порок сердца, наиболее частую форму врожденного дефекта.
Исследователи, включая доктора Олсона и Хешама Садека, доктора медицинских наук, точно определили молекулярный механизм, необходимый для раскрытия способности сердца к регенерации. Исследователи обнаружили, что микроРНК — крошечные нити, которые регулируют экспрессию генов, — способствуют способности сердца к регенерации в течение одной недели после рождения. Вскоре после этого сердце теряет способность к регенерации. Выявление естественного регенеративного выключателя сердца является важным шагом на пути к разработке возможных методов лечения повреждений, полученных после сердечного приступа.
UT Юго-западное исследование показывает, что снижение уровня «плохого» холестерина в крови в более раннем возрасте, даже незначительное, обеспечивает существенную защиту от ишемической болезни сердца. Выводы 2006 года были основаны на 15-летних данных, отслеживающих более 12 000 многонациональных субъектов, и были опубликованы в The New England Journal of Medicine .
Далласское исследование сердца, новаторское исследование сердечно-сосудистых заболеваний с участием тысяч жителей округа Даллас, было начато в 1999. Около 6000 человек приняли участие в исследовании, в ходе которого исследователи использовали молекулярные и клинические методы исследования для обследования большой многоэтнической группы лиц с целью разработки новой биотехнологии и создания новой программы обучения для ученых-врачей.

Вернуться к началу

Холестерин

UT Юго-западные исследователи идентифицировали почти 30 генов, вызывающих заболевания, в том числе в 1983 году ген, ответственный за семейную гиперхолестеринемию, наследственное заболевание, которое вызывает чрезвычайно высокий уровень холестерина и сердечные приступы в раннем возрасте. Это открытие Майкла Брауна, доктора медицины, и Джозефа Гольдштейна, доктора медицины, способствовало тому, что пара получила Нобелевскую премию по физиологии и медицине за их исследование, раскрывающее основные механизмы метаболизма холестерина.
Исследователи под руководством Джея Хортона, доктора медицины, показали, что белок, ответственный за регулирование «плохого» холестерина в крови, действует почти исключительно вне клеток, что дало ключ к разработке методов лечения, блокирующих разрушительное действие этого белка.

Вернуться к началу

Депрессия

UT Юго-западные исследователи возглавили шестилетнее исследование STAR*D (альтернативы последовательного лечения для облегчения депрессии), которое началось в 2001 году и стало крупнейшим исследованием методов лечения депрессии. STAR*D было первым эталонным исследованием, в котором применялись конкретные пошаговые рекомендации по медикаментозному лечению, основанные на симптомах пациентов и побочных эффектах лекарств.
В продолжение STAR*D, Мадхукар Триведи, доктор медицинских наук, в настоящее время возглавляет национальное клиническое исследование, чтобы найти биомаркеры, которые могут лучше предсказать, как люди, страдающие депрессией, будут реагировать на определенные лекарства. Эти биомаркеры помогут врачам персонализировать лечение своих пациентов. Предыдущее исследование, также проведенное под руководством доктора Триведи, показало, что каждый третий пациент с депрессией должен попробовать несколько антидепрессантов, прежде чем найти тот, который работает.

Вернуться к началу

Диабет

UT Юго-западные исследователи во главе с Роджером Унгером, доктором медицины, показали на мышах, что инсулин становится совершенно излишним и его отсутствие не вызывает диабета или каких-либо других отклонений, когда действие глюкагона подавляется. Эти новые результаты могут привести к созданию альтернативы инсулину для лечения диабета 1 типа, которым страдает около 1 миллиона человек в США

Доктор Унгер также является пионером в исследовании действия гормона лептина на диабет. Он и его команда, используя модели мышей, обнаружили, что лептин, вводимый вместо инсулина, лучше контролировал изменчивость уровня сахара в крови и липогенез, превращение простых сахаров в жирные кислоты.

Вернуться к началу

Болезни органов пищеварения и печени

Хелен Хоббс, доктор медицины, и Джонатан Коэн, доктор философии, определили у мышей, что хроническая сверхэкспрессия PNPLA3 приводит к ожирению печени. У людей неалкогольная жировая болезнь печени представляет собой растущую проблему со здоровьем, которая затрагивает одну треть взрослых и все большее число детей в развитых странах. Заболевание начинается с аберрантного накопления триглицеридов в печени, что у некоторых людей вызывает воспалительную реакцию, которая может прогрессировать до цирроза и рака печени.

Вернуться к началу

Врожденный иммунитет

Исследование взаимодействия между человеком и микробом является одним из самых важных направлений в науке. В 2011 году руководители UT Southwestern создали Центр генетики защиты хозяина под руководством лауреата Нобелевской премии Брюса Бейтлера, доктора медицины, чтобы ускорить открытия фундаментальных исследований и их применимость к пациентам. Пятый преподаватель UTSW, получивший Нобелевскую премию, доктор Бейтлер был удостоен чести за открытие рецепторных белков, которые распознают болезнетворные агенты и активируют врожденный иммунитет, первый шаг в иммунном ответе организма.
Ученые под руководством Чжицзяна «Джеймса» Чена, доктора философии, изучают механизмы передачи сигналов, а именно то, как клетка взаимодействует с окружающей средой и внутри себя. Они сосредоточены на изучении того, как клетка обнаруживает вредоносные или посторонние угрозы и принимает соответствующие меры для восстановления гомеостаза. Исследования клеточной сигнализации и защиты хозяина, проведенные в лаборатории доктора Чена, выявили неожиданные клеточные функции, которые способствуют росту нормальных и раковых клеток и иммунному ответу.

Вернуться к началу

Метаболизм и питание

В знаменательном исследовании, опубликованном в 2002 г. в The New England Journal of Medicine , группа исследователей под руководством Абхиманью Гарга, доктора медицинских наук, сообщила, что заместительная терапия лептином не только контролирует тяжелую резистентность к инсулину и снижает уровень триглицеридов у пациентов с тяжелая липодистрофия, но также и снижение накопления жира в печени, аномалия, для которой не существует эффективного лечения.
Исследования в Центре питания человека важны для всех. Исследователи центра во главе со Скоттом Гранди, доктором медицинских наук, первыми доказали, что «средиземноморская диета» полезна для здоровья, обнаружили, что антиоксиданты помогают предотвратить атеросклероз, и определили разновидности жирных продуктов, которые вредны.

Вернуться к началу

Ожирение

Распространенность проблем, связанных с весом, среди людей, страдающих от хронического стресса и депрессии, может быть вызвана грелином, так называемым «гормоном голода», который содержится в желудочно-кишечном тракте. Исследования Джеффри Зигмана, доктора медицинских наук, показали, что грелин участвует в отправке сигналов голода в мозг, и что хронический стресс и депрессия вызывают повышение его уровня. Это вызванное стрессом повышение уровня грелина у мышей приводит к перееданию и увеличению массы тела, что, по словам доктора Зигмана, может быть применимо и к людям.

Вернуться к началу

Остеопороз/камни в почках

Чарльз Ю. К. Пак, доктор медицинских наук, и его исследовательская группа сыграли решающую роль в разработке нескольких препаратов, используемых во всем мире, включая цитракал для профилактики остеопороза и Уроцит-К для контроля образования камней в почках, а также широко признанных диагностических методов измерения факторы риска образования камней в почках.

Вернуться к началу

Профилактическая медицина

Джаретт Берри, доктор медицины, показал, что решения людей в раннем возрасте могут оказать существенное влияние на их дальнейшую жизнь. Факторы риска, которые развиваются у нас в молодом и среднем возрасте, будут продолжать определять риск сердечных заболеваний на протяжении всей жизни. Физическая форма в 30, 40 и 50 лет не только помогает продлить жизнь, но и увеличивает шансы на здоровое старение, свободное от хронических заболеваний, как обнаружили исследователи под руководством доктора Берри.
Белок в крови, который считается ключевым индикатором будущих сердечных заболеваний, может значительно различаться у женщин и мужчин, а также у чернокожих и белых, согласно исследователям под руководством Амита Кера, доктора медицинских наук. С-реактивный белок, или СРБ, высвобождается как часть воспалительной реакции организма человека. Аномальные жировые отложения на внутренних стенках склонных к разрыву артерий также могут вызывать повышение уровня СРБ, поэтому в последнее время этот белок рекламируется как средство для определения относительного риска сердечных заболеваний у некоторых пациентов.
Джеймс де Лемос, доктор медицинских наук, и другие клиницисты юго-западного штата Юта обнаружили, что более точная версия анализа крови, обычно используемая для подтверждения того, что у кого-то сердечный приступ, может указать, есть ли у, казалось бы, здорового человека средних лет нераспознанное заболевание сердца. Использование этого высокочувствительного теста на белок, называемый сердечным тропонином Т (cTnT), позволило обнаружить белок примерно в 25 процентах поставляемых образцов крови. Исследование также показало, что люди с обнаруживаемым уровнем тропонина Т почти в семь раз чаще умирают в течение шести лет от сердечно-сосудистых заболеваний, чем здоровые люди.

Вернуться к началу

Трансплантаты

Питер Штастны, доктор медицинских наук, отодвигает традиционное тестирование на новые методы, которые могут позволить врачам предсказать, выработаются ли у реципиента органа антитела, отторгающие трансплантат. Сотрудничая с коллегами в Германии, д-р Штастны впервые идентифицировал антитела, связанные с отторжением трансплантата здоровой в других отношениях почки. Исследование появилось в The New England Journal of Medicine 9.0013 .

Вернуться к началу

Травма

Хант Батджер, доктор медицинских наук, выпускник Юго-Западного университета штата Юта, бывший стажер и преподаватель, вернулся в кампус в качестве заведующего отделением нейрохирургии. Известный нейрохирург, специализирующийся на цереброваскулярных заболеваниях, доктор Батьер меняет методы оценки и лечения травм головы любительскими и профессиональными спортивными командами, поскольку он является сопредседателем Медицинского комитета головы, шеи и позвоночника Национальной футбольной лиги.