«БАК на высокой светимости» (англ. High-Luminosity LHC) – это название улучшения для большого адронного коллайдера (LHC) на более высокую светимость. Коллайдер ускоряет заряженные частицы на встречных пучках, предназначен для разгона протонов и тяжёлых ионов (ионов свинца) и изучения продуктов их соударений. Новая конструкция в итоге повышает светимость устройства в 10 раз, увеличивая шансы увидеть редкие процессы и улучшить статистически предельные измерения.
Светимость – это способ измерения производительности ускорителя. В данном случае это параметр коллайдера, характеризующий интенсивность столкновения частиц двух встречных пучков. Чем выше светимость, тем больше данных, которые могут быть собраны во время эксперимента. HL-LHC может выполнить детальные исследования новых частиц, таких как бозон Хиггса. Он позволяет вести наблюдение за редкими процессами, которые были недоступны на предыдущих уровнях чувствительности. Теперь БАК испускает более 15 миллионов бозонов Хиггса каждый год, по сравнению с 1,2 млн., произведенных в 2011-2012 годах.
Усовершенствование до HL-LHC зависит от нескольких технологических инноваций, которые являются чрезвычайно сложными для исследователей – установке сверхпроводящих крабовых резонаторов, разворачивающих сгустки для лобового столкновения. Для увеличения угла пересечения, и усиления линз финального фокуса стали использовать магнитные элементы не с традиционным ниобий-титановым, а со станнидом триниобия Nb3Sn и высокотемпературным сверхпроводящим кабелем и полем до 16 Тесл. Также, для того чтобы обработать возросшее число событий потребовалась значительная модернизация всех детекторов, установленных на кольце.
Вместе эти обновления помогают развивать и усовершенствовать знания, полученные благодаря обнаружению бозона Хиггса и предлагают по-новому взглянуть на так называемую «новую физику», более фундаментальную и полную теорию, нежели стандартная модель.
После успеха большого адронного коллайдера (БАК) в Европе, китайцы решили построить свой собственный большой ускоритель частиц. Исследователи из Института Физики Высоких Энергий в Пекине объявили о планах по строительству установки длиной в 52 км, что в два раза больше окружности БАКа. Это позволит изучить бозон Хиггса более подробно, по-новому взглянуть на фундаментальную структуру материи и подтвердить существование нескольких видов бозона Хиггса. Строительство было начато в 2019 году, а завершено в 2028 году. Результаты исследований подхлестнут учёных к постройке ещё большей установки в 2035 году.
Благодаря использованию множества современных технологий, анализ места преступления и криминалистика в целом чрезвычайно усложнились и ускорились. Исследования, которые занимали часы, дни или недели в предыдущие десятилетия, теперь могут быть выполнены в считанные секунды.
Портативное оборудование превратило среднего агента ФБР в ходячую лабораторию. Расширенная реальность (сочетание реальной и виртуальной реальностей) и мощный искусственный интеллект в сочетании со сверхбыстрой широкополосной связью и облачными сетями позволяют анализировать место преступления беспрецедентно новыми способами. Важные детали могут быть выделены из окружения, просто посмотрев вокруг. Они могут включать в себя биологические доказательства, такие как кровь, волосы и отпечатки пальцев, следы, следы шин, и даже частицы в воздухе. Массивные онлайновые базы данных доступны в полевых условиях для анализа находок. Распознавание лиц в сочетании с доступом к базам данных о судимостях позволяет создать полный профиль подозреваемого прямо в поле зрения офицера, использую расширенную реальность. Новые программы искусственного интеллекта позволяют определить любое подозрительное поведение или распознать знакомые лица.
В частности, крупные прорывы произошли в области сканирования ДНК. Скорость секвенирования генома выросла столь быстро, что эквивалент всего проекта генома человека может быть выполнен почти мгновенно, с помощью специальных сенсорных перчаток. Помимо ДНК человека, растительные и животные ДНК миллионов различных видов могут быть также идентифицированы. Новые алгоритмы созданы для анализа огромного количества геномных данных и идентификации конкретных геномов.
Почти мгновенное секвенирование геномов с использованием промышленного размера установок уже начало появляться во второй половине 2010-х годов. Тем не менее, оставались проблемы точности (машины все еще были подвержены ошибкам) и портативности. Последующие поколения нанотехнологий постепенно снизили стоимость, время и размер необходимого оборудования. К 2030 году секвенирование стало дешевым и проводится с очень высокой точностью, портативно и с использованием огромных онлайновых баз данных для точного анализа информации о потерпевших и подозреваемых. При анализе места преступления, стало возможным даже идентифицировать лицо, используя только образцы ДНК.
Сочетание все более частых и сильных засух, старения инфраструктуры и истощения подземных водоносных хранилищ представляет в настоящее время угрозу для миллионов людей во всем мире. Продолжающийся рост населения только усугубляет этот процесс, глобальные запасы пресной воды находятся на пределе. Это приводит к быстрому распространению технологии опреснения воды.
Идея удаления соли из соленой воды была описана ещё в 320 г. до нашей эры. В конце 1700-х опреснение было применено военным флотом США, используя солнечные дистилляторы, встроенные в судовые печи. Однако только в 20-м веке опреснение стало применяться в промышленных масштабах с использованием многоступенчатой дистилляции и обратноосмотических мембран. Для этого может использоваться вторичное тепло, возникающее при сжигании ископаемого топлива или атомные электростанции, но даже в этом случае опреснение остается непомерно дорогим, неэффективным и очень энергоемким.
К началу 21-го века мировой спрос на ресурсы рос в геометрической прогрессии. По оценкам ООН, к 2030 г. человечеству потребуется на 30% больше пресной воды, чем было необходимо в 2012. Исторически сложившиеся темпы роста эффективности опреснения больше не в состоянии идти в ногу с быстро увеличивающимся населением, что также усугубляется последствиями изменения климата.
Новые методы опреснения рассматривались в качестве возможного решения этого кризиса; ряд прорывных методов возник в 2000-х и 2010-х годах. Одним из таких методов, особенно полезным в засушливых регионах, стало использование концентрированных фотоэлектрических (КФЭ) элементов для гибридного производства электричества и воды. В прошлом, использование этих систем затруднялось высокими температурами, что делало эти элементы неэффективными. Эта проблема была преодолена с помощью заполненных водой микроканалов, обеспечивающих охлаждение элементов. Помимо увеличения эффективности самих элементов, горячие сточные воды могут быть повторно использованы для опреснения. Этот комбинированный процесс позволяет снизить стоимость и расход энергии, что делает его широкомасштабное применение более целесообразным.
Эта, а также другие инновационные технологии благодаря огромным инвестициям привели к существенному росту опреснения по всему миру. Эта тенденция была особенно заметна на Ближнем Востоке и в других экваториальных районах, где имеется наибольшая концентрация солнечной энергии и самый быстрорастущий спрос на воду.
На графике по вертикали: мировые опреснительные мощности, км3/год; по горизонтали – год
Тем не менее, этот экспоненциальный прогресс оказался незначительным по сравнению с огромным объёмом воды, необходимым для постоянно расширяющейся глобальной экономики, включающей теперь растущий средний класс в Китае и Индии. Каждый год мировое население увеличивается на 80 миллионов человек — что эквивалентно всему населению Германии. К 2017му году в Йемене возникла чрезвычайная ситуация в связи с практически полным истощением запасов подземных вод в столице. Серьезный уровень региональной нестабильности возникает на Ближнем Востоке, Северной Африке и Южной Азии, поскольку водные ресурсы стали оказывать большее влияние и стали использоваться в качестве шантажа и политических спекуляций.
На фоне этих волнений был достигнут еще больший прогресс в области опреснения. Было признано, что текущие тенденции прироста опреснительных мощностей, хотя и впечатляющие по сравнению с предыдущими десятилетиями, являются недостаточными для удовлетворения мирового спроса. Таким образом, встаёт вопрос о необходимости масштабного фундаментального прорыва в этой области.
На графике по вертикали: мировое потребление воды (км3/год); легенда сверху: мировое производство пресной воды, опреснение (текущий тренд), прирост объема опреснения, необходимый для удовлетворения будущих потребностей; по горизонтали – год
Групповая робототехника является сравнительно новой областью, возникнув в первое десятилетие 2000-х годов. Она основана на идее одновременного контроля очень большого количества роботов в целях выполнения задач, которых индивидуальная машина не может добиться в одиночку. Это достигается при помощи комбинации миниатюризации компьютеров и опорно-двигательных систем, ультра-легких материалов, компактных датчиков и беспроводных технологий.
Ранние поколения этих роботов были сравнительно большими и громоздкими, не имеющими необходимой вычислительной мощности, чтобы участвовать в каких-либо сложных операциях. Хотя они способны летать, они были в основном экспериментальными, размером с птицу, опирались на тяжелые компоненты с быстро разряжающимися аккумуляторами. Технологии значительно улучшились в конце 2010-х годов, вплотную подойдя к новой эре дронов-шпионов размером с насекомых. Они могут имитировать структуру тела, движение и поведение реальных насекомых.
В течение следующих двух десятилетий дальнейшие улучшения в области ИИ и удаленного управления позволили машинам работать в более крупных и продуктивных сетях, и в то же время, электронные компоненты за десятилетие уменьшились в размере на два порядка.
Одно из наиболее важных применений в течение этого времени функционирования – это использование групповых микро роботов в качестве искусственных опылителей растений в ответ на катастрофическое сокращение популяции медоносных пчёл. Они могут также служить для выполнения других экологических функций, таких как мониторинг атмосферы, земли и воды, в том числе в городской местности, с беспрецедентной скоростью и детальностью. Эти устройства также полезны в поисково-спасательных операциях, помогая в сборе данных в реальном времени.
Жуткое применение можно наблюдать в военных столкновениях. К 2030 году военные роботы миниатюризированы и соответствовуют даже малейшим известным насекомым, размером менее 0,15 мм. К концу этого десятилетия некоторые модели настолько компактны, что невидимы невооруженным глазом. Они могут быть объединены в обширные стаи, насчитывающие триллионы «особей» и вместе напоминать облака газа. Это эффективная форма программируемой материи, состоящая из робота-«частицы», способной к полету. Высвобожденные из капсулы, которую может сбросить беспилотник, рой нанороботов может выполнять расширенную разведку, координировать кибер-атаки и вторгаться на базу противника – ликвидировать человека и даже вывезти из строя крупную военную технику. Подобно термитам они используют специализированные придатки-жвала, которыми могут уничтожить электронику, испортить оборонительное оборудование, оставляя врагов полностью уязвимыми. Даже подземные бункеры теперь не безопасны – рой растворит всё, кроме наиболее сильно укрепленной брони, и легко проникнет через трещины, отверстия, вентиляцию и т.п.
Помимо наступательных способностей, нанороботы могут нести оборонительную роль. Парящие на малой высоте, они могут служить прикрытием для продвижения наземных войск, действуя в качестве «живого щита» или «буферов» вражеских снарядов, немного напоминающих заградительные аэростаты Второй Мировой войны. Они могут также объединяться во временные структуры, как простые мосты, чтобы переправиться через реку, носилки для переноски пострадавших бойцов, веревки, лестницы и так далее.
Применение нанотехнологий в военных целях ускорилось в последние десятилетия, страны пытаются получить преимущество в ведении военных действий. Рой нанороботов стал последним и наиболее весомым шагом в этой гонке. ООН классифицирует их в качестве оружия массового уничтожения, приравнивая к ядерному, химическому и биологическому оружию. Подписаны международные договоры, ограничивающие их использование. Также введены механизмы безопасности для того, чтобы свести к минимуму их возможное применение и распространение. Например, самовоспроизводящиеся модели полностью под запретом, поскольку они могут истребить всю биосферу. Растут опасения возможной потенциальной террористической атаки, развития сценария конца света «Серая слизь».
Кадр из фильма «День, когда земля остановилась», 2008, 20th Century Fox Film Corporation
Сталкивая заряженные частицы вместе на встречных высокоэнергетических пучках, можно воссоздать условия, схожие с ранними моментами жизни Вселенной. Чем выше энергия, тем дальше во времени исследователи могут имитировать прошлое, и тем больше вероятность того, что будут наблюдаться экзотические взаимодействия.
Большой Адронный коллайдер (БАК) строился Европейской Организацией Ядерных Исследований (ЦЕРН) с 1998 по 2008 годы. Описываемый как «одно из величайших инженерных достижений человечества», БАК позволил физикам проверить предсказания теории физики элементарных частиц и физики высоких энергий, и самое главное, доказать или опровергнуть существование давно теоретизированного бозона Хиггса, а также большого семейства новых частиц, предсказанных теорией суперсимметрии.
Бозон Хиггса был подтвержден данными, полученными благодаря БАК в 2013 году. В последующие десятилетия коллайдер продолжал отвечать на многие нерешенные вопросы, повышая уровень знаний физических законов. Обновление коллайдера было завершено в 2015 году, позволив удвоить его энергию с 3,5 до 7 тэраэлектронвольт (1 ТэВ = 1012 электронвольт) в каждом пучке. Дальнейшее повышение производительности в 2020-х годах увеличивали светимость коллайдера в 10 раз, предоставляя больший шанс увидеть редкие процессы и повысить статистически предельные измерения.
Очень Большой Адронный коллайдер (ОБАК, VLHC) является правопреемником Большого Адронного коллайдера (LHC). Проектирование и выбор расположения был завершен в середине 2020-х годов, с началом строительства через десять лет после этого. С тоннелем протяжённостью 100 км, VLHC, крупнейший ускоритель частиц из когда-либо построенных, соединяется с LHC. Проходящий рядом с горным массивом Юра на западе и Альпами на Востоке, его диаметр настолько велик, что необходимо было прорыть тоннель пож Женевским озером. Его энергия столкновения составляет более 50 ТэВ в луче, что более чем в семь раз мощнее, чем его предшественник.
VLHC приводит к революции в физике частиц – значительно улучшив наши знания о темной материи, темной энергии, теории струн и суперсимметрии (теория, которая предполагает наличие второго «суперпартнёра», который взаимодействовует с каждым бозоном Хиггса). Новая информация черпает данные о структуре и характере дополнительных измерений и их влияние на вселенную, давая обоснования теориям выходящими за рамки Стандартной Модели.
В долгосрочной перспективе VLHC поможет в развитии пикотехнологий – новых материалов в масштабе на несколько порядков меньшем чем у нанотехнологий.
Ускорители частиц в будущем продолжат расти в размерах и силе, в конце концов станут слишком большими для расположения на планете и будут возводиться в космосе. К середине 4-го тысячелетия сможет быть смоделирован самый ранний момент Большого взрыва, демонстрируя состояние, известное как Энергия Великого Объединения, в которой фундаментальные силы объединены в единую силу.
Карта Очень Большого Адронного коллайдера (VLHC / ОБАК) и его расположение по сравнению с Большим Адронным коллайдером (LHC / БАК). Изображение: ЦЕРН.
В начале 20-го века смертная казнь практиковалась почти во всех частях земного шара – в том числе в наиболее развитых странах. В последние десятилетия многие страны отменили ее. Последнее обезглавливание во Франции было проведено в 1977 году, в то время как в Великобритании смертный приговор за измену был прекращен в 1998 году.
Мнения американцев по этому вопросу существенно различаются, но число казней в США значительно снизилось. Достигнув своего пика в середине 1930-х, они резко упали после того, как снова наблюдался рост в 1990-х, прежде чем снизиться опять в 21-м веке. В период между 2000 и 2010 число казней в США сократилось более чем наполовину. Стало намного дешевле сажать людей в тюрьму пожизненно.
К 2010 году почти 50% стран запретили смертную казнь за все преступления. Это отражает опасения по поводу возможности казни невиновного, а также нравственности таких жестоких наказаний в современном цивилизованном обществе. Общественное мнение продолжает двигаться в пользу запрета – тенденция подпитывается растущим доступом к информации, представленной в Интернете, СМИ и технологиям в целом. Это включает выявления ошибки анализа ДНК, например, а также громких расследований СМИ, а также деятельности международных организаций по правам человека, таких как Amnesty International.
Другим фактором поддержания этой тенденции стал рост урбанизации и демократизации планеты, наблюдается тенденция в пользу более либеральной и прогрессивной политики. Еще одним фактором является постоянное влияние феминизма в обществе: женщин, стремящихся противостоять смертной казни больше, чем мужчин.
Тем не менее, смертная казнь оставалась в ряде регионов: в частности, Китае, который провел больше казней, чем остальные страны мира вместе взятые, убивая тысячи своих граждан каждый год. Иран, Северная Корея, Саудовская Аравия и Йемен также известны своими казнями, иногда осуществлявшимися за весьма сомнительные действия (например, колдовство).
К концу 2030-х годов, практически все страны в развитом мире отменили смертную казнь – в то время как меньшинство: репрессивные и страны-изгои продолжают практиковать это деяние. Хотя его распространенность упала даже в мусульманском обществе в целом, мировая отмена смертной казни ещё не произошла.
В начале 2000-х годов ученые смогли перемещать частицы света (с нулевой массой) на короткие расстояния. Дальнейшие эксперименты в квантовой запутанности привели к успешной телепортации первого полного атома. За этим последовали первые молекулы, состоящие из нескольких атомов. К концу 2030-х годов, первые сложные органические молекулы, такие как ДНК и белки, удалось телепортировать.
Структуры с использованием нанотехнологий – повсюду. Они доступны для огромного ассортимента одежды, обуви и аксессуаров, отличными по своей конструкции. Например, одежда может быть запрограммирована на изменения своей молекулярной структуры, на изменение цвета, текстуры или стиля. Другие имеют самоочищающиеся способности, с микро-тонким слоем дезинфицирующих средств для регулирования уровня микробов и грязи.
Другие обладают более экзотическими свойствами. Одним из таких примеров является материал, который может повторить текстуру конечности геккона. Это позволяет людям удерживаться на вертикальных поверхностях, придавая им ловкость Человека-паука. В дополнение к искателям приключений и альпинистам, ряд радикальных активистов прибегает к этим технологиям. Например, в новостях можно увидеть протестующих экологов, залезающих на известные здания, чтобы прикрепить на них баннеры и плакаты. Ряд государственных учреждений и корпоративных штаб-квартир в настоящее время настороженно относятся к этим технологиям, так как они вызывают у них опасения о возникновении более серьёзных инцидентов, связанных с террористическими атаками. Многие компании вынуждены улучшить меры безопасности.
Существуют и более продвинутые «хамелеон»-материи – в тканях используют специальные свойства. Они выпускаются в форме костюмов, которые меняют цвет, чтобы соответствовать окружающей среде носителя, обеспечивая почти идеальное средство маскировки.
Клэйтроника, также известная как программируемая материя, внедряется сегодня в бесчисленное количество предметов обихода. Эта технология подразумевает управление крошечными устройствами, названными к-атомами (клэйтронические атомы). Соединенные посредством электростатики, они действуют совместно, производя крупномасштабные изменения.
Предметы, с которыми взаимодействуют к-атомы, могут радикально менять свою форму и функции. Например, одни предметы мебели могут трансформироваться в другие. Кровать может вдруг стать диваном или большим столом. Стулья могут моментально подстраиваться под сидящего. Стены, ковры, потолки, двери и другие поверхности могут по требованию менять цвета или структуру.
Можно сделать электронику более легко приспосабливаемой к окружающей среде – таким образом, чтобы она изменяла свою структуру и была в состоянии справиться с пылью и жарой в пустыне, затем перестроиться, чтобы сопротивляться влажности в джунглях или стать совершенно водонепроницаемой. Устройства, которые носятся на голове и ушах, могут сами подстраиваться под индивидуальные характеристики.
Клэйтроника применяется сейчас во многих транспортных средствах. Поверхности машин могут менять цвета по одному нажатию кнопки или самовосстанавливаться: исправлять вмятины и устранять царапины. Шины могут моментально адаптироваться к поверхности земли или погодным условиям, а прозрачные окна могут мгновенно затемняться при необходимости уединения.
Особенно популярна клэйтроника в детских игрушках – она позволяет фигуркам приобретать поразительно живые формы. Сегодня множество прочих предметов обихода также стали очень легко конфигурируемыми. В дальнейшем будущем с помощью клэйтроники станет возможным создание полностью искусственных людей.
