Что будет в 2030 году?

2035–2075 – Запуск Очень Большого Адронного Коллайдера

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.

Больше…

Открытие подводных подвесных тоннелей в Норвегии

Новая вершина инженерной мысли реализована в этом году в Норвегии открытием нескольких подводных плавающих тоннелей. В каждом тоннеле проложена дорога из двух полос движения. Пролегающая через Согне-фьорд – самому большому и самому известному фьорду в Норвегии и второму по длине в мире, конструкция представляет собой параллельные трубы длиной 1200 м, которые поддерживают собственную плавучесть. Используются законы физики статики жидкостей, то есть силы Архимеда (на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме погруженной части тела). Трубы подвешены на глубине от 20 до 30 метров, что ниже любого возможного контакта с кораблями, выдерживают любые приливные силы или неблагоприятные погодные условия.

Этот проект в своей первой стадии стал первым подводным подвесным тоннелем в мире, введённым в эксплуатацию. В последующие годы к нему присоединятся несколько других близлежащих регионов. В общей сложности стоимость составит 25 миллиардов долларов. Это снизит перегруженность местных паромов и сократит время в пути между севером и югом страны. Например, путешествие на автомобиле, занимающее 21 час из Кристиансанда в Тронхейм сократится более чем наполовину.

Большинство автомобилей на дорогах страны управляются автопилотом, что помогает оптимизировать расходы времени в пути.

Находясь под водой, транспортные системы не портят живописные ландшафты и сохраняют природу в её первозданном виде.

Больше…

Международная лунная исследовательская станция (ILRS) начинает принимать людей

Международная лунная исследовательская станция (ILRS) – это лунная база, построенная на южном полюсе Луны, первоначально автоматическая и роботизированная, но позже начавшая принимать людей на всё более длительные сроки. Возглавляемая Китаем, ILRS привлекает международных партнеров, таких как Россия, которые вносят свой вклад в различные компоненты.

Серия зондов “Чанъэ”, начавшаяся в 2007 году, позволила Китаю приобрести опыт орбитальных маневров и изучения лунной поверхности. Первые две из этих миссий сформировали Первую фазу его программы исследования Луны. Чанъэ 3 и 4, которые сформировали фазу II, включали мягкую посадку и развертывание марсоходов. За фазой III последовали Chang’e 5-T1 и Chang’e 5, последняя из которых в 2020 году стала первой миссией по возвращению образцов грунта на Землю.

Китай намеревался провести четвертый этап в качестве подготовки к созданию лунной исследовательской станции. Чанъэ-6, запущенный в 2024 году, исследовал топографию, состав и структуру недр посадочной площадки на южном полюсе и вернул образцы из этого региона на Землю. Его преемник, Чанъэ-7, более подробно исследовал полярную среду. Эта миссия включала орбитальный аппарат, посадочный модуль, ровер и мини-летающий зонд. Чанъэ-8 последовал в 2027 году и стал самой продвинутой лунной миссией, когда-либо предпринятой Китаем. В дополнение к посадочному модулю, марсоходу и детектору полета, он произвёл 3D-печать с использованием местных ресурсов. Этот эксперимент продемонстрировал испытание конструкции, необходимой для лунной базы.

К 2030 году Китай завершил свою роботизированную программу исследования Луны и начал переходить к более ориентированным на человека миссиям. Сверхтяжелая ракета-носитель Long March 9 значительно расширила возможности страны в космосе. При грузоподъемности 50 000 кг для транслунной доставке на поверхность теперь можно было доставлять очень крупные грузы.

После более ранней демонстрации Chang’e 8 вокруг площадки произходит больше активности. Последующие машины с более совершенными методами строительства заложили начало временной лунной базы. В это время произошла важная веха в истории Китая, когда его первые астронавты отправились на Луну.

Китай намеревался поддерживать более постоянное присутствие на лунной поверхности и работал над созданием Международной лунной исследовательской станции (ILRS), которая на сегодняшний день является его самым амбициозным предприятием. Оно включает поддержку долгосрочных, более масштабных научных исследований, технических экспериментов, добычи и использования лунных ресурсов, а также постройки модулей среды обитания, производства солнечной энергии и транспортных средств для исследований за пределами базы. В период 2036-2045 годы база начинает принимать людей для длительного пребывания.

Как и для аналогичной базы у НАСА, южный полюс является выгодным местом для ILR из-за постоянно освещенных солнцем пятен с почти непрерывной солнечной энергией, а также постоянно затененных кратеров, которые, как известно, содержат воду и другие летучие вещества; результат оси вращения Луны.

Роскосмос и другие международные партнеры участвуют в ILR, которая продолжает расширяться и развиваться в 2040-х годах. К 2045 году Китай начнёт смещать свое внимание с Луны на Марс.

Больше…

Ведётся подробное исследование и картирование пояса Койпера

Достижения в телескопии выявили множество новых тел в поясе Койпера, многие из них схожи с Плутоном по размерам. В то же время, появляется новое поколение солнечных парусных технологий. Космический аппарат с этим типом двигательной формы впервые был продемонстрирован в 2010 году. В настоящее время развёрнуто производство новых версий. Некоторые парусные мембраны расширяются до сотни метров, со значительно улучшенной тягой к массе – до 50 раз выше, чем в предыдущих проектах. Это открытие стало возможным благодаря нанотехнологиям и производству парусных панелей непосредственно в космосе.

Следуя по стопам автоматической межпланетной станции НАСА «Новые горизонты», в 2030х ряд зондов отправляются в пояс Койпера – место, которое до сих пор было в значительной степени неисследованным. Исследования с близких дистанций проводятся по ряду очень старых ледяных планетоидов этого отдалённого региона.

С улучшением телескопов и зондов большей дальности, человечество проникает всё дальше в глубины космоса. Астрономы составляют цельные, высоко детализированные, точные карты нашей Солнечной системы.

Больше…

Суперкомпьютеры достигают производительности в зеттафлопс

Суперкомпьютеры сейчас в 1000 раз мощнее, чем в 2021 году. Самые быстрые машины достигают 1021 операций с плавающей запятой в секунду (FLOPS). Зеттаскейл – термин, обозначающий суперкомпьютеры с производительностью порядка одного зеттафлопса, следует после экзаскейла (миллиарда миллиардов (1018) операций над числами с плавающей точкой в секунду).

Суперкомпьютер, работающий на 1 зеттафлопсе, способен полностью моделировать погоду следующих двух недель на Земле. Количество людей, жалующихся на неточные прогнозы, сводится к нулю, поскольку всё больше и больше метеорологических агентств модернизируют свои системы мониторинга. Модели изменения климата также становятся более точными, чем когда-либо прежде, что еще больше снижает неопределенность в отношении повышения температуры и будущих последствий. Это оказывает ещё большее давление на правительства и предприятия, требуя принятия значимых мер.

Вычисления zettascale также могут значительно сократить время, необходимое для астрофизического моделирования редких явлений, таких как черные дыры, слияния нейтронных звезд и сверхновых. Например, расчеты 3D-модели нестабильности ударной волны от коллапсирующего ядра сверхновой, для выполнения которых на машинах с петафлопсом требовался миллион процессорных часов, на машинах с эксафлопсом 1000 часов, теперь можно выполнить всего за один час.

В микроскопическом масштабе биологические исследования переходят от “моделирования концепции доказательства” к “моделированию производства”. В то время как первые могут представлять короткие траектории в больших системах, содержащих многие миллионы атомов, или миллисекундные траектории в ультра-упрощенных системах, последние позволяют хорошо отбирать образцы больших систем, встроенных в сложные биологические среды. Можно наблюдать не только сворачивание крупных белков, но и весь клеточный протеом и динамику всех путей передачи сигналов. Это раскрывает механизмы старения, клеточного цикла и многих других аспектов биологии более подробно, чем когда-либо прежде.

Наряду с этими традиционными приложениями продолжают появляться интеллектуальные вычислительные приложения, такие как глубокое обучение. Поэтому в конструкциях процессоров в системах зеттаскейл больше учитывается арифметика смешанной точности (числа с различной шириной за одну операцию) для поддержки более разнообразных рабочих нагрузок. Микроархитектуры развиваются, чтобы состоять из все более разнообразных и гетерогенных компонентов, при этом многие формы специализированных ускорителей, включая новые парадигмы, такие как квантовые вычисления, сосуществуют для повышения производительности. Новые соединительные материалы, такие как фотонные кристаллы, позволяют использовать полностью оптические соединительные системы, что приводит к более масштабируемому, высокоскоростному и недорогому соединению. Технологии мемристоров также развиваются, сокращая разрыв между хранилищем данных и вычислениями.

Несмотря на новые системы охлаждения и другие улучшения эффективности, требования к мощности для вычислений зеттаскейл огромны. Некоторые из них имеют пиковое потребление свыше 100 мегаватт (МВт), достаточное для питания небольшого города, и более чем в три раза превышающее показатель японской Фугаку, самой быстрой машины в мире в 2021 году.

Больше…

Мясо «из пробирки» – быстроразвивающаяся отрасль производства

Последние достижения в области тканевой инженерии дали возможность «выращивать» синтетическое мясо при использовании отдельных клеток животных. Впервые такое мясо было продано общественности в 2020-х. После долгих лет проверки и уточнения, широкий спектр различных мясных продуктов был произведен на свет. Сейчас это быстро расширяющийся рынок, особенно в пострадавших от засухи регионах.

В лабораторном мясе имеется ряд преимуществ. Хотя это и просто кусок культивируемых клеток, но он производится без вреда или жестокости по отношению к животным. Это необыкновенно чистый и здоровый продукт, который сохранил оригинальный вкус, текстуру и внешний вид традиционного мяса. Возможно, наиболее важно то, что требуется гораздо меньше воды и энергии для его производства, значительно уменьшая пагубное воздействие на окружающую среду.

Однако ГМ-культуры из-за политических и психологических барьеров не стали столь популярными. Но новый продовольственный кризис, наряду с одобрением борцов за права животных, дали толчок к его развитию. Конечно, потребуется ещё много лет, чтобы полностью заменить традиционное мясо, но во многих странах оно уже является основным продуктом.

Больше…

Болезнь Альцгеймера полностью излечима

Новые методы лечения болезни Альцгеймера, разработанные в 2020-х годах, снизили риск приобретения болезни более чем наполовину. Благодаря новаторским усилиям, ещё одно десятилетие дало значительный прогресс. Исходя из множества долгосрочных исследований, учёные определили чёткие механизмы и процессы, связанные с потерей нейронов и синапсов в коре головного мозга и подкорковых областей. Дефектные гены могут быть «выключены» при помощи препаратов нового поколения, в то время как сам мозг может быть восстановлен.

Этот прорыв помог частично запрограммировать человеческий мозг, что обеспечило исследователей полными моделями нервной системы вплоть до клеточного уровня. Нанороботы, впервые разработанные в 2020х годах, сейчас широко применяются в медицинских учреждениях.

Способность бороться с болезнью Альцгеймера является одним из величайших открытием в истории 2030-х годов. Это происходит в то время, когда деменция растет: со старением населения число случаев заболевания к 2050 году в четыре раза больше, чем было в начале века.

Больше…

Лемуры на грани вымирания

После многих лет сокращения численности, подавляющее большинство лемуров во всех 103 видах находятся под угрозой исчезновения. Это явилось результатом идущей десятилетиями непрерывной вырубке лесов, добычи полезных ископаемых, охоты и подсечно-огневому способу земледелия на Мадагаскаре – единственной естественной средой обитания лемуров на планете. Осталась очень малая часть острова с первоначальным лесным покровом. Это заставляет перебираться лемуров и бесчисленное множество других видов животных на всё более мелкие и изолированные участки, пригодные для обитания.

В предыдущие десятилетия были предприняты попытки сохранить оставшиеся популяции. Эффективность этих проектов была жёстко ограничена социальным и политическим климатом Мадагаскара. Коррупция в правительстве и бессилие правоохранительных органов означало, что какие-либо ограничения на вырубку лесов и браконьерство не работали или попросту игнорировались. Крайняя бедность жителей также заставляла многих незаконно рубить лес или искать золото, чтобы обеспечить себя. Многие охотились на лемуров для употребления их в пищу.

С этого момента большинство оставшихся особей можно встретить только в зоопарках и частных коллекциях. Лемуры теперь входят в один ряд с лучистой черепахой и многими другими видами, исчезнувшими на Мадагаскаре. К середине 21-го века остров будет переживать одно из самых драматических массовых вымираний животных в истории. Это будет происходить наряду с многими схожими событиями в естественной природе в мире.

Больше…

Развитие квантовых компьютеров

Большинство государственных учреждений, университетов и научно-исследовательских институтов теперь имеют доступ к этой революционной технологии, которая предлагает захватывающие вычислительную мощность в совершенно другом масштабе, чем раньше. Эти машины работают путем прямого использования квантово-механических явлений, таких как квантовая суперпозиция и квантовая запутанность, для выполнения операций над данными. Помимо того, что это в триллионы раз быстрее, чем старые компьютеры, они абсолютно безопасны. Методы шифрования машин практически нерушимы, в связи с невообразимым количеством инструкций, выполняемых одновременно.

ВВС США вводит новый бомбардировщик

К 2037 г. число бомбардировщиков ВВС США упало ниже минимального требования. Это связано с сочетанием истощения, изменения в операционных процедурах и вывода из эксплуатации старых самолетов.

52 бомбардировщика находятся в эксплуатации в течение 85 лет – беспрецедентный период времени для военных транспортных средств. Последний из этих самолетов перестанет осуществлять свою деятельность в ближайшее время. Следующее поколение бомбардировщиков, усовершенствованной модели, было допущено к эксплуатации в 2018 году. Старые самолеты заменены новыми военными бомбардировщиками, известными под кодовым названием “2037 Бомбер”.

Новый бомбардировщик является передовым самолетом. Он имеет беспрецедентные возможности: нового поколения стелс; дальности полёта, позволяющего поражать цели практически в любой точке мира; полезной нагрузки, включая транспортировку ядерных боеголовок.

Большинство миссий может выполняться при дистанционном управлении, или даже полностью автоматизировано. Он используется в ряде войн за ресурсы, предоставляя США впечатляющее тактическое преимущество на поле боя.

Больше…