Авторитетный научный журнал Science признал главным прорывом года работу, которую сможет вспомнить каждый, кто заходил в интернет 10 апреля 2019 года.
Увидеть на расстоянии
Везде было смутное оранжевое колечко на черном фоне, которое для краткости называли «фото черной дыры». Результат работы глобальной сети обсерваторий «Телескоп горизонта событий», действительно, очень важный, но это фото не черной дыры, а ее тени. Саму черную дыру не сфотографируешь – на то она и черная дыра, в ней исчезает все, включая свет. А вот свет вблизи черной дыры движется по-другому – именно это искривление траекторий фотонов у черной дыры, находящейся в центре далекой галактики Дева А, и увидели телескопы. Это не просто красивая картинка – это большой научный результат. Дело в том, что черные дыры до сих пор оставались, в некотором смысле, воображаемыми объектами – концепция черной дыры хорошо объясняет взаимное движение небесных тел, но руками черную дыру пока никто не трогал и глазами не видел. И прямое наблюдение тени черной дыры – пока самое вещественное подтверждение, что черные дыры существуют именно в таком виде, в каком их предсказывает теория.
Снимок тени черной дыры
А сама картинка не такая уж и красивая, чего уж.
А в мае месяце было опубликовано фото с зонда NASA New Horizons («Новые горизонты»), которое попало в длинный список самых важных открытий года от Science. Зонд сфотографировал вблизи объект из отдаленной части Солнечной системы – начинающегося за Нептуном пояса Койпера. 26-километровый Аррокот («небо») не круглый, а похож на матрешку.
И его значение тоже гораздо больше, чем просто изображение: ученые считают, что пояс Койпера остался таким, каким была вся Солнечная система в самом начале ее формирования после возникновения самого Солнца. Поэтому устройство Аррокота помогает им понять, в том числе, как возникла Земля.
Объект из пояса Койпера
Посмотреть в прошлое
В длинном списке Science отметились и плоды работы машины времени. Нет, саму машину времени, конечно, не изобрели – но комплекс другого оборудования и, главное, – знания и смекалка ученых позволили им увидеть далекое прошлое Земли. В сентябре палеоантропологи и генетики представили первый портрет таинственного древнего человека – денисовца. Денисовцы жили в Азии в эпоху господства неандертальцев, и их следы сохранились в геноме современных людей, но известно о них гораздо меньше. Дело в том, что сам биологический вид был идентифицирован по фаланге пальца, найденной в Денисовой пещере на Алтае, – кстати, при участии российских ученых. Генома достаточно, чтобы судить о видовой принадлежности, однако установить внешность куда сложнее. В 2019 году ученым удалось отнести к денисовцам останки челюсти древнего человека в Тибете. Одновременно с этим генетики научились «видеть» в геноме те участки, что отвечают за внешний вид. Собрав информацию вместе, удалось получить портрет. Лоб денисовца покатый, как у неандертальца, но лицо более широкое и симпатичное – а у зубов три корня.
Реконструкция внешности денисовца. Фото: Debbie Hill / UPI
Второе отмеченное Science путешествие в прошлое еще более впечатляет. Американским ученым удалось в деталях восстановить подробности падения на Землю гигантского астероида 66 млн лет назад. Место удара находится у полуострова Юкатан в Мексике – тогда погибли 76% видов организмов на Земле, включая гигантских динозавров. Бурение морского дна позволило добраться до отложений времен удара астероида и восстановить его почти по минутам – гигантские цунами, лесные пожары, глобальное похолодание из-за пара и газов в атмосфере, закрывающих Солнце. Наконец, следы иридия из астероида в останках живых организмов. Изучение более молодых слоев позволило увидеть, как Земля восстанавливалась после удара. Она сделала это по геологическим меркам быстро – всего за несколько сотен тысяч лет.
Кроме того, ученые заглянули в совсем давнюю историю живого – появление эукариотической клетки (с ядром) из прокариотических (без ядра). Прокариотические клетки гораздо меньше и проще – это бактерии и археи, – а во всех наших клетках, клетках животных и растений ядро есть. Изучая очень древние одноклеточные организмы, ученые установили, что изначально бактериальные клетки начали симбиоз – одна жила в другой. Судя по всему, из этих «приживал» возникли органеллы – сложные внутренние органы специализированной эукариотической клетки.
В числе других открытий, отмеченных Science, – прогресс квантового компьютера от Google, борьбы с долгосрочными последствиями голода у младенцев с помощью бактерий, лекарство от генетического заболевания – муковисцидоза, – а также прогресс в лечении Эболы на ранних стадиях.
Методы, а не результаты
Второй самый важный научный журнал – Nature (он английский, а Science – американский) подвел итоги десятилетия. И хотя авторы обзора перечислили несколько важных научных открытий – таких как бозон Хиггса и гравитационные волны – большее внимание они уделяют новым методам.
И это естественно – часто новые методы и инструменты открывают дверь, которая ведет к морю новых открытий. Поэтому вершителями судеб оказываются именно методы, а не результаты.
Nature предлагает оглянуться назад и осознать мощь искусственного интеллекта. Речь не о восстании машин, конечно, – речь о прогрессе нейросетей и глубокого обучения, который позволяет искать закономерности в очень больших и сложных массивах данных. Машинное обучение сейчас позволяет получать принципиально новые данные во всех областях науки – от физики до лингвистики, – а также завоевывает рынки и бизнесы в форме чат-ботов, беспилотного транспорта и усиливающейся автоматизации вплоть до замены собеседований при приеме на работу.
Еще одна революционная технология – редактирование генома CRISPR-Cas9. С его помощью можно относительно легко и точно вносить изменения в геном на уровне клеток – так создают модели болезней для испытания лекарств, а также сами терапевтические препараты. Польза этого метода для науки огромна, однако его практическое применение в медицине вызывает огромные вопросы. Дискуссия обострилась в конце 2018 года, когда китайский ученый Хэ Цзянькуй объявил о рождении двух генетически отредактированных младенцев. Он заявил, что избавил их от риска получить ВИЧ от отца, однако долгосрочные последствия такого редактирования неизвестны.
Этические дилеммы CRISPR-Cas9 роднят его с использованием искусственного интеллекта – наука может дать нам новые возможности, но только этика и ее понимание самими гражданами может очертить границы, в которых внедрение этих возможностей мы сочтем полезным и моральным.
И Nature, и Science отмечают еще одну проблему, решение которой невозможно усилиями одной лишь науки, – изменение климата. Ученые-климатологи значительно продвинулись вперед – накопили данные о погоде, научились строить комплексные модели климата на всей Земле, дают постоянно уточняющиеся прогнозы на будущее. Но ученые в роли активистов, которые пытаются донести пугающие данные до людей и политиков, пока преуспели куда меньше. Пока климатические скептики тормозят меры по адаптации к изменению климата и удержанию роста средней температуры, время идет и риски увеличиваются.