Нова квантова реальність, термоядерна енергія рятує світ і неймовірний розвиток штучного інтелекту. Наукові прориви 2022 року

Про всі унікальні властивості телескопа імені Джеймса Вебба й історію його створення ми розповідали у цьому матеріалі. Тут же розкажемо про нього коротко.

Телескоп запустили наприкінці грудня минулого року. До точки Лагранжа L2 — свого космічного дому, звідки Джеймс Вебб буде працювати протягом як мінімум десяти років — він прибув у січні цього року. У липні вчені опублікували перші зображення, зроблені телескопом, — і стало відразу зрозуміло, що ми чекали саме на це.

Завдяки своєму величезному основному дзеркалу й інструментам, які допомагають телескопу дивитися крізь космічний пил, Джеймс Вебб може як одночасно роздивитися у найбільших деталях близькі до нас об'єкти, так і знайти найвіддаленіші зірки та галактики, що розкажуть нам багато цікавого про еволюцію Всесвіту. Деякі вчені взагалі вважають, що саме ця космічна обсерваторія зможе зробити те, про що до цього часу ми лише мріємо, — допоможе нам знайти позаземне життя.

Термоядерна революція вже близько

У середині грудня представники Міністерства енергетики США оголосили про історичне досягнення: уперше вченим удалося добути більше енергії за допомогою термоядерної реакції, ніж вони витратили на її підтримку.

Простіше кажучи, ученим із Ліверморської національної лабораторії Лоуренса вперше дійсно вдалося реально добути енергію за допомогою термоядерної реакції. Так званий приріст чистої енергії вже більше 70 років вважається Святим Граалем у сфері термоядерної енергетики — досі дослідникам не вдавалося отримати більше енергії, ніж було потрібно для підтримки роботи термоядерного реактора чи установки.

Дійшло до того, що створення робочого термоядерного реактора вже давно стало мемом у науковому середовищі: розмови про це ведуться з 1950-х років, і вчені постійно обіцяють, що до моменту Х залишилося 30 років — і так уже протягом ось уже 70 років.

Багато дослідників уважають, що термоядерна енергетика врятує людство від енергетичної та кліматичної криз. Термоядерний синтез — це найприродніший процес із тих, що є у Всесвіті, адже саме так своє тепло генерують Сонце та міріади інших зірок.

Досягнення американської команди натякає, що можливо мем все ж таки зможе втілитися у реальність — і згодом ми нарешті зможемо отримувати екологічно чисту енергію у великій кількості. Докладніше про розвиток термоядерної енергетики та її перспективи прочитайте у цьому матеріалі.

Українська математика

Киянка Марина Вязовська стала лауреаткою премії Філдса, яка вважається Нобелівською премією з математики та є найпрестижнішою нагородою для математиків у світі.

Про те, що вона стане лауреаткою премії Філдса, Вязовська дізналася незадовго до війни. Українка давно вважалася однією із найперспективніших математиків у світі, а її заслуги відзначені й іншими престижними нагородами: преміями Салема, Математичного інституту Клея, премією Європейського математичного товариства.

У науковій спільноті 37-річна українка, яка має ступінь професора, відома завдяки вивченню задач про пакування куль із комбінаторної геометрії, відомих іще з часів Йоганна Кеплера.

Вязовській удалося запропонувати розв’язання задачі про пакування куль у восьмивимірному просторі, причому це рішення здивувало її колег своєю простотою та стислістю, що і принесло вченій медаль Філдса. Окрім самостійної роботи над задачею пакування куль у восьмивимірному просторі, Вязовська у співавторстві з іншими математиками підготувала рішення аналогічної задачі у 24-мірному просторі.

Досягнення вченої відзначив також Володимир Зеленський, вручивши їй орден За заслуги І ступеня. Зараз Вязовська живе у швейцарському місті Лозанна та працює у Федеральній політехнічній школі, де очолює кафедру теорії чисел.

Хто ми?

Молекулярні біологи зібрали повну послідовність людського геному, розкривши нові генетичні секрети.

Геном людини складається приблизно з 3,055 мільярда субодиниць ДНК, пар хімічних основ, що позначаються літерами A, C, G і T. Гени є ланцюжками цих літерних пар, які містять інструкції зі створення білків, що називають будівельними блоками життя. У людини близько 30 000 генів, організованих у 23 групи, що називаються хромосомами, які є в ядрі кожної клітини.

У 2003 році вчені оголосили про завершення проєкту «Геном людини», робота над яким розпочалася в 1990 році. Тоді вони секвенували 92% геному, що становило 3 мільярди пар основ. Решту 8% розкрити було неможливо — сучасні на той момент технології секвенування ДНК не могли прочитати деякі її частини.

Проте відтоді робота не припинялася. І от нарешті майже сотні вчених із консорціуму Telomere-to-Telomere (T2T) вдалося секвенувати ці 8% — майже 400 млн нових пар основ. Серед них гени, що відповідають за імунітет, а це дозволяє людям адаптуватися до вірусів і захворювань, які вони викликають, а також гени, що дають людському мозку змогу збільшуватися в розмірах порівняно з мозком інших приматів.

Повна картинка геному допоможе нам ліпше зрозуміти еволюцію та біологію людини, а також стане відправною точкою для проривних медичних відкриттів у сфері раку, старіння, хвороб серця, нейродегенеративних станів.

Квантові дослідження

Цього року у нас на сайті вийшло відразу кілька матеріалів про дослідження, які наближають еру квантових комп’ютерів. Ця технологія має неймовірний потенціал — учені впевнені, що квантові обчислення змінять нашу науку та дадуть можливість зробити тисячі відкриттів у різних сферах, цілковито змінивши наше життя.

Проте ситуація тут як із термоядерною енергією — перші спроби наблизити це майбутнє вже є, проте вирішальний крок (тобто, створення реально робочого квантового комп’ютера) ми все ніяк не зробимо.

У 2019 році Google у гонитві за сенсацією заявила про досягнення квантової переваги — можливості розв’язувати завдання, з якими не впорається класичний комп’ютер. Виявилося, що вчені видавали бажане за дійсне — китайським фізикам удалося довести це за допомогою свого експерименту, спростувавши заяву американської компанії.

Головна проблема квантових комп’ютерів, яка не дає технології стати масовою, — схильність цієї системи до помилок. Кубіти — тобто квантові аналоги біта в класичних комп’ютерах — надзвичайно схильні до декогеренції або «шуму»: так науковці називають зовнішній уплив навколишнього середовища, яке дуже швидко руйнує зв’язок між кубітами.

Саме цей зв’язок — квантова заплутаність — є головним козирем квантових комп’ютерів. Це таке явище, у якому стан одного кубіту впливає на стан усіх інших кубітів, пов’язаних із ним у єдину систему. І саме за дослідження різних видів і форм квантової заплутанності Ален Аспект, Джон Клозер та Антон Цайлінгер отримали Нобелівську премію з фізики.

Пропонуємо вам почитати наші найцікавіші матеріали про квантові комп’ютери за цей рік: ми розповідали про дослідження німецьких учених, яким вдалося заплутати між собою 14 фотонів; у цьому тексті ви дізнаєтеся про новий стан матерії, який може знизити схильність квантових комп’ютерів до помилок; цей фічер розкаже одразу про три дослідження, у яких різні команди вчених намагалися виправити ту саму проблему з помилками; тут ви можете дізнатися, що таке квантовий вентиль; а в цьому матеріалі прочитаєте про роботу фінських учених, яким удалося об'єднати два часові кристали в єдину систему, та наше пояснення, чому це дійсно важливо.

Темна матерія?

Команда американських науковців під керівництвом фізиків із Бостонського коледжу виявила осьовий бозон Хіггса.

Відкриття бозона Хіггса було неймовірним досягненням свого часу. Це квант скалярного поля, взаємодія з яким надає маси всім елементарним частинкам. Ця частинка є наріжним каменем Стандартної моделі, якою ми знаємо її зараз. На початку 2022 року вченим також удалося виміряти час життя бозона Хіггса — він збігся з передбаченням Стандартної моделі в межах експериментальної похибки.

Команді вчених, якими керував Кеннет Берч, професор фізики в коледжі Бостона, удалося виявити осьовий бозон Хіггса. Це щось подібне до двоюрідного брата однієї з головних частинок сучасної фізики, від якого осьовий бозон Хіггза відрізняється наявністю магнітного поля.

Теорії, що передбачали існування осьового бозона Хіггса, пояснювали також темну матерію. Осьовий бозон Хіггса унікальний тим, що це перша частинка, яка справді може пояснити існування темної матерії і водночас узгоджується з наявними сучасними теоріями. Більше про роботу вчених пропонуємо почитати тут.

Ми відбили астероїд!

Що робити, якщо ми помітимо, що в сторону Землі летить астероїд?

Ще кілька років тому все, що вчені могли б запропонувати, — почати збирати термінові консиліуми, моделювати, куди він прилетить, і евакуювати населення.

Тепер у нас є гідна відповідь: ми можемо його відбити. Ну, точніше, змінити траєкторію його польоту таким чином, аби космічна каменюка пролетіла повз Землю. Так, цього року NASA провела давно заплановану місію DART, у межах якої запущенний американським агентством космічний корабель врізався в астероїд Діморфос, змінивши його орбіту.

Слід від уламків після зіткнення космічного корабля з астероїдом досяг 10 тис. кілометрів, а момент зіткнення зафіксували деякі наші телескопи.

Надалі вчені планують спостерігати за зміною траєкторії польоту Діморфоса та його компаньйона — ще більшого астероїда Дідімос. Ці дані покажуть ефективність подібного методу порятунку Землі від потенційно небезпечного астероїда.

Коли нас замінить штучний інтелект?

Здавалося б — що може здивувати в тому, що штучний інтелект розвивається? Проте цей рік дійсно виділяється швидкістю та кількістю нових нейронок, які дійсно дивують.

Прикладів є декілька — спочатку увесь світ обговорював нейромережі Dall-E, Midjourney та Stable Diffusion, які за кілька секунд видають неймовірні малюнки. Усе, що треба зробити користувачу, — замовити штучному інтелекту, що він хоче побачити, і додати різних деталей — можливо, ви хочете графічну техніку? Чи живопис? Або побачити на малюнку пса Патрона?

Усе це — не проблема для ШІ. Ось, наприклад, картина Тайна вечеря з персонажами відеогри Among Us, ось ─ МРТ Дарта Вейдера, а ось ─ американська РСЗВ HIMARS у стилі мультфільму Тачки.

Сучасні платформи створять будь-яку картинку на ваш смак, і це вже призвело до великого скандалу, адже такі роботи, на думку художників, можуть не тільки знецінити творчість живих людей, але й призвести до проблем з авторським правом (адже нейронки навчаються на контенті з інтернету).

Ближче до кінця року скандалом відзначилася платформа Lensa, яка автоматично редагує світлини користувачів у різних стилях. Розробників звинуватили у сексуалізації жінок, адже створений ними ШІ постійно «роздягає» жінок та зображує їх у сексуалізованих позах.

Водночас у 2022 році багато експертів уперше всерйоз заговорили про те, що ШІ набув свідомості. Спочатку американський дослідник Янніс Дарас припустив, що нейромережа DALLE-2, можливо, почала створювати власну мову.

Бензину у вогонь підлив тепер уже колишній інженер Google Блейк Лемойна, який після переписок із нейронною мовною моделлю LaMDA вирішив, що вона усвідомлює своє місце у світі та навіть може розмірковувати про своє існування.

А під кінець року нас порадувала ще одна мовна модель — оновлена GPT-3.5 від OpenAI, яка не тільки створює ну дуже якісні тексти, але й дійсно може замінити деяких джунів в айті-компаніях, копірайтерів і навіть Google.

Спойлер: штучний інтелект не став свідомим. Жодна з цих нейронок не розуміє (у класичному трактуванні цього слова), що вона пише чи малює. Проте ці мовні моделі та «малювалки» навчені на величезних обсягах контенту з інтернету, завдяки чому вони дійсно можуть створити враження певного рівня самоусвідомлення. Усе більше моделей ШІ без проблем можуть увести в оману все більшу кількість людей, і вже скоро ми не зможемо відрізнити текст живої людини, над якою вона сиділа 2 дні, від тексту, згенерованого нейромережею за 2 секунди.

Це і захоплює, і лякає водночас.