Для международных сообществ, отдельных государств, крупных компаний и амбициозных исследователей взгляд на четверть века вперед — это не мечты, а вполне реалистичные планы. 2050 год все чаще появляется в мировых прогнозах и стратегиях развитых стран. Как правило, в них есть задел на решение глобальных проблем, которые настигают нас уже сегодня.
Например, Китай к середине столетия планирует построить экологичную цивилизацию и общество, устойчивое к изменению климата. Согласно долгосрочной стратегии США, через 25 лет американцы тоже максимально снизят объемы парниковых выбросов, и Штаты станут углеродно нейтральным государством за счет внедрения зеленых технологий. В Южной Корее приняли программу «4.0. На пути к технологической революции» — инновации здесь помогут людям стать устойчивыми к глобальным рискам. В Японии планируют до 2050 года построить «общество 5.0», в котором технологии позволят жить до 120 лет. Всего японские ученые будут работать над 800 технологиями из самых разных областей: от квантовых устройств до природопользования.
Мы выделили десять сложных, долгосрочных и захватывающих задач, которые стоят перед научным сообществом уже сегодня. Первые наработки ученых уже внушают надежду на череду больших открытий и прорывов в ближайшие 25 лет.
Содержание:
- Борьба с изменениями климата
- Продление жизни человека
- Поиск новых ресурсов для растущего населения
- Создание лекарств будущего
- Освоение космоса
- Изучение происхождения материи
- Разгадка возникновения жизни
- Создание «единой теории всего»
- Внедрение этичного и безопасного ИИ
- Преодоление кризиса фундаментальной науки
1. Борьба с изменениями климата
Глобальное потепление прогрессирует. Если не предпринимать никаких действий, к 2050 году температура воздуха в северных регионах планеты может подняться на 7 градусов. Чтобы избежать такого сценария, человечество вынуждено использовать передовые научные достижения и технологические решения.
Одним из ключевых направлений станет развитие технологий улавливания и хранения углерода (CCS — Carbon Capture and Storage). Это позволит эффективно извлекать CO2 прямо из воздуха, помещать его в подземные или подводные хранилища или использовать для создания синтетического топлива и строительных материалов. Такой проект уже работает в Норвегии, правда, пока захороненный в морских недрах углерод не удается преобразовать в полезный ресурс.
Вместе с этим ученые рассматривают методы искусственного охлаждения планеты. Один из таких подходов — солнечная геоинженерия. Она предполагает распыление аэрозолей в стратосфере для отражения солнечных лучей. Также возможно развитие проектов по осветлению облаков, которые могли бы отражать энергию нашей звезды до того, как она дойдет до поверхности Земли.
В ближайшие 25 лет все актуальнее будет развитие возобновляемых источников энергии: внедрение термоядерных реакторов, водородной энергетики и передовых аккумуляторных технологий. Это позволит полностью отказаться от углеводородов в энергетике и транспорте.
2. Продление жизни человека
Средняя продолжительность жизни человека растет — по прогнозам, к 2025-му этот показатель составит 77,1 года (в 2019-м он равнялся 72,6 года). Соответственно, растет и интерес научного сообщества к идее «вечной молодости».
Один из самых перспективных подходов в борьбе со старением — генная терапия и редактирование генов. Технология CRISPR позволяет вносить точечные изменения в ДНК и устранять мутации, связанные со старением. В будущем секвенирование генома (определение нуклеотидной последовательности ДНК и РНК) может позволить каждому человеку получать лечение, адаптированное под его генетические особенности, и тем самым продлевать ему жизнь.
Еще одно многообещающее направление в борьбе за молодость — регенеративная медицина и терапия стволовыми клетками. Восстановление поврежденных тканей и органов с помощью стволовых клеток уже применяется в лечении ожогов, болезней крови и мозга. К 2050 году возможно создание технологий, способных омолаживать внутренние органы, включая печень, почки и даже сердце.
Кроме того, изучаются молекулярные механизмы, ответственные за процессы старения. Так, лаборатории SENS Research Foundation и Altos Labs ищут способы очищения клеток от поврежденных белков и накопившихся мутаций.
Ученые разрабатывают геропротекторы — препараты, которые будут защищать человека от различных механизмов старения. В базе данных Geroprotectors числятся 259 экспериментов с веществами, которые могут способствовать долголетию.
Все эти направления уже сейчас формируют новую парадигму в медицине, где старение рассматривается не как неизбежный процесс, а как биологическая проблема, которую можно контролировать и, возможно, обратить вспять.
3. Поиск новых ресурсов для растущего населения
По прогнозам ООН, к 2050 году население Земли может превысить 9,5 млрд человек, что создаст новые вызовы в области продовольствия, водоснабжения, городского развития и управления отходами.
Чтобы справиться с нехваткой еды, человечество, вероятнее всего, продолжит работать над выращиванием мяса «в пробирке». Клеточный агропром, в отличие от традиционного животноводства, не требует огромных ресурсов и не загрязняет окружающую среду. Компании Mosa Meat и Believer Meats уже производят мясо в лабораториях, а в ближайшие десятилетия его себестоимость может снизиться, что сделает искусственное мясо доступным для большинства стран. Это поможет обеспечить белковое питание без вырубки лесов, обильных выбросов парниковых газов и больших временных затрат.
Все чаще биоинженеры прибегают к редактированию генов для создания новых видов культур и животных. Это позволит выводить растения, устойчивые к засухе, вредителям и болезням, а также обогащенные витаминами и минералами. Например, несколько стартапов в мире сейчас работают над выведением бананов, не поддающихся различным заболеваниям.
Растущая потребность в воде может стать толчком для развития технологий опреснения и повторного использования воды. В Израиле, Саудовской Аравии, ОАЭ уже работают крупнейшие в мире опреснительные комплексы. В ближайшие десятилетия мы можем чаще встречать солнечные опреснители, подобные проекту Give Power в Кении (работают на солнечных панелях). Технологии повторного использования воды, как у Orange County Water District в Калифорнии, распространятся и станут нормой.
4. Создание лекарств будущего
Современные технологии: от ИИ и нанотехнологий до биосинтеза и персонализированной медицины — уже сегодня формируют медицину будущего.
ИИ-модели способны анализировать миллионы соединений и находить перспективные молекулы для новых лекарств. Например, компания DeepMind (Google) разработала AlphaFold — алгоритм, предсказывающий структуру белков, что ускоряет создание новых подходов к терапии.
Не менее важны нанотехнологии, которые позволяют доставлять лекарства точно в пораженные клетки, минимизируя побочные эффекты. Уже сегодня ученые проводят испытания наночастиц для таргетной терапии рака: лекарство действует только на пораженные области и не приносит вреда другим органам. Например, красноярские исследователи использовали наночастицы золота для нагрева опухолевых клеток, что приводит к их гибели.
Рынок бионических имплантов растет, что, в свою очередь, предвещает новый этап развития 3D-печати и искусственного выращивания органов. В будущем станет возможным создание полностью функциональных биопеченочных, почечных и сердечных тканей.
Ученые работают и над нейроинтерфейсами. Сегодня самые известные проекты в этой области — Neuralink Илона Маска и стартап Synchron. Компании разрабатывают импланты, позволяющие взаимодействовать с мозгом, что может привести к созданию новых методов лечения неврологических заболеваний.
5. Освоение космоса
Человечество ставит перед собой амбициозные космические планы. Первый шаг — освоение Луны. После 2028 года начнется строительство Lunar Gateway, орбитальной станции, которая станет перевалочным пунктом для лунных и марсианских миссий. Проект совместно реализуют NASA, Европейское, Канадское и Японское космические агентства. На поверхности спутника Земли в рамках программы Artemis планируется создать исследовательский форпост Artemis Base Camp, где астронавты смогут жить и проводить научные исследования. Также частные компании, такие как SpaceX, Blue Origin и Astrobotic, планируют коммерческие лунные миссии для добычи полезных ископаемых и строительства инфраструктуры на спутнике.
Для жизни в космосе разрабатываются новые технологии: защита от радиации, переработка лунной пыли в стройматериалы, а также замкнутые системы водо- и воздухообеспечения. Кроме того, уже сейчас работают технологии по производству кислорода из углекислого газа — эксперимент MOXIE на марсоходе Perseverance доказал, что это возможно.
Далее — Марс. NASA прогнозирует освоение Красной планеты к 2040 году, но наиболее амбициозные планы у SpaceX. В апреле 2024 года Илон Маск заявил сотрудникам SpaceX, что 1 млн человек должны жить на Марсе примерно через 20 лет.
Еще одно перспективное направление — добыча полезных ископаемых на астероидах. Большинство из них состоят из силикатных минералов и углеродистых соединений. Минералы могут быть источником железа, титана, никеля, кобальта, металлов платиновой группы, золота, марганца.
6. Изучение происхождения материи
Наука близка к разгадке одного из самых фундаментальных вопросов — как возникла материя. Ключевым инструментом для этого могут стать сверхмощные ускорители частиц. Это научные установки, которые разгоняют протоны, электроны и ионы до скоростей, близких к световым. Ускорители используют для изучения фундаментальных законов физики, структуры материи, рождения новых частиц.
Уже сейчас на Большом адронном коллайдере (БАК) изучаются механизмы рождения частиц после Большого взрыва. К 2033 году планируется начать строительство Будущего кругового коллайдера (FCC) в ЦЕРН, который позволит достичь энергии в 100 ТэВ — в семь раз выше, чем у БАК. Китай также собирается построить крупнейший круговой электрон-позитронный коллайдер CEPC (Circular Electron-Positron Collider) длиной 100 км.
Ученые из MICE изучают возможность создания мюонного коллайдера. Мюоны — это элементарные частицы, похожие по свойствам на электроны, но при этом превосходящие их по массе примерно в 200 раз, что позволяет эффективнее разгонять их. Возможно, уже скоро мюонный коллайдер поможет открыть новые формы материи.
Параллельно астрономические исследования дают ключи к пониманию эволюции материи. Космический телескоп Джеймса Уэбба уже заглядывает в эпоху первых галактик, а будущие обсерватории, такие как телескоп имени Нэнси Грейс Роман и телескоп Эйнштейна, смогут анализировать гравитационные волны и процессы рождения материи.
7. Разгадка возникновения жизни
В ближайшие десятилетия наука может приблизиться к разгадке одной из самых загадочных тайн — как появилась жизнь на Земле и может ли она существовать в других местах Вселенной.
Для этой цели запланированы и уже ведутся астробиологические миссии. Например, марсоход Perseverance изучает на Красной планете потенциальные следы древней жизни и собирает образцы грунта, которые в 2030-х вернет на Землю миссия Mars Sample Return.
В 2030-х также планируются миссии к ледяным планетам — к Европе (спутник Юпитера) и Энцеладу (спутник Сатурна). Там под огромной ледяной корой могут скрываться океаны с условиями, схожими с земными глубинными гидротермальными источниками.
Космические телескопы уже анализируют состав атмосфер экзопланет в поисках биосигнатур — возможных следов жизни, таких как метан и кислород, в других звездных системах.
На Земле параллельно ведутся геохимические исследования, чтобы понять, как могла зародиться жизнь. В гидротермальных источниках (например, в «Затерянном городе» в Атлантическом океане) исследуются химические реакции, которые могли привести к синтезу первых органических молекул.
Лабораторные эксперименты позволяют симулировать условия ранней Земли. Ученые занимаются реконструкцией древних генов и внедряют их в современные микроорганизмы для изучения эволюции биохимических процессов. Это позволяет понять, как древние ферменты функционировали и адаптировались к изменениям окружающей среды.
8. Создание «единой теории всего»
Сегодня в физике есть две сильные, но несовместимые теории: квантовая механика, описывающая мир элементарных частиц, и общая теория относительности, объясняющая гравитацию и космические масштабы. Эти теории не работают вместе. Например, в центре черной дыры или в момент Большого взрыва происходят процессы, которые важно понимать и на макроуровне, и на уровне элементарных частиц, но доступные нам объяснения начинают противоречить друг другу. Объединение этих теорий в «единую теорию всего» необходимо, чтобы понять, как Вселенная функционировала на самых ранних этапах ее развития и как работает темная материя.
Физики ищут универсальное уравнение, которое объяснит и гравитацию, и квантовые эффекты одновременно. Один из главных кандидатов на «единую теорию всего» — струнная теория. Она предполагает, что частицы — это не точечные объекты, а крошечные вибрирующие струны, которые существуют в многомерном пространстве. В рамках теории M (это вариант теории струн) струнная теория объединяет все фундаментальные взаимодействия, включая гравитацию. Однако доказать ее сложно.
Альтернативные подходы, такие как петлевая квантовая гравитация, предлагают иной путь — дискретную структуру пространства-времени, где оно состоит из квантовых «петель» (в таком случае Вселенная напоминает сетчатую ткань). В ближайшие десятилетия могут появиться и новые теории, объединяющие эти направления или предлагающие кардинально новые взгляды на природу реальности.
9. Внедрение этичного и безопасного ИИ
Развитие искусственного интеллекта открывает огромные возможности, но также несет и риски. Наука, бизнес и правительства заявляют о необходимости разработать этику ИИ и механизмы безопасности, чтобы технологии работали во благо, а не во вред человечества.
Для этого планируется создавать автономные ИИ-системы, которые не угрожают людям. Ведутся исследования в области контроля искусственного интеллекта (AI Alignment). Например, OpenAI разрабатывает методы обучения ИИ, которые делают его предсказуемым. В будущем в ИИ-технологии будут внедрены системы регулирования, способные блокировать потенциально опасные алгоритмы в реальном времени.
Международные организации и отдельные государства разрабатывают принципы этичного ИИ, включая защиту от манипуляций, предвзятости и ошибок. Так, например, в России существует Кодекс этики в сфере ИИ, в ЕС действует AI Act, регулирующий применение ИИ в критически важных сферах, а более 5700 специалистов в области искусственного интеллекта и IT подписали Азиломарские принципы. Согласно им, ИИ должен быть прозрачным, безопасным, непредвзятым. В будущем возможны более глобальные соглашения и более эффективные разработки, исключающие ИИ-риски.
Образование также играет важную роль. Уже сегодня Стэнфорд, Оксфорд, ВШЭ предлагают курсы по этике ИИ. В будущем знание основ безопасности ИИ может стать обязательным для разработчиков, юристов и даже управленцев.
10. Преодоление кризиса фундаментальной науки
В последние десятилетия фундаментальная наука сталкивается с рядом серьезных вызовов, и многие эксперты говорят о ее кризисе.
В эпоху информационного шума, социальных сетей и фейковых новостей научные открытия часто подвергаются сомнению, а доверие к ученым снижается. Политизация научных тем (например, изменение климата, вакцинация, генетика) только усугубляет ситуацию. Бюджеты на фундаментальные исследования уменьшаются во многих странах, а правительства и корпорации предпочитают финансировать прикладные разработки, дающие быструю экономическую отдачу.
Стартапы, корпоративные лаборатории и венчурные фонды сосредотачиваются на технологиях с немедленным коммерческим потенциалом (ИИ, биотехнологии, энергетика), в то время как исследования темной материи или теоретической физики получают меньше внимания.
Несмотря на эти вызовы, фундаментальная наука, скорее всего, не исчезнет, а изменится. Ожидается новая волна интереса к «чистой» науке, поскольку понимание природы — ключ к технологическим прорывам. В дополнение к государственным инвестициям независимым исследованиям могут помочь частные фонды и краудфандинг.
Сложные научные вопросы требуют объединения физиков, биологов, математиков, информатиков, поэтому одним из драйверов развития науки станет ее междисциплинарность. Именно в пересечении научных областей, таких как биофизика или квантовая биология, могут быть сделаны самые важные открытия.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.