В науке 2008 год был богат событиями и открытиями. В Швейцарии идет подготовка к новому запуску Большого Адронного коллайдера. На Марсе был сфотографирован снегопад. Антропологам удалось ответить на вопрос, когда и где зародилась подлинная человеческая культура. Главные научные итоги 2008 года подвели эксперты Радио Свободы: редактор раздела «Науки и технологии» сайта Радио Свобода Владимир Губайловский, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института Александр Марков, научный редактор журнала «Вокруг света» Александр Сергеев.
Большой адронный коллайдер
– Наверное, не будет преувеличением назвать главным научным событием этого года запуск Большого aдронного коллайдера , именно о нем больше всего говорили и писали средства массовой информации.
Александр Сергеев : Наверное, резюмировать надо так: главным событием года стало то, что коллайдер не запустили. Его включили, довели до состояния, когда пучок протонов прошел полный круг, а после этого произошла серьезная авария, не связанная, естественно, с самим пучком протонов, а связанная с магнитами, которые им управляют, с их охлаждением. В результате коллайдер вынуждены были остановить на ремонт. По оценкам, ремонт после этой аварии, случившейся осенью, должен был занять несколько месяцев, но зимой включить коллайдер уже нельзя, потому что он занимает слишком много электроэнергии. Запускали коллайдер очень медленно и постепенно. Сначала пучок пускали по маленькому участку, по маленькой дуге этого 27-километрового кольца. Сначала небольшой кусочек, потом четверть, потом половину дуги проходил пучок, потом он прошел полный круг, потом начали запускать встречный пучок – антипротонов, которые должны лететь навстречу протонам. Когда все это пошло, была объявлена дата запуска, все заработало вроде бы и через два дня все пришлось остановить. Теперь запуск планируется весной 2009 года. Надо сказать, что для такого гигантского проекта некоторые осложнения на старте – это нормальное явление. Впервые построенные ракеты не летают с первого раза. В 2009 году мощность пучка начнут постепенно наращивать. И, вероятно, даже к осени не будет достигнута полная мощность, то есть количество протонов, летящих навстречу друг другу. Мощность будут понемногу усиливать, пока она не дойдет до плановой. Это будет скорее всего уже в 2010 году, вот тогда и начнутся настоящие эксперимента, поиск бозона Хиггса, проверка стандартной модели элементарных частиц. Ученые очень надеются найти отклонения этой стандартной модели, потому что на то есть много указаний косвенных, что там не все в порядке.
Теоретическое вычисление массы протона – уточнение стандартной модели
– Другое очень интересное событие в физике элементарных частиц – вычисление массы протона.
Владимир Губайловский : Группа немецких физиков поставила эксперимент, который тоже связан с проверкой стандартной модели. Ученые попытались решить уравнения квантовой хромодинамики для того, чтобы найти массу протона теоретически. Для этого была построена вычислительная модель – фактически использовалась матрица, которая содержала порядка десяти триллионов чисел – ученые попытались решить уравнения, чтобы сравнить результат, который дает стандартная модель, с экспериментальными данными о массе протона. Это должно было – и во многом так и случилось, – подтвердить правильность теоретических построений. Это не первая попытка такого гигантского счета. Раньше сетка, на которой рассчитывались эти уравнения, была гораздо более разреженной, а тут использовали очень мощную вычислительную сеть. Если отклонения от экспериментальных данных раньше были 10%, то теперь они составили 2%. Но дальше серьезно улучшить этот результат будет очень трудно, хотя и это результат, конечно, выдающийся.
Александр Сергеев: Здесь можно было бы еще такое пояснение дать. По существующей теории протон состоит из трех кварков. Задача состояла в том, как рассчитать свойство протона по известным свойствам трех кварков. Но эти три кварка внутри протона настолько сложно взаимодействуют между собой, что понадобилось перелопачивать вот эти триллионы чисел, чтобы эти расчеты вычислить. Это не то, что две планеты или три планеты обращаются друг вокруг друга, там гораздо более сложное уравнение. Задача была такая: проверить, верны ли эти уравнения путем численного расчета, получится ли из трех кварков такой протон, который мы наблюдали. Оказалось, что вроде бы получается. Следующий шаг сделали на уточнение, получили большую точность, лучшее приближение.
Космическая гамма-обсерватории GLAST
– Какие интересные результаты были достигнуты в исследовании космоса?
Александр Сергеев: На мой взгляд наиболее важным событием был запуск космической обсерватории GLAST, которая после запуска была переименована в обсерваторию имени Ферми. Он прошел не очень громко по СМИ, хотя на самом деле этот проект в чем-то сопоставим с большими телескопами на орбите, типа телескопа Hubble, телескопа Chandra. Ученые взяли новый участок спектра, который много лет никто не наблюдал, поскольку если мягкий гамма-диапазон еще наблюдается телескопом Chandra, то жесткий гамма-диапазон просто не наблюдался много лет, с тех пор как в 1991 году была затоплена космическая обсерватория Комптон, более 15 лет человечество оставалось слепым в диапазоне жесткого гамма-излучения. А именно в нем регистрируется масса интересных событий, в том числе знаменитые гамма-всплески. Теперь обсерватория вошла в строй. Она состоит из двух инструментов, один позволяет с очень высокой точностью определять положение источников на небе, а другой занимается широкомасштабным мониторингом – он следит за гамма-всплесками. От этой обсерватории ждут больших результатов.
Фотографии экзопланет
– Журнал Science среди самых значительных результатов считает получение изображения планет вокруг других звезд .
Александр Сергеев: Строго говоря, года два назад были сообщения о том, что получены изображения планеты рядом со звездой. Вообще планет у других звезд открыто несколько сотен, с этим нет проблем, но их открывают косвенно по колебаниям в спектре звезды, связанным с тем, что они обращаются вокруг общего центра масс. Так диагностируют существование планет, но их никто не видел. Сейчас такие результаты были получены несколькими разными методами. В результате удается выявить свечение самой планеты возле звезды. Это значит мы можем дальше с развитием техники начинать измерение конкретных свойств уже планеты отдельно от звезды. До сих пор про планеты можно было мало что сказать, кроме того, что у них есть орбиты определенного размера и вычислить их массу. А сейчас, если мы сможем получать изображение отдельно, совсем другое дело, можно изучать спектры планет, оценивать из чего состоит их атмосфера, а это шаг в сторону поиска жизни на других планетах.
Зонд Phoenix
– В течение года шли подробные отчеты о том, что происходило на Марсе. Как вы считаете, что самое важное мы теперь знаем о Марсе?
Владимир Губайловский: Пожалуй, самой впечатляющей экспедицией, которая работала на Марсе в этом году, это была работа аппарата «Феникс». Он высадился на Марсе в мае 2008 года. У него были анализаторы, которые позволяли провести химический анализ марсианской почвы. Самое интересное, что судя по всему, «Феникс» нашел на Марсе водяной лед. Но прямых указаний, что водяной лед найден, все-таки нет. Зонд прокопал несколько канавок вокруг себя глубиной до десятка сантиметров. И там было найдено что-то белое и блестящее. Но поскольку он с этим «белым и блестящим» возился несколько месяцев, по фотографиям было видно, что это «белое и блестящее» сокращается. И на этом основании был сделан вывод, что под совсем небольшим слоем комковатой пыли, которая лежит на Марсе, есть водяной лед. Кроме того «Феникс» сфотографировал на Марсе снегопад. Этот снегопад шел достаточно высоко, то есть снег на Марс не падал, он испарялся на довольно большой высоте. Но тем не менее, эти факты подтверждают, что на Марсе есть лед, значит там есть вода. Пока нельзя сказать есть ли жизнь на Марсе, но это уже вовсе не анекдотический вопрос. «Феникс», отработал, сейчас он уже не называется на команды земли. Он работал близко к марсианскому полюсу, а там мало солнечного света, он, похоже, больше не откликнется никогда, но тем не менее, он сделал очень большое дело.
Перепрограммирование взрослых клеток в стволовые и вопросы биоэтики
– Science назвал самым значительным достижением 2008 года биологический результат – перепрограммирование клеток.
Владимир Губайловский: Удалось из взрослых стволовых клеток, как бы развернув их развитие в обратную сторону, получить клетки, очень похожие или просто совпадающие с клетками эмбриональными. Этот результат должен решить проблему получения эмбриональных стволовых клеток. Потому что сейчас получение культур эмбриональных наталкивается на неразрешимые биоэтические проблемы. Необходимо сказать отдельно о документе принятом Ватиканом. В декабре Ватикан принял документ, который называется инструкция о «Достоинстве человека», она специально посвящена вопросам биоэтики. В нем Ватикан постулирует: человек рождается в тот момент, когда происходит оплодотворение яйцеклетки. Если в этот момент происходит одухотворение, скажем, творения, – оплодотворенная яйцеклетка имеет все права человека. И поэтому Ватикан очень резко возражает против искусственного оплодотворения.
Александр Марков: Это взаимосвязанные вещи – экстракорпоральное оплодотворение и запрет использования эмбриональных стволовых клеток. Откуда получают эмбриональные стволовые клетки? В основном как раз из тех эмбрионов, которые получаются при этом внематочном оплодотворении. Если женщины не могут забеременеть естественным путем, им таким образом помогают врачи. У них берут много яйцеклеток, порядка десятка, оплодотворяют в пробирке, и получается десяток эмбрионов, из которых выбирают самые жизнеспособные и три-четыре имплантируют уже ей в матку на определенной стадии развития, из которых приживется один или два эмбриона. Остальные полдюжины эмбрионов заведомо идут на выброс. Все равно не предполагается, что каждый из этих 10 искусственно полученных эмбрионов будет превращаться в человека. И Ватикан поэтому, естественно, запрещает и то, и другое, и женщинам таким образом иметь детей, и эмбриональные стволовые клетки получать. Фактически это означает запрет на врачебную помощь бесплодным парам. То есть в данном случае интересы эмбриона, комочка из нескольких недифференцированных клеток ставятся выше интересов взрослого разумного человека, который хочет иметь детей, но не может.
– Ватикан также запрещает и клонирование.
Владимир Губайловский: Клонирование запрещается по другому принципу. В инструкции Ватикана есть два постулата. Первый постулат – это то, что душа вселяется в тело в момент оплодотворения клетки, а второй постулат, что единственно допустимой формой репродукции является связь мужчины и женщины, находящихся в браке. Все остальные виды оплодотворения признаются аморальными. При клонировании оплодотворения не происходит и получается тогда, что при клонировании полученные живые существа – не одухотворены. Если мы получим клонированную овцу, значит она не живая и с ней в принципе можно делать все, что угодно.
Александр Марков: Конечно, у овцы нет бессмертной души, но если клонировать, то он по этой логике не будет являться человеком, потому что не было того момента, когда Богу полагается в него душу вставлять.
Александр Сергеев: Я все-таки надеюсь, что Ватикан не будет решать за науку, что и с чем делать. Хотя он может оказывать на серьезное влияние на исследования.
Долгожданные переходные формы: предки камбалы и лягушки
– Какие интересные открытия сделали палеонтологи?
Александр Марков: Я бы отметил находки новых переходных форм, которые закрыли несколько пробелов в эволюционной истории животных. Одна переходная форма – это рыба, которая является переходной между обычной рыбой, у которой глаза по бокам головы, и камбалой, у которой глаза на одной стороне головы. Происхождение камбалы эволюционистов смущало с давних времен. Теория постепенных эволюционных изменений предполагала, что один из двух глаз сначала должен двигаться вверх, оставаясь на своей стороне головы, потом оказаться на лбу сверху, а потом уже перейти на ту сторону, где находится другой глаз. Так вот пока он двигается еще по своей стороне головы, казалось бы, это не может давать никакого эволюционного преимущества. Эволюционный механизм, который был предложен Дарвиным – отбор маленьких изменений, он не будет работать. Все креационисты всегда приводили этот пример, как пример того, что не в состоянии объяснить дарвиновская теория. И вот палеонтологи нашли долгожданную переходную форму, две переходные формы, две рыбы, одна из них была известна раньше, просто прежние методы исследования ископаемых не позволяли реконструировать, как прижизненно располагались косточки скелета. А сейчас при помощи компьютерной томографии удалось точно показать, как у нее было все устроено. И оказалось, что у этих двух рыб глаз начал смещаться, уже сильно поднялся с одной стороны, но еще остается на своей стороне голове. То есть глаза по разную сторону головы, но один гораздо выше другого. И таким образом в очередной раз подтвердилась правота Дарвина, что появление камбал тоже шло постепенно.
Кроме того не хватало палеонтологам предка лягушек и саламандр. Теория эволюции предсказывает, что у каждой группы должен быть предок. Если есть две родственные группы, у них должен быть общий предок. Очень приятно всегда найти этого самого предка. Теперь найдено именно такое промежуточное животное. Были известны древнейшие лягушки с триасового периода, были известны древние хвостатые амфибии, то есть саламандры и были известны древние ламбритодонты, вымершая группа амфибий. И все понимали, что между ними должна быть переходная форма, переходное звено, но найти не могли. В Техасе нашли скелет такой амфибии, который очень удачно заполнил эту брешь. Он сочетает в себе признаки трех групп: ламбритодонтов, лягушек и саламандр, хвостатых амфибий.
Российские палеонтологи из Новосибирска тоже сделали замечательное открытие: в отложениях возрастом около миллиарда лет они обнаружили древние грибы. Ученым удалось доказать, что в отложениях обнаружены очень древние грибы, причем разные – одноклеточные, многоклеточные, разной стадии жизненного цикла, найдены и разные виды, и разные группы грибов. То есть богатая грибная флора.
Самому древнему современного человеку – 195 тысяч лет, а первой культуре – 70 тысяч лет
– Удивительное открытие было сделано в Эфиопии: 195 тысяч лет назад жили люди, которые анатомически были такими же как современный человек.
Александр Марков: В археологии палеолита было сделано, на мой взгляд, два самых важных дела. Уточнены датировки двух важнейших событий человеческой истории. Первое событие – это когда появились так называемые анатомически современные люди. Люди, по своему физическому строению не отличимые от нас. Самые древние находки, которые были сделаны, собственно говоря, давно Ричардом Лики в Эфиопии. В этом году вышел специальный номер журнала, посвященный этим находкам, и там дано окончательное утверждение датировок – 195 тысяч лет. Сейчас уже можно считать доказанным, что 195 тысяч лет назад в Африке существовали люди анатомически точно такие же, как мы.
А вторая дата, которая была уточнена, может быть еще интереснее – это дата первых признаков подлинно человеческой духовной культуры. Имеются в виду прежде всего украшения, ожерелья из ракушек просверленных, причем ракушки подобраны по цветам, по размерам. В частности, наконечник стрелы. Еще сравнительно недавно считалось, что такие вещи, а так же костяные орудия появились внезапно около сорока тысяч лет назад. Но потом были сделаны более древние находки в Африке. В этом году вышла статья с уточнением этих датировок – около 72 тысяч лет назад, точнее, даже дается точность более высокая – 71900 лет. Внезапно появилась эта культура и быстро распространилась по большой территории по разным климатическим зонам в пределах нынешней южной Африки: Ботсваны, Намибии и прилегающих территорий. Мы теперь знаем, что зарождение подлинной человеческой культуры, как и зарождение биологического вида, тоже произошло в Африке, и даже точно знаем, когда.
