Heute laden wir unsere Leser ein, in die Zukunft zu schauen. Wir werden Ihnen von wissenschaftlichen Experimenten erzählen, die unser Leben in den kommenden Jahrzehnten zum Besseren verändern könnten. Sehr bald werden wir die Früchte dieser wissenschaftlichen Forschung genießen können.
Die Implantation von Chips in den menschlichen Körper
Dieses Gerät wurde am NASA Research Center in Kalifornien erfunden. Es ist eine Kohlenstoffnanoröhre, die unter die Haut implantiert werden kann.
Stellen Sie sich eine "intelligente" Mikrokapsel vor, die in den menschlichen Körper eingenäht ist und zur richtigen Zeit und in den richtigen Dosen ein für einen Menschen lebenswichtiges Medikament in das Blut injiziert. Eine solche Anpassung kann Hunderttausende von Kranken retten, die ständig Medikamente einnehmen müssen. Wenn beispielsweise Zellen der Langerhans-Inseln aus der Bauchspeicheldrüse, die normalerweise Insulin produzieren, in Nanoröhrchen gegeben werden, können sie zur Behandlung von Diabetes verwendet werden.
Eine der Modifikationen eines solchen Geräts soll in Astronauten implantiert werden. Die Idee ist, dass Nanoröhren biologisches Material (lebende Zellen) enthalten, das beispielsweise auf eine Zunahme der Strahlung von Sonneneruptionen reagiert und ein Medikament freisetzt, das den Körper des Astronauten schützt. Die Zellen in den Nanoröhren können gentechnisch verändert werden, um die erforderlichen Substanzen als Reaktion auf Umweltveränderungen zu produzieren.
Der Schutz einer Person vor Strahlung kann beispielsweise das Protein G-CSF sein - eine Substanz, die bereits in der Strahlentherapie von Krebspatienten eingesetzt wird. Kohlenstoffnanoröhren müssen Poren haben, die das Wachstum und die Teilung von Zellen ermöglichen, und Medikamente müssen in den Wirt freigesetzt werden. Die Kapseln werden jetzt an Tieren getestet. In naher Zukunft werden die Wissenschaftler jedoch mit Experimenten an Freiwilligen fortfahren.
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Maschinen, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen
Der bevorstehende Klimawandel auf dem Planeten wurde lange auf allen Ebenen der Gesellschaft diskutiert. Die Hauptursache für die globale Erwärmung ist Kohlendioxid, das in großen Mengen von Industrieanlagen und Transportsystemen auf der ganzen Welt produziert wird. Das kanadische Unternehmen Carbon Engineering hofft, durch die chemische Extraktion dieses Gases aus der Atmosphäre einen Unterschied machen zu können. Das von den Spezialisten des Unternehmens erfundene Gerät kann Luft ansaugen und durch eine Hydroxidlösung leiten. Dadurch wird Kohlendioxid zu einem festen Kohlenstoffsediment - Kohlendioxid. Und es kann bereits für industrielle Zwecke verwendet oder einfach im Boden vergraben werden.
Diese Maschine wurde letztes Jahr getestet und lief 500 Stunden, wobei erfolgreich Kohlendioxid aus der Luft extrahiert wurde. Das nächste Experiment wird mehrere tausend Stunden dauern. Ingenieure sind daran interessiert, wie das Gerät auf unterschiedliche Wetterbedingungen reagiert.
Das Unternehmen hofft, 2013 ein kommerzielles Pilotprojekt entwickeln zu können. Jedes der Module des Geräts wird einem riesigen Kühlturm eines Kernkraftwerks ähneln und in der Lage sein, der Atmosphäre pro Jahr 1 Million Tonnen Kohlendioxid zu entziehen. Unsere Zivilisation produziert jährlich 30 Milliarden Tonnen dieses Gases, das heißt, es werden 30.000 Module benötigt, um den Einfluss der Menschheit auf das Klima des Planeten vollständig zu neutralisieren.
Lösung des Problems der Supraleiter
Supraleiter sind die Zukunft der Übertragung und Speicherung von Elektrizität. Diese Materialien haben einen sehr geringen Widerstand von nahezu Null. Mit ihnen können Kabel und Batterien für Stromversorgungssysteme hergestellt werden. Das Problem ist jedoch, dass alle derzeit bekannten Supraleiter nur bei sehr niedrigen Temperaturen solche sind: weniger als - 163 ° C. Daher müssen sie gekühlt und gut isoliert sein, was an sich sehr teuer ist. Es ist erforderlich, Materialien zu finden, die bei höheren Temperaturen supraleitend sind. Und dies liegt bereits in der Kompetenz der Quantenphysik und ihrer komplexen Gesetze zum Verhalten subatomarer Teilchen. Die Lösung des Problems liegt außerhalb der Möglichkeiten moderner Computer. Wissenschaftler des US National Institute of Standards and Technology haben jedoch einen "Quantenstimulator" entwickelt - ein Computersystem, dasDies wird Forschern helfen, Wechselwirkungen zwischen Quantenteilchen zu planen und zu stimulieren und einfach Informationen über die Ergebnisse dieser Wechselwirkungen zu lesen. Somit ist es möglich, bekannte Supraleiter mit anderen Materialien zu vergleichen und einen geeigneten unter ihnen zu suchen.
Schaffung eines einheitlichen Modells aller Gesetze und Phänomene in der Physik
Das Standardmodell der Teilchenphysik ist derzeit das beste System zum Verständnis des Verhaltens subatomarer Materieteilchen. Es kann jedoch nicht die Phänomene der Schwerkraft und der Expansion des Universums erklären, die mit zunehmender Geschwindigkeit auftreten. Die Schaffung eines einzigen Modells, das alle bekannten physikalischen Phänomene in der Natur abdeckt, wird ein bemerkenswerter Durchbruch in der Wissenschaft sein, vergleichbar mit der Entwicklung der Quantentheorie. Laser, mikroelektronische Bauelemente und ultrapräzise Uhren arbeiten jetzt auf der Grundlage der Quantentheorie. Es wurden nicht wiederherstellbare Codes erstellt, dh viele Dinge, über die erst nach der Formulierung der Theorie nachgedacht wurde.
Wie kann die Realität um uns herum von den Vorhersagen des Standardmodells abweichen? Die Antwort erscheint nach Experimenten am Large Hadron Collider - einem riesigen Teilchenbeschleuniger. Er arbeitet mit großen Energien. es gibt eine Kollision von Teilchen - Protonen. Die Kollision von Elektronen und Positronen wird vielversprechender sein, da man in diesem Experiment die Energie jeder Kollision einstellen und ändern und einfachere Endzustände untersuchen kann. Diese Teilchen können jedoch nicht im Kreis beschleunigt werden, da sie in diesem Fall ihre Energie in alle Richtungen abgeben. Dieses Phänomen ist als Synchrotronstrahlung bekannt. Die Lösung liegt auf der Oberfläche: Sie müssen sie mit einem Linearbeschleuniger in einer geraden Linie beschleunigen. Genau diese Struktur soll in naher Zukunft errichtet werden. Seine Länge wird 50 Kilometer betragen. Es kann in Japan gebaut werden,Amerika, Schweiz oder Russland.
Alzheimer-Krankheit auf Petrischalen
Derzeit gibt es weltweit 26 Millionen Menschen mit Alzheimer-Krankheit. Dies ist mehr als die Bevölkerung von ganz Australien. In Großbritannien gibt es 800.000 solcher Patienten. Diese Zahlen werden sich voraussichtlich bis 2050 verdoppeln. Die Ursache der Krankheit ist noch unbekannt und es gibt keine wirksame Behandlung. Patienten können ihre Lebensqualität nur geringfügig verbessern. Um die Krankheit zu untersuchen, werden Proben des Gehirngewebes einer lebenden Person benötigt, aber aus offensichtlichen Gründen ist es unmöglich, sie zu erhalten. In diesem Fall ist es sinnlos, an Tieren zu experimentieren, da nur Menschen für diese Krankheit anfällig sind. Daher ist es schwierig, die Bedeutung der Arbeit zweier unabhängiger Forschergruppen der University of Cambridge und Kalifornien zu überschätzen. Sie konnten im Labor Gehirnzellen züchten und die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit direkt auf Petrischalen beobachten. Hat es geschafft, es herauszufindendass die Krankheit mit einer allmählichen Anhäufung kleiner zellulärer Anomalien beginnt. Wissenschaftler nahmen Hautzellen von Patienten, in deren Familie sich Patienten befanden, von denen sie Stammzellen erhielten, die sich in andere, beispielsweise Gehirnzellen, verwandeln können. Sie untersuchen die Wirkung verschiedener Substanzen, um Mittel zu finden, um die Entwicklung der Krankheit zu stoppen. Die Forscher hoffen auf einen erfolgreichen Abschluss des Projekts in den nächsten drei bis fünf Jahren.
Suche nach außerirdischen Zivilisationen
Seit 1995, als der erste sonnenähnliche Stern mit den umgebenden Planeten - 51 Pegasi und sein Planet Bellerophon - entdeckt wurde, begannen Astrophysiker, etwa 760 Planeten auf die Existenz einer Zivilisation auf ihnen zu untersuchen. Es stellt sich heraus, dass diese Planeten, die ungefähr so weit von ihren Sonnen entfernt sind wie die Erde von ihrem Stern, viel weniger Licht und Wärme von ihnen erhalten.
Der Astrophysiker und Professor an der Universität von Colorado, Webster Cash, schlug ein "Sternendimmer" -Gerät vor - ein spezielles Raumschiff, das das Licht eines Sterns blockieren kann und es den empfindlichen Instrumenten des Teleskops ermöglicht, jeden Planeten zu untersuchen. Dies ermöglicht die spektroskopische Untersuchung des Lichts dieser Planeten, um ihre chemische Zusammensetzung und das Vorhandensein oder Fehlen einer Atmosphäre zu bestimmen. Sie können auch herausfinden, ob sich Wasserdampf um die Planeten befindet. Der wichtigste Biomarker, dh eine Substanz, die von der Anwesenheit von Leben spricht, ist Sauerstoff. Dies versuchen Forscher zu finden.
Entwicklung neuer Triebwerke für Raumfahrzeuge
Ein Raumschiff in die Erdumlaufbahn zu bringen, ist eine ziemlich schwierige Aufgabe. In diesem Fall muss die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs das 25-fache der Schallgeschwindigkeit betragen. Dies erfordert einen mehrstufigen Rumpf mit einer großen Menge Treibstoff an Bord, der bei einer versehentlichen Explosion der Explosion einer kleinen Atombombe ähnelt. Neben dieser Gefahr gibt es auch ein finanzielles Problem. Ein solcher Flug kostet Zehntausende Dollar pro Kilogramm Fracht in der Rakete. Dieser Zustand kann jedoch bald geändert werden.
Das britische Unternehmen Reaction Engines hat ein wiederverwendbares unbemanntes Raumschiff Skylon entwickelt, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist. Der Schlüssel zum Erfolg dieses Projekts ist die Entwicklung eines völlig neuen Systems SABRE-Raumtriebwerk, das in zwei Modi betrieben werden kann: einem Strahltriebwerk (Gasturbinen) und einem Raketentriebwerk.
Der Hauptbrennstoff dafür ist Wasserstoff und Sauerstoff ist das Oxidationsmittel. Während des Starts und der Landung gelangt Sauerstoff direkt aus der Atmosphäre in den Motor. Und nachdem Sie in den Weltraum gegangen sind, kommen die internen Tanks mit dem Oxidationsmittel ins Spiel. Die Hauptkomponenten des neuen Motors wurden nun erstellt und werden für umfangreiche Tests vorbereitet. Im Falle des Erfolgs und der Umsetzung des Projekts werden die Kosten für den Start von Raumfahrzeugen in die Erdumlaufbahn um das 15- bis 50-fache sinken. Die maximale Nutzlastmasse, die Skylon in den Weltraum liefern kann, beträgt 12 bis 15 Tonnen bei einer Höhe von 300 Kilometern und 9,5 bis 10,5 Tonnen bei einer Höhe von 460 Kilometern.
Wachsender "Superweizen"
Um die Bevölkerung der Erde zu ernähren, sind landwirtschaftliche Flächen mit einer Fläche von der Größe Südamerikas erforderlich. Wissenschaftler versuchen, effizientere Wege zu finden, um an Nahrung zu gelangen. Experten des Wheat Yield Consortium glauben, dass eine Möglichkeit, dieses Problem anzugehen, darin besteht, "Superweizen" zu entwickeln, eine modifizierte Pflanze zur Produktion von essbarer Biomasse. Ziel der Entwicklung ist es, die Erträge über 25 Jahre um 50% zu steigern. Aber wie? Durch die Verbesserung der Effizienz der Photosynthese. Die Photosynthese ist ein Prozess in Pflanzen zur Bildung von organischer Substanz aus Kohlendioxid und Wasser im Licht unter Beteiligung von photosynthetischen Pigmenten (Chlorophyll in Pflanzen, Bakteriochlorophyll und Bakteriorhodopsin in Bakterien). Es ist geplant, die Effizienz dieses Prozesses durch Beeinflussung eines der Enzyme zu erhöhen.welches für die erste Stufe der Photosynthese verantwortlich ist - die Kohlenstofffixierung. Hier können Sie sowohl biochemische als auch genetische Methoden anwenden. Das Projekt ist immer noch schlecht finanziert, aber die ersten Experimente in Mexiko haben bereits begonnen.
Schaffung sicherer Kernkraftwerke
1954 wurde in Obninsk das weltweit erste Kernkraftwerk gebaut. Die Kernenergie wird seitdem als unerschöpfliche Energiequelle für die Zukunft gefeiert. Nach den bekannten Ereignissen in Tschernobyl und in Fukushima wurde jedoch klar, dass solche Kraftwerke eine große Gefahr darstellen. Im Zusammenhang mit diesem Problem wird ein Projekt namens ITER (ITER) entwickelt - der weltweit größte thermonukleare Reaktor, der derzeit in Frankreich in gemeinsamen Anstrengungen der Europäischen Union, Indiens, Chinas, Südkoreas, Russlands, der USA und Japans gebaut wird. Ein Kernreaktor ist in Bezug auf Strahlung viel sicherer als ein Kernreaktor. Die Menge der darin verwendeten radioaktiven Substanzen ist relativ gering. Die Energie, die durch einen Unfall freigesetzt werden kann, ist ebenfalls gering und kann nicht zur Zerstörung des Reaktors führen. Das Design des Reaktors ist so, dass es natürliche Barrieren gibt. Verhinderung der Ausbreitung radioaktiver Substanzen. Bei der Entwicklung von ITER wurde jedoch großer Wert auf die Strahlenschutzsicherheit gelegt - sowohl während des normalen Betriebs als auch bei möglichen Unfällen. Die darin enthaltene Energie wird durch die Fusion von Deuterium- und Tritiumkernen (Wasserstoffisotope mit zusätzlichen Neutronen) erzeugt. Dieser Kraftstoff ist sicher, da bei seiner Verwendung keine Kettenreaktion auftritt. Infolgedessen tritt keine langfristige radioaktive Kontamination auf. Darüber hinaus enthält Meerwasser viel Deuterium, und Tritium wird leicht aus Lithium gewonnen. Die darin enthaltene Energie wird durch die Fusion von Deuterium- und Tritiumkernen (Wasserstoffisotope mit zusätzlichen Neutronen) erzeugt. Dieser Kraftstoff ist sicher, da bei seiner Verwendung keine Kettenreaktion auftritt. Infolgedessen tritt keine langfristige radioaktive Kontamination auf. Darüber hinaus enthält Meerwasser viel Deuterium, und Tritium wird leicht aus Lithium gewonnen. Die darin enthaltene Energie wird durch die Fusion von Deuterium- und Tritiumkernen (Wasserstoffisotope mit zusätzlichen Neutronen) erzeugt. Dieser Kraftstoff ist sicher, da bei seiner Verwendung keine Kettenreaktion auftritt. Infolgedessen tritt keine langfristige radioaktive Kontamination auf. Darüber hinaus enthält Meerwasser viel Deuterium, und Tritium wird leicht aus Lithium gewonnen.
Maschinen, die DNA bearbeiten können
Die Möglichkeit, die menschliche DNA zu verändern, beschäftigt Wissenschaftler und Ärzte auf der ganzen Welt seit langem. Seit bekannt wurde, dass verschiedene Krankheiten von der Sequenz des Genoms eines lebenden Organismus abhängen, wurden viele genetische, gentechnische und biochemische Studien durchgeführt, um Behandlungsmethoden unter Verwendung von DNA-Veränderungen zu entwickeln. Der Beginn vieler Entdeckungen in der Biologie ist mit Bakterien verbunden. Dies sind relativ einfache Wesen, in denen viele grundlegende Prozesse dargestellt werden, die im menschlichen Körper ablaufen. Mit ihrer Hilfe wird bereits jetzt eine industrielle Synthese von Arzneimitteln durchgeführt. Damit Mikroben einem Menschen so dienen können, wie er es braucht, haben Wissenschaftler gelernt, ihre DNA entsprechend zu verändern. Solche Experimente erfordern jedoch viel Zeit, Mühe und Kosten und sind nicht immer erfolgreich.
In naher Zukunft wird das amerikanische Unternehmen LS9 die Bevölkerung mit billigem Kraftstoff, Medikamenten und vielleicht sogar Lebensmitteln versorgen. All dies wird in Bioreaktoren hergestellt, die auf billigen Rohstoffen basieren - verschiedenen organischen Abfällen, Hackschnitzeln und so weiter. Einer der Projektleiter, George Church, entwickelte zusammen mit seinen Kollegen einen neuen Ansatz, um Mikroorganismen mit den erforderlichen Eigenschaften zu erhalten. Die neue Technologie heißt MAGE (Multiplex-automatisierte Genomtechnik), dh „mehrfach automatisierte Genomtechnik“. Es basiert auf einem neuen Gerät, das durchaus als "Evolutionsmaschine" bezeichnet werden kann.
Sie können gleichzeitig 50 Änderungen an der bakteriellen DNA vornehmen, dh 50 Varianten in einem Experiment überprüfen. Und wenn die Auswahl so groß ist, ist es einfacher und schneller, das zu finden, was Sie brauchen. Wissenschaftler suchen nun nach "Kraftstoff" -Mikroben, die verschiedene Gemische von Kohlenwasserstoffen synthetisieren, deren Zusammensetzung dem von Kraftstoffen ähnelt. Die erste derartige Versuchsanlage wurde im vergangenen Jahr in San Francisco in Betrieb genommen und beschäftigt bereits Bakterienchemiker der ersten Generation. Aus Zuckerrohr produzieren sie wöchentlich Hunderte von Gallonen Biokraftstoff. Dieser Kraftstoff ist kristallklar und entspricht internationalen Standards.
Die Autoren der Entwicklung glauben, dass das Prinzip der beschleunigten Evolution in der Maschine es ermöglichen wird, solche modifizierten Bakterien zu erhalten, die in großen Mengen billige Nährstoffe und verschiedene Medikamente synthetisieren.
Bill Haywood, Projektleiter von LS9, ist optimistisch: "Wir werden die Welt heilen." Ich möchte wirklich glauben, dass es so sein wird.
Magazin: Geheimnisse des 20. Jahrhunderts №41. Verfasser: Irina Bakhlanova
