Каждый год Королевское научное общество сообщает о новейших достижениях науки и техники, которые в скором времени могут найти широкое применение.

Мы представляем вам пять наиболее интересных из списка 2016 года, которые вот-вот покинут лабораторные стены и начнут испытываться в реальных условиях.

1. Космический пылесос

Пустые оболочки ракет, умершие спутники, куски стекла и крохотные кусочки краски - все это летает в космическом пространстве и составляет примерно 7 тыс. тонн космического мусора - именно столько человечество успело намусорить за период освоения космоса.

Большая часть когда-либо запущенных в космос объектов так там и вращаются и представляют реальную угрозу работающим спутникам, которые, помимо всего прочего, жизненно необходимы для обеспечения интернет- и мобильной связи.

Международная космическая станция, например, должна регулярно подправлять свое месторасположение, чтобы избежать столкновения с подобным мусором.

Однако теперь на помощь придет миссия RemoveDebris ("Убрать мусор"), которая будет в буквальном смысле ловить и затягивать мусор и начнет проходить испытания в начале 2017 года.

"Это не научная фантастика, это реальная проблема, - объясняет в интервью Би-би-си руководитель проекта профессор Джейсон Форшоу из космического центра университета Суррея. - Весь космический мусор в конце концов упадет на Землю благодаря силе притяжения, однако какая-то его часть летает на высоте 1000 км, и на это уйдет примерно тысяча лет. Но мы не можем столько ждать, у нас есть всего лет 10-20 до того, как это перерастет в серьезную проблему".

Принцип сбора космического мусора очень прост: в космическое пространство забрасывается сеть, наподобие рыболовецкой. Как только она наполнится мусором, специальный космический корабль-тягач потянет ее на Землю.

При вхождении в атмосферу мелкий мусор сгорит, а крупные куски будут доведены до Тихого Океана и сброшены туда.

Другая система задействует серебряный парус, который внешне напоминает воздушный змей.

Он сделан из ультратонкой пленки и действует по принципу обычного паруса, но в действие его будут приводить протоны солнечного света, а не ветер. Парус будет утягивать мусор с орбиты, ускоряя тем самым его возращение на Землю.

2. "Комариные дневники"

Борьба с малярийным комаром anopheles занимает ученых уже не один десяток лет, поскольку именно это насекомое является переносчиком малярии - болезни, уносящей ежегодно 438 тыс. жизней.

А в последние годы возникла новая проблема: повышенная резистентность малярийных комаров к имеющимся инсектицидам, поскольку процесс естественного отбора заставляет комаров выживать и делает их более устойчивыми.

Резистентность комаров к препаратам по их уничтожению зафиксирована в 60 странах и достигла угрожающих размеров в Западной и Восточной Африке.

Поэтому самое главное в этой борьбе - понять поведение комара.

"Мы используем инфракрасные камеры для слежения за тем, как комары облетают надкроватную сетку. Впервые нам удалось заснять их действия в таком объеме", - рассказала Би-би-си Джози Паркер, научная сотрудница Института тропической медицины в Ливерпуле.

Проект "Комариные дневники" исследует, в течение какого времени комары облетают надкроватную сетку и каким образом инсектицид, содержащийся на ткани, не дает комарам укусить спящего человека.

"Чтобы инсектицид заработал, надо, чтобы комар дотронулся до сетки, при этом очень короткого контакта недостаточно. Наша задача - определить, как долго комару нужно пробыть на сетке, чтобы погибнуть", - говорит Паркер.

Это исследование поможет в разработке новых, более эффективных тканей, сеток и препаратов.

"Сетки представляют собой физический барьер, но если они не уничтожают комара, то тогда он будет летать где-то поблизости и укусит, когда человек проснется", - говорит Паркер.

3. Секреты 4D рентгеновского синхотрона

Это сложная машина позволяет ученым заглянуть в суть материалов, будь то магма - чтобы узнать о крупномасштабных вулканических извержениях, или кристаллы льда - чтобы понять, почему одно мороженое вкуснее другого.

"Мы применяем технологию рентгеновской компьютерной томографии, которая использует ярчайший свет такой мощности, что он позволяет увидеть внутреннюю структуру вещей в трехмерном измерении. Мы можем заглянуть в любой объект, сфера применения этого огромна", - рассказывает Камел Мади из Манчестерского университета.

Луч синхотрона в 10 млрд раз ярче солнечного, он входит в структуру материала, не нанося ему внешних повреждений.

Камера на другом конце фиксирует полученную лучом информацию, делая снимки высокого разрешения.

"Четвертым измерением" здесь выступает время: ученые, изменяя условия среды, например, температуру и давление, создают условия, в которые попадают вещества в естественных условиях, и наблюдают за происходящими с ними изменениями.

"Мы можем понять, как изменяется структура материалов, когда мы их производим, поэтому в этом аппарате содержится разгадка того, как улучшить производство некоторых предметов, например, реактивных двигателей или литиевых батарей", - говорит Мади.

Эта же технология может оказать большую помощь в понимании того, как имплантаты реагируют на контакт с тканью тела человека. В частности, ученые исследуют, как такое заболевание, как артрит, воздействует на хрящи, и что можно сделать, чтобы улучшить качество жизни больных артритом.

4. Заставить пауков работать

Паутинный шёлк, из которого плетется паутина - это ключ к следующему поколению совместимых с живыми тканями (человеческого организма) экоустойчивых материалов.

"Паутинный шёлк существует уже 300 млн лет, при этом пауки используют минимум материала для достижения максимального эффекта", - говорит биолог Бет Мортимер из Оксфордской группы по изучению шёлка в Оксфордском университете.

Для создания паутины, куда ловится живая добыча, пауки используют белок, и теперь ученые пытаются расшифровать на молекулярном уровне структуру их шёлка и то, как это может пригодиться для наших с вами повседневных нужд.

В природе существует немного материалов, способных сравниться по прочности с паутинным шёлком, а если совместить его с каучуком, то можно получить суперпрочную ткань.

"Процесс производства шёлка в тысячу раз более энергосберегающий, чем синтетические полимеры, такие как пластик, например. Так что теперь задача состоит в том, чтобы сделать этот процесс рентабельным с экономической точки зрения", - поясняет Мортимер.

Присутствие крошечных капель клеящего вещества, которое делает паутину такой липкой и тягучей, навело ученых на мысль о том, как произвести схожий материал.

К тому же шёлк биосовместим: уже вовсю идут клинические испытания того, как шёлк можно использовать в имплантатах хрящей коленного сустава.

У паутины есть еще одно интересное свойство: когда пойманная добыча пытается выбраться, паутина резонирует и посылает пауку сигнал - это можно использовать для создания музыкальных инструментов с особой вибрацией.

5. Костная революция

Ученые разработали технологию по выращиванию искусственных костей в лабораторных условиях без использования химических препаратов или медикаментов, а лишь с помощью волновых колебаний.

Они называют этот процесс "нанотолчками", а выглядит он так: из костного мозга извлекают стволовые клетки и "толкают" их с помощью высоких частот, чтобы они начали превращаться в клетки костной ткани.

Новая костная ткань выращивается из собственных клеток пациента без химических препаратов или митогенов (белков роста), которые имеют нежелательные побочные эффекты.

Таким образом отторжения ткани не произойдет, к тому же этот метод не требует болезненной операции для изъятия образцов костной ткани из других частей тела пациента.

Эти "нанотолчки" производятся тысячу раз в секунду, толкая клетку на расстояние 20 нанометров.

"Мы биомимикрируем саму кость, которая вибрирует естественным образом тысячу раз в секунду", - поясняет профессор Мэтью Далби, занимающийся этими исследованиями в Университете Глазго.

С помощью этой технологии можно залечить травму кости или нарастить существующую костную ткань. В дальнейшем это может привести к тому, что переломы можно будет лечить без операции, а просто посредством "нанотолчков", а также, возможно, замедлить рост определенных видов рака.

Костная ткань является одной из самых пересаживаемых после крови, а, учитывая стареющее население, страдающее от остеопороза и переломов бедра, эта технология может быть чрезвычайно востребована.

Ученые планируют в ближайшие три года начать пересаживать пациентам кости, выращенные в лабораторных условиях с помощью "нанотолчков", а широкое применение этот вид терапии может получить в ближайшие 10 лет.

Если бы не существовали исторические мифы и легенды, многие выдающиеся первооткрыватели и изобретатели показались бы нам не такими уж и гениальными. Домыслы всегда создают правильною атмосферу и мистическую ауру вокруг главного образа. Герой в нашем представлении обретает уникальные черты характера: небывалое мужество, неподдельный талант, неслыханной остроты ум.

Одно яблоко в день поможет нам забыть о докторах, однако в литературе и истории этот фрукт имеет не совсем чистую репутацию. Оправдано ли? Вспомним библейскую историю. После того как в Эдемском саду первые люди, Адам и Ева, угостились запретным плодом, они познали силу искушения и погрязли во грехе. Мы уверены в том, что это было яблоко, однако в тексте об этом не сказано ни слова. Это вполне мог быть персик, груша, слива или любой другой фрукт.

Похоже, что винить во всем яблоки — это человеческая природа. Как еще можно объяснить легенду о том, что Исааку Ньютону на голову упало яблоко, прежде чем он открыл Закон всемирного тяготения? Гравитация существовала всегда, а вот легенда появилась уже после смерти Ньютона. По словам его друга Уильяма Стекли, яблоко действительно сыграло важную роль в открытии. Исаак прогуливался по яблочному саду, когда заметил падающее яблоко, что натолкнуло его на размышления. Однако на голову английскому физику никакие фрукты не сыпались.

Ван Гог предстает в образе страдающего и голодающего художника, продавшего лишь одну картину в своей жизни. Помимо этого, известно и то, что он покончил жизнь самоубийством, имел психическое расстройство, сам себе отрезал ухо. Однако есть и вторая версия этого инцидента. Говорят, что кусочек уха отрезал Ван Гогу его друг Гоген. Художники рассорились ночью с 23 на 24 декабря 1888 года. Гоген был неплохим фехтовальщиком, поэтому владел рапирой весьма умело. После содеянного он выбросил оружие, а в полиции сказал, что Ван Гог изувечил себя сам в состоянии аффекта.

Салем (Сейлем, штат Массачусетс) — место, где по легенде на огромном костре сжигали ведьм. В 1692 году за колдовство, считавшееся преступлением, в городе было осуждено 150 человек. В их числе были не только женщины, но и мужчины. Более того, любой охотник на ведьм знает, что с помощью костра от нечистой силы не избавиться. Версия с сожжением — не более чем домысел. Из 150 человек к смертной казни было приговорено 20, из них 19 были умерщвлены через повешение и 1 раздавлен под тяжелыми каменными глыбами, остальные же отправились отбывать тюремное заключение.

Многие считают, что чрезмерную амбициозность и жестокость Наполеона можно оправдать его телесным несовершенством, маленьким ростом. Это большое заблуждение, ведь рост «Маленького капрала» значительно превышал рост среднестатистического француза того времени. Унизительное прозвище солдаты использовали лишь на рассвете боевой карьеры Наполеона Бонапарта за его относительно низкое звание. Даже когда он взошел на трон правителя Франции, обидная кличка все еще оставалась при нем. Именно она и вводит в заблуждение целые поколения уже несколько веков подряд.

Все знают два факта о португальском исследователе Фернане Магеллане. Это тот самый человек, который осмелился совершить путешествие вокруг планеты всей. Во время этой исторической поездки его убили аборигены. Оба события противоречат друг другу, поэтому стоит принять во внимание то, что Магеллан прошел лишь половину пути, предоставив своему компаньону-мореплавателю Хуану Себастьян дель Кано возможность пройти вторую половину и завершить путешествие.

Жители Австралии утверждают, что за много лет до прибытия Кука в Сидней в 1770 году, в стране уже побывали двое голландцев: Абель Тасман и Дирк Хартог, а помимо них, пират из Англии Уильям Дампир. Но справедливости ради стоит отметить, что Кук все-таки открыл новые территории страны, более того, это поспособствовало появлению первых белокожих поселенцев. Итак, допустим, Кук открыл Австралию. Однако на момент открытия он носил звание лейтенанта, а значит, утверждать, что Австралия была открыта капитаном Куком — неправильно.

Уильям Шекспир — великий драматург, а его «Трагедия Гамлета, принца Дании» (1603) известна на весь мир. Однако пьесу нельзя назвать оригинальной, как и многие прочие произведения Шекспира. Дело в том, что написана она по мотивам древней легенды скандинавских народов. Писатель часто брал за основу своих произведений старые, забытые сюжеты.

Томас Эдисон, прославившийся рекордным количеством патентов (1093), что не перестает удивлять нас до сих пор, многие столетия. Поразительно, что многие из этих вещей Томас в действительности не изобретал. Большая часть достижений Эдисона — заслуга его малоизвестных техников, в том числе и электрический свет. За сорок лет до появления Эдисона на свет, английский изобретатель Хэмфри Дэви создал дуговое освещение (с применением углеродной нити). В течение долгих лет многие изобретатели пытались улучшить и усовершенствовать модель Дэви, ведь ни один прибор не мог светиться более двенадцати часов. Достижение лаборатории Эдисона заключается лишь в том, что там была найдена правильная нить, после чего прибор светился несколько дней подряд.

История всегда искажается, проходя через уста поколений. Наше дело — оценивать ее объективно. Однако была бы она настолько же интересной, если бы в ней не было доли неправды?

Изучать физику значит изучать Вселенную. Точнее, как работает Вселенная. Вне всяких сомнений, физика — самая интересная ветвь науки, поскольку Вселенная куда сложнее, чем кажется, и она вмещает в себя все сущее. Иногда мир ведет себя очень странно, и возможно, вы должны быть настоящим энтузиастом, чтобы разделить с нами радость по поводу этого списка. Перед вами десять самых удивительных открытий в новейшей физике, которые заставили многих и многих ученых ломать головы не годами, а десятилетиями.

На скорости света время останавливается

Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, скорость света неизменна — и равна приблизительно 300 000 000 метров в секунду, вне зависимости от наблюдателя. Это само по себе невероятно, учитывая что ничто не может двигаться быстрее света, но все еще сугубо теоретично. В специальной теории относительности есть интересная часть, которая называется «замедление времени» и которая говорит, что чем быстрее вы движетесь, тем медленнее для вас движется время, в отличие от окружения. Если вы будете ехать на автомобиле час, вы постареете немного меньше, чем если бы просто сидели у себя дома за компьютером. Дополнительные наносекунды вряд ли существенно изменят вашу жизнь, но все же факт остается фактом.

Выходит, если двигаться со скоростью света, время вообще застынет на месте? Это так. Но прежде чем вы попытаетесь стать бессмертным, учтите, что двигаться со скоростью света невозможно, если вам не повезло родиться светом. С технической точки зрения движение со скоростью света потребует бесконечного количества энергии.

Квантовая запутанность

Только что мы пришли к выводу, что ничто не может двигаться быстрее, чем со скоростью света. Что ж… и да, и нет. Хотя технически это остается верным, в теории существует лазейка, которую нашли в самой невероятной ветви физики — в квантовой механике.

Квантовая механика, по сути, это изучение физики на микроскопических масштабах, таких как поведение субатомных частиц. Эти типы частиц невероятно малы, но крайне важны, поскольку именно они образуют строительные блоки всего во Вселенной. Можете представить их как крошечные вращающиеся электрически заряженные шарики. Без лишних сложностей.

Итак, у нас есть два электрона (субатомных частиц с отрицательным зарядом). Квантовая запутанность — это особый процесс, который связывает эти частицы таким образом, что они становятся идентичными (обладают одинаковым спином и зарядом). Когда это происходит, с этого момента электроны становятся идентичными. Это означает, что если вы измените один из них — скажем, измените спин — второй отреагирует незамедлительно. Вне зависимости от того, где он находится. Даже если вы его не будете трогать. Влияние этого процесса потрясающей — вы понимаете, что в теории эту информацию (в данном случае, направление спина) можно телепортировать куда угодно во вселенной.

Гравитация влияет на свет

Вернемся к свету и поговорим об общей теории относительности (тоже за авторством Эйнштейна). В эту теорию входит понятие, известное как отклонение света — путь света не всегда может быть прямым.

Как бы это странно ни звучало, это было доказано неоднократно. Хотя у света нет никакой массы, его путь зависит от вещей, у которых эта масса есть — вроде солнца. Поэтому если свет от далекой звезды пройдет достаточно близко к другой звезде, он обогнет ее. Как это касается нас? Да просто: возможно, те звезды, которые мы видим, находятся совсем в других местах. Помните, когда в следующий раз будете смотреть на звезды: все это может быть просто игра света.

Темная материя

Благодаря некоторым теориям, которые мы уже обсудили, у физиков есть довольно точные способы измерения общей массы, присутствующей во Вселенной. Также у них есть довольно точные способы измерения общей массы, которую мы можем наблюдать — но вот незадача, два этих числа не совпадают.

На самом деле, объем общей массы во Вселенной значительно больше, чем общая масса, которую мы можем посчитать. Физикам пришлось искать объяснение этому, и в результате появилась теория, включающая темную материю — таинственное вещество, которое не испускает света и берет на себя примерно 95% массы во Вселенной. Хотя существование темной материи формально не доказано (потому что мы не можем ее наблюдать), в пользу темной материи говорит масса свидетельств, и она должна существовать в той или иной форме.

Наша Вселенная быстро расширяется

Понятия усложняются, и чтобы понять почему, нам нужно вернуться к теории Большого Взрыва. До того как стать популярным телешоу, теория Большого Взрыва была важным объяснением происхождения нашей Вселенной. Если проще: наша вселенная началась со взрыва. Обломки (планеты, звезды и прочее) распространились во всех направлениях, движимые огромной энергией взрыва. Поскольку обломки достаточно тяжелые, мы ожидали, что это взрывное распространение должно замедлиться со временем.

Но этого не произошло. На самом деле, расширение нашей Вселенной происходит все быстрее и быстрее с течением времени. И это странно. Это означает, что космос постоянно растет. Единственный возможный способ объяснить это — темная материя, а точнее темная энергия, которая и вызывает это постоянное ускорение. А что такое темная энергия? Вам лучше не знать.

Любая материя — это энергия

Материя и энергия — это просто две стороны одной медали. На самом деле, вы всегда это знали, если когда-нибудь видели формулу E = mc2. E — это энергия, а m — масса. Количество энергии, содержащейся в конкретном количестве массы, определяется умножением массы на квадрат скорости света.

Объяснение этого явления весьма захватывает и связано с тем, что масса объекта возрастает по мере приближения к скорости света (даже если время замедлится). Доказательство довольно сложное, поэтому можете просто поверить на слово. Посмотрите на атомные бомбы, которые преобразуют довольно небольшие объемы материи в мощные выбросы энергии.

Корпускулярно-волновой дуализм

Некоторые вещи не так однозначны, какими кажутся. На первый взгляд, частицы (например, электрон) и волны (например, свет) кажутся совершенно разными. Первые — твердые куски материи, вторые — пучки излучаемой энергии, или что-то типа того. Как яблоки и апельсины. Оказывается, вещи вроде света и электронов не ограничиваются лишь одним состоянием — они могут быть и частицами, и волнами одновременно, в зависимости от того, кто на них смотрит.

Серьезно. Звучит смешно, но существуют конкретные доказательства того, что свет — это волна, и свет — это частица. Свет — это и то, и другое. Одновременно. Не какой-то посредник между двумя состояниями, а именно и то и другое. Мы вернулись в область квантовой механики, а в квантовой механике Вселенная любит именно так, а не иначе.

Все объекты падают с одинаковой скоростью

Многим может показаться, что тяжелые объекты падают быстрее, чем легкие — это звучит здраво. Наверняка, шар для боулинга падает быстрее, чем перышко. Это действительно так, но не по вине гравитации — единственная причина, по которой получается так, в том, что земная атмосфера обеспечивает сопротивление. Еще 400 лет назад Галилей впервые понял, что гравитация работает одинаково на всех объектах, вне зависимости от их масс. Если бы вы повторили эксперимент с шаром для боулинга и пером на Луне (на которой нет атмосферы), они упали бы одновременно.

Квантовая пена

Ну все. На этом пункте можно тронуться умом.

Вы думаете, что пространство само по себе пустое. Это предположение довольно разумное — на то оно и пространство, космос. Но Вселенная не терпит пустоты, поэтому в космосе, в пространстве, в пустоте постоянно рождаются и гибнут частицы. Они называются виртуальными, но на самом деле они реальны, и это доказано. Они существуют доли секунды, но это достаточно долго, чтобы сломать некоторые фундаментальные законы физики. Ученые называют это явление «квантовой пеной», поскольку оно ужасно напоминает газовые пузырьки в безалкогольном газированном напитке.

Эксперимент с двойной щелью

Выше мы отмечали, что все может быть и частицей, и волной одновременно. Но вот в чем загвоздка: если в руке лежит яблоко, мы точно знаем, какой оно формы. Это яблоко, а не какая-нибудь яблочная волна. Что же определяет состояние частицы? Ответ: мы.

Эксперимент с двумя щелями — это просто невероятно простой и загадочный эксперимент. Вот в чем он заключается. Ученые размещают экран с двумя щелями напротив стены и выстреливают пучком света через щель, чтобы мы могли видеть, где он будет падать на стену. Поскольку свет — это волна, он создаст определенную дифракционную картину, и вы увидите полоски света, рассыпанные по всей стене. Хотя щели было две.

Но частицы должны реагировать иначе — пролетая через две щели, они должны оставлять две полоски на стене строго напротив щелей. И если свет — это частица, почему же он не демонстрирует такое поведение? Ответ заключается в том, что свет будет демонстрировать такое поведение — но только если мы захотим. Будучи волной, свет пролетает через обе щели одновременно, но будучи частицей, он будет пролетать только через одну. Все, что нам нужно, чтобы превратить свет в частицу — измерять каждую частицу света (фотон), пролетающую сквозь щель. Представьте себе камеру, которая фотографирует каждый фотон, пролетающий через щель. Этот же фотон не может пролетать через другую щель, не будучи волной. Интерференционная картина на стене будет простой: две полоски света. Мы физически меняем результаты события, просто измеряя их, наблюдая за ними.

Это называется «эффект наблюдателя». И хотя это хороший способ закончить эту статью, она даже поверхностно не копнула в совершенно невероятные вещи, которые находят физики. Есть куча вариаций эксперимента с двойной щелью, еще более безумные и интересные. Можете поискать их, только если не боитесь, что квантовая механика засосет вас с головой