Що буде з наукою в найближчому майбутньому?

Якщо б ви повернулися на 30 років тому, світ був би зовсім іншим. Єдиними відомими планетами були планети Сонячної системи. Ми поняття не мали, що таке темна енергія. Не було космічних телескопів. Гравітаційні хвилі були недоведеною теорією. Ми поки не відкрили всіх кварків і лептонів, ніхто не знав, чи існує бозон Хіггса. Ми навіть не знали, як швидко розширюється Всесвіт. У 2018 році, покоління, ми суттєво поглибили наші знання в цих питаннях, а також зробили абсолютно несподівані відкриття. Що далі?

вчені планують робити далі?

Великий галактичний кластер Abell 2744 і його ефект гравітаційного лінзування на тлі галактик, що узгоджується з загальною теорією відносності Ейнштейна, розтягуючий і збільшує світло далекої Всесвіту, дозволяючи нам побачити найвіддаленіші об'єкти.

Всьому світу довелося попрацювати заради цієї революції. Телескопи, обсерваторії, прискорювачі частинок, детектори нейтрино і експерименти з гравітаційними хвилями є по всьому світу на всіх семи континентах і навіть у космосі. IceCube на Південному полюсі, «Хаббл», «Гершель» і «Кеплер» в космосі, LIGO і VIRGO, що шукають гравітаційні хвилі, БАК і ЦЕРН — всі ці відкриття стали можливими завдяки роботі тисяч науковців, інженерів, студентів і громадян, невпинно разгадывающих секрети Всесвіту. При всьому цьому важливо усвідомлювати, наскільки далеко ми зайшли: ми розуміємо Всесвіт краще будь-якої людини попереднього покоління, від Ньютона і Ейнштейна Фейнмана. Вони про таке могли тільки мріяти. Що ж буде далі?

Після модернізації магніту БАК енергії запуску майже подвоїлися. Майбутні апгрейди збільшать число зіткнень в секунду і дозволять отримувати ще більше даних.

Фізика частинок

За останні кілька років ми виявили бозон Хіггса, масивність нейтрино і порушення Т-симетрії. БАК і ЦЕРН працюють повним ходом, збираючи дані на високих енергіях. Між тим IceCube і обсерваторія Пьєра Оже вимірюють нейтрино, в тому числі високоенергетичні космічні нейтрино, як ніколи раніше. Майбутні нейтринні обсерваторії начебто IceCube Gen2 (зі збільшеним в десять разів об'ємом зіткнень) і ANTARES (детектор з морською водою на десять мільйонів тонн) означають, що ми побачимо десятикратне збільшення обсягів даних, отриманих у цих експериментах і в кінцевому підсумку побачимо нейтрино нових сверновых або злиття нейтронних зірок.

Обсерваторії IceCube, перша у своєму роді нейтринна обсерваторія, спроектована для спостереження невловимих високоенергетичних частинок з-під антарктичних льодів.

Не слід применшувати важливість апгрейдів для протікають експериментів. БАК, зокрема, зібрав лише 2% даних, які повинен був зібрати за термін служби. Між тим, можливе створення нових експериментальних установок зразок Міжнародного лінійного коллайдера, протонного коллайдера нового покоління або навіть (якщо технології з'являться) релятивистского мюонного коллайдера, які дозволять нам досягти нових кордонів у розумінні фізики фундаментальних частинок. Дивовижний час жити.

Вид з повітря на детектор гравітаційних хвиль VIRGO, розташований біля Пізи (Італія). VIRGO — це гігантський лазерний інтерферометр Міхельсона з 3-кілометровими рукавами, доповнений двома 4-кілометровими детекторами LIGO.

Гравітаційні хвилі

Після десятиліть роботи над безліччю компонентів епоха гравітаційно-хвильовий астрономії не тільки настала, але і успішно триває. В даний час обсерваторії LIGO і VIRGO виявили в цілому п'ять злиття чорних дір і одне злиття нейтронних зірок, а після деяких оновлень обіцяють стати ще дошкульнішим. Це означає, що наступного разу, коли вони запрацюють, вони зможуть вловлювати ще більш тонкі і далекі сигнали. У наступні роки запрацюють детектори KAGRA і LIGO в Індії, відкриваючи можливості ще більш точних гравітаційно-хвильових вимірювань. Гравітаційні хвилі наднових, мерехтіння пульсарів, злиття подвійних зірок і навіть поглинань чорними дірами нейтронних зірок можуть бути також на горизонті.

LISA очима художника

Проте не тільки LIGO займається пошуком гравітаційних хвиль! У 2030-х роках буде запущена LISA (Laser Interferometer Space Antenna), яка дозволить нам знаходити гравітаційні хвилі надмасивних чорних дір, а також хвилі об'єктів з низькою частотою. На відміну від LIGO, сигнали LISA дозволять нам визначити, коли і де будуть відбуватися злиття, щоб наші оптичні телескопи були готові зафіксувати таку велику подію. Вимірювання поляризації космічного мікрохвильового фону дозволять виділити залишкові гравітаційні хвилі після інфляції, а також інші сигнали гравітаційні хвилі, які накопичувалися мільярди років. Це абсолютно нова галузь наукових досліджень.

Hubble Ultra Deep Field, що містить 10 000 галактик, деякі з яких скучкованы і зім'яті разом, це найбільш глибокий вид Всесвіту, який у нас є, що демонструє її неймовірну протяжність від найближчих структур до тих, світло яких йшов до нас більше 13 мільярдів років. І це тільки початок.

Астрономія і астрофізика

З чого починається все нове в астрономії? Як ніби наші протікають місії недостатньо видовищні. Наземні, повітряні, космічні експерименти постійно оновлюються, доповнюються новими, більш потужними інструментами; ми запускаємо нові місії в космос. Нещодавно запущенімісії начебто Swift, NuSTAR, NICER і CREAM відкриють нам нове вікно до різним речам, від енергетичних космічних променів до надр нейтронних зірок. Інструмент HIRMES, який повинен відправитися на борту SOFIA в наступному році, покаже нам, як диски протозірок перетворюються в роздуті повненькі зірки. TESS, який буде запущений в кінці цього року, буде шукати потенційно населені планети земних розмірів біля самих яскравих і близьких до нас зірок у небі.

У 2020 році буде запущений інструмент IXPE, який дозволить нам вимірювати рентгенівські промені та їх поляризацію, надасть нам нову інформацію про космічних рентгенівських променях і найбільш щільних, найбільш масивних об'єктах (зразок надмасивних чорних дірок) у Всесвіті. GUSTO, запущений в розрахованому на тривалий мандрівка повітряній кулі над Арктикою, дозволить нам вивчати Чумацький Шлях і міжзоряну середу, розповість нам про фазах життя зірки, від народження і до самої смерті. XARM і ATHENA повинні здійснити переворот в рентгенівської астрономії, розповівши нам про формування структур, потоки, що виходять з галактичного центру, а в подальшому навіть пролити світло на темну матерію. Тим часом EUCLID забезпечить нас вимірами далекій всесвіту і дозволить побачити тисячі наднових.

І все це, не кажучи про головних місій NASA зразок космічного телескопа Джеймса Вебба, WFIRST або чотирьох кандидатів на головну місію NASA в 2030 роках. Визначити, які з потенційно населених світів мають атмосферою, і виміряти її зміст; визначити, які будівельні елементи житті присутні в молекулярних хмарах, та знайти самі далекі галактики; знайти самі перші зірки, створені з газу Великого Вибуху, щоб вивчити їх формування і зростання — всі ці місії можуть допомогти відповісти на головні філософські питання про те, звідки взялася наша Всесвіт і чому вона така, яка є.

У той же час на землі будуються масивні телескопи. Large Synoptic Survey Telescope об'єднає амбіції SDSS і Pan-STARRS і зробить їх телескопи в 20 разів потужнішим. Square Kilometer Array обіцяє радиоастрономам відкрити тисячі нових чорних дір, а можливо, навіть джерела, яких ми поки не знаємо. Ще ми будуємо телескопи 30-метрового класу на кшталт GMT і ELT, які можуть збирати в 100 разів більше світла, ніж «Хаббл». Секрети Всесвіту ось-ось відкриються нам.

Це, звичайно, лише верхівка айсберга. У кожній науковій галузі, в кожній підобласті є своя серія цікавих експериментів і пропозицій, і навіть цей список, представлений тут, далеко не всеосяжний, не включає навіть планетарні наукові місії. І хоча космічні агентства відчувають труднощі з фінансуванням, тисячі і тисячі людей працюють над цими місіями — планують, проектують, будують і проводять їх, а потім аналізують результати. Коли ти в пошуку фундаментальної правди про Всесвіт, ти намагаєшся відповісти на такі питання:

• З чого складається Всесвіт?
• Як все навколо стало таким, яким стало?
• Існує життя у Всесвіті, крім нас?
• Якою буде кінцева доля?

Як сказав Томас Зарбухен з NASA про поточних і майбутніх місіях кшталт «Хаббла», «Джеймса Вебба», WFIRST та інших: «Завдяки цим провідним місіям ми розуміємо, чому вивчаємо Всесвіт. Це наука у масштабах цивілізації. Якщо б ми не робили цього, ми не були б NASA».

І не просто NASA, а національні і міжнародні організації, які працюють спільно, дозволяють нам шукати відповіді на питання, яких ми не могли навіть задати покоління тому. По мірі того, як розкривають секрети Всесвіту, вони піднімають більш глибокі та фундаментальні питання про наше походження, композиції і долю. Це найкращий час для відкриттів, тому що Всесвіт стає яскравіше.