Краят на една година и началото на следващата е време за размисъл и равносметки: Обзорът на 2023-та година показва, че в науката темпото на прогреса никога не се забавя, независимо от годината.

Нека да разгледаме някои от постиженията на изминаващата година.

Този списък по никакъв начин не е изчерпателен, а по-скоро обобщение на напредъка в науката, а читателите могат да го допълнят с това, което смятат за интересно през последните 365 дни.
1. AI прескочи някои граници, едновременно впечатлявайки и плашейки

2023 е годината, в която станахме свидетели на възхода на изкуствения интелект (AI)

ChatGPT и други AI платформи дебютираха и привлякоха вниманието на всички. Системите с изкуствен интелект или машинно самообучение бързо проникнаха на пръв поглед във всяка област и науката не бе изключение.

Водещ по популярност е чудесният ChatGPT (Generative Pre-trained Transformer) на OpenAI. ChatGPT е усъвършенстван чатбот, който генерира убедителни отговори, подобни на човека, като ефективно се справя с известния тест на Алън Тюринг за заблуда на потребителите да вярват, че той също е човек. ChatGPT впечатли със способността си да побеждава учениците в задачите им, да помага за спасяването на застрашени видове, да раздава надеждни здравни съвети, да помага на учени да пишат статии, на спешните медици при диагностицирането на пациенти, да прилага разсъждения и решаване на проблеми възможно най-добре, да се бори с антивакс конспиративните теории и дори е по-съпричастен услуги от лекарите, които ни обслужват сега.

Освен това модел за дълбоко обучение, ZFDesign, може да проектира протеини ZF, открити в много транскрипционни фактори, като се насочва към всеки участък от ДНК в човешкия геном, отваряйки врата към генни терапии за по-широк спектър от здравословни състояния.

Изследователите показват, че голям езиков модел, ProGen, може да генерира функционални протеинови последователности с предвидима функция, като входът включва тагове, уточняващи свойствата на протеина.

Инструмент с изкуствен интелект успешно идентифицира хора с най-висок риск от рак на панкреаса до три години преди диагностицирането, използвайки единствено медицинските досиета на пациентите.

AI се използва за разработване на експериментален антибиотик, наречен абауцин, за който е доказано, че е ефективен срещу супербактерията А. baumannii.

Една автономна система, създадена в Държавния университет на Северна Каролина, идентифицира как да се синтезират най-добрите в своя клас материали за конкретни приложения за часове или дни, за разлика от годините, които обикновено са необходими на хората, за да изпълнят подобна задача.

Но се разпространиха и опасения относно ефектите на изкуствения интелект върху работните места, равенството, войната, онлайн дезинформацията, креативността и дори бъдещото оцеляване на човечеството, което накара ЕС да договори правилата за използване на изкуствен интелект.

Някои основни фигури в изследванията на AI бяха очевидно притеснени, по-специално Джефри Хинтън,  смятан за „кръстника на AI“, който подаде оставка от Google през май, позовавайки се на опасения относно „екзистенциалния риск“, който представлява от технологията.

2. Нова ера в изследването на космоса. „Джеймс Уеб“ с постижения и предизвикателства

„Джеймс Уеб“ направи снимка на звезда, която е на път да стане свръхнова - Сияещата гореща звезда 

тип Волф-Райе, наречена WR 124. Кредит: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team

Първите в историята снимки от космическия телескоп „Джеймс Уеб“ са вдъхновяващи. Това е най-модерният в техническо отношение и мощен телескоп, създаван някога, и данните, които дава за нашата вселена ще доведат до бъдещи мисии и изследвания за поколения напред. Освен многобройните си спиращи дъха изображения на планети,  звезди, галактики, мъглявини и галактически купове, през 2023 г. „Джеймс Уеб“ наблюдава космическата зора на Вселената, откри най-старата черна дупка, откри водни пари, серен диоксид и пясъчни облаци в атмосферата на близка екзопланета, регистрира биосигнатури на скалисти екзопланети и най-отдалечените галактики във Вселената. Заедно с това наблюденията на „Джеймс Уеб“ повдигнаха и някои въпроси и хвърлиха съмнение в досегашните ни космологични модели, разкриха галактики, които не би трябвало да съществуват, и задълба проблема с разширяването на Вселената.

През изминаващата 2023 г. стартира мисията на НАСА Psyche към богатия на метали астероид Психея, сондата OSIRIS-REx достави на Земята най-голямата партида проби, взети от астероида Бену, които вече се изследват.

Европейската космическа агенция изстреля сателита „Евклид“ (Euclid), чиито данни ще помогнат да се отговари на някои от най-фундаменталните въпроси за нашата Вселена. Тази година ЕКА стартира и мисията Juice за подробни наблюдения на газовия гигант Юпитер и неговите три големи океански спътника – Ганимед, Калисто и Европа.

Индия пък направи това, в което Русия катастрофира - изпрати апарат, който кацна на Луната.

Най-новата мисия до Луната на НАСА е програмата „Артемис“ (Artemis), която ще проправи пътя за бъдеща мисия до Марс. Тази нова ера на изследване на космоса ще стимулира технологичния напредък в области извън астронавтиката и в реални приложения.

3. Фоновото бучене на пулсации на гравитационни вълни, дълги светлинни години

Мъртвите звезди, наречени пулсари (на илюстрацията), излъчват снопове радиовълни, които преминават покрай Земята като по часовник. Предполага се, че гравитационните вълни от двойки свръхмасивни черни дупки (горе вляво) разкъсват тъканта на пространство-времето и променят времето на пулсарите. Кредит: AURORE SIMONET FOR THE NANOGRAV COLLABORATION

В данни, събрани и анализирани в продължение на 15 години, учени за първи път тази година съобщиха за регистрирането на интригуващ нискочестотен сигнал, който може да бъде от гравитационни вълни, генерирани от сблъсъците на множество свръхмасивни черни дупки. Това бучене или „симфония“, ако предпочитате, е създадено от пулсациите на пространство-времето, които непрекъснато пронизват Вселената.

Това са гравитационни вълни с честоти от порядък на нанохерца, което съответства на периоди от месеци до десетилетия, а дължините им се измерват със светлинни години. Това е много по-ниска честота от това, което може да се регистрира от наземни интерферометри като LIGO или космически интерферометри като LISA.

Колаборация от изследователи от цял свят с помощта на детектора NANOGrav - мрежа от взаимосвързани радиотелескопи - откри тези космически вълни чрез измерване на малки вариации във времето в радиосигналите от около 100 мъртви звезди - пулсари, които са чувствителни към нискочестотни гравитационни вълни.

Изучаването на този нов тип гравитационни вълни може да помогне да се разкрият подробности за произхода на нашата вселена и да се обясни по-добре невидимите материя и сили, които захранват космоса. (вж „Симфония на чудовищни ​​гравитационни вълни е регистрирана за първи път“, „5 начина, по които откритието на гравитационно-вълновия фон променя разбирането ни за Вселената“, „NANOGrav може да е уловил сигнал от инфлацията на ранната Вселена“, )

 4. Първа карта на връзките на невроните в мозъка на насекомо

Пълен набор от неврони в мозъка на насекомо. Кредит: Johns Hopkins University / University of Cambridge

През март изследователи от Университета в Кеймбридж успешно изградиха първата по рода си карта, показваща всеки отделен неврон и как са свързани заедно мозъка на ларвата на плодова муха. Картата на 3016 неврона и 548 000 синапса е най-големият пълен мозъчен конектом, картографиран някога.

Това е огромен напредък спрямо предишните картографирания на много прости мозъчни структури, включително кръглия червей C. elegans, който има само няколкостотин неврони. Изследването ще помогне на учените да разберат основните принципи, чрез които сигналите преминават през мозъка на невронно ниво и водят до поведение и учене. (вж „Революция в невронауката: Първата пълна карта на мозъчните неврони на насекомо“)

5. Първата в света рентгенова снимка на единичен атом

(Вляво) Изображение на пръстеновидна супермолекула, в която в целия пръстен присъства само един атом Fe.

(Вдясно) Рентгенова сигнатура на само един атом Fe. Кредит: Saw-Wai Hla

Доскоро най-малкото количество, което можеше да се изследва с рентгеновите лъчи, бе проба от порядъка на аттограм (10−18 грама), т.е. около 10 000 атома или повече. Това е така, защото рентгеновият сигнал, произведен от един атом, е изключително слаб и конвенционалните детектори не са достатъчно чувствителни, за да го открият.

През май бе оповестено, че за първи път в света е заснет рентгенов сигнал (или сигнатура) само на един атом. Постижението е на екип учени от Университета на Охайо, Аргоновата национална лаборатория, Университета на Илинойс-Чикаго и други, ръководен от професора по физика от Университета на Охайо и учен от Аргоновата национална лаборатория Соу-Вай Хла (Saw Wai Hla).

Екипът добавя остър метален връх към конвенционален рентгенов детектор, който се поставя само на 1 nm над пробата, която ще се изследва. Докато острия връх се движи по повърхността на пробата, електроните тунелират през пространството между върха и пробата, създавайки ток и това по същество открива „пръстовия отпечатък“, който е уникален за всеки елемент. Това позволява на екипа да комбинира свръхвисоката пространствена разделителна способност на сканиращата тунелна микроскопия с химическата чувствителност, осигурена от интензивното рентгеново осветление. Техниката може да доведе до приложения в дизайна на материали, както и в науката за околната среда чрез способността да се проследяват токсични материали до изключително ниски нива. Това постижение може да доведе до революция в начина, по който учените откриват нови материали. (вж „Това откритие ще преобрази света: Първата в света рентгенова снимка на единичен атом)

6. Синтетични човешки ембриони, създадени от стволови клетки

Естествен (горе) и синтетичен (долу) ембриони един до друг, за да покажат сравнимо образуване на мозък и сърце. Кредит: Amadei, Handford

Учени от университета в Кеймбридж и Калифорнийския технологичен институт създадоха синтетични човешки ембриони, използвайки стволови клетки с новаторски подход, който заобикаля нуждата от яйцеклетки или сперма

Това са ембриоподобни структури, създадени от стволови клетки и им е позволено да израснат до стадий, равен на 14-дневна възраст, което е законовата граница за изследване на естествени ембриони във Великобритания.

През юни те публикуваха предпечатни документи (1 и 2). Тези лабораторно отгледани модели на ембриони включват клетки, които обикновено ще продължат да формират плацентата, жълтъчната торбичка и самия ембрион, но те нямат туптящо сърце или мозък .

И създаването на синтетични хора никога не е било целта на работата, тя има за цел да ни помогне да разберем ранните етапи на човешкото развитие, наследствените заболявания и повтарящите се спонтанни аборти. Синтетичните ембриони могат да позволят на учените да изследват периода на развитие през периода, който настъпва след две седмици, когато изследванията върху обикновените човешки ембриони трябва да спрат. Изследователите съобщават, че отглеждат своите синтетични ембрионални модели след този двуседмичен период. Някои учени обаче остават скептични относно това дали работата наистина представлява „пробив“, посочвайки подобни предишни изследвания, и остават въпроси относно регулирането на изследването на синтетични ембриони и дали моделите на синтетични ембриони биха могли някога потенциално да израснат в синтетични хора, дори ако разпоредбите позволяват. (вж „Какво представляват „синтетичните ембриони“ и защо учените ги създават?)

7. Антиматерията не пада нагоре

Тази графика показва антиводородни атоми, падащи и унищожаващи се вътре в магнитен капан,

част от експеримента ALPHA-g в ЦЕРН за измерване на ефекта на гравитацията върху антиматерията. Кредит U.S. National Science Foundation

Идеята за антигравитация на антиматерията е опровергана от експеримент на научния колектив, който показа, че антиводородът, комбинация от антипротон и антиелектрон, се притегля надолу от гравитацията. Това е в съответствие с Общата теория на относителността на Айнщайн, която предхожда откриването на антиматерията и предполага, че всяка материя, нормална или анти, реагира еднакво на гравитационните сили. Поради редица причини полученият резултат не бе очевиден предварително.

Физиците са използвали експеримента ALPHA-g в CERN, за да направят първото директно наблюдение на свободно падащи атоми на антиматерия. Това бе направено във висока цилиндрична вакуумна камера, в която антиводородът първо бе задържан в магнитен капан. Антиводородът бе освободен от капана и оставен да се унищожи по стените на камерата. Екипът установи, че повече анихилации са настъпили под точката на освобождаване, отколкото над нея. След като разглежда термичното движение на антиводорода, екипът заключава, че антиматерията пада надолу. Примамливо е, че ускорението на антиводорода, дължащо се на гравитацията, е около 75% от това, изпитвано от нормалната материя. Въпреки че това измерване има ниска статистическа значимост, то оставя отворена вратата към нова физика отвъд Стандартния модел. (вж „Окончателно: Антиматерията не е свързана с антигравитация“)

8. Ядреният синтез генерира повече чиста енергия при запалване

Това оцветено изображение на имплозия на деутерий-тритий (DT). Този кадър бе първата наслоена термоядрена имплозия на програмата Inertial Confinement Fusion, използваща стратегията Big Foot в подмащабен диамантен аблатор. Този дизайн използва съкратен импулс от три удара и по-тънък слой DT лед, който поставя горивото и диамантения аблатор на по-висок адиабат (енергия на вътрешната капсула) в сравнение с предишните дизайни. Кредит Don Jedlovec/US National Ignition Facility

Термоядреният синтез е процесът, който захранва слънцето и звездите. В продължение на десетилетия идеята за възпроизвеждане на ядрен синтез на земята като източник на енергия на теория би могла да задоволи всички бъдещи енергийни нужди на планетата. Целта е да се принудят леките атоми да се сблъскат толкова силно, че да се слеят и да освободят повече енергия, отколкото изразходват. Преодоляването на електрическото отблъскване между положителните ядра обаче изисква високи температури и налягания. Веднъж овладян, термоядреният синтез освобождава големи количества енергия, което също би трябвало да стимулира синтеза на близките ядра. Предишни опити за иницииране на термоядрен синтез използваха силни магнитни полета и мощни лазери, но не успяха да генерират повече енергия, отколкото консумират.

В края на миналата година изследователи от „Съоръжението за запалване“ (National Ignition Facility -- NIF) на Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор обяви генерирането на повече енергия от реакция на контролиран ядрен синтез, отколкото е необходимо за задвижване на реакцията. Изследователската общност за термоядрен синтез използва техническата дефиниция „запалване“ (ignition), която означава „възвръщаемост, по-голяма от единица“, тоест добив на енергия от термоядрен синтез, по-голям от доставената лазерна енергия.

Екипът тогава съобщи, че е успял да започне ядрен синтез, който е създал 3,15 мегаджаула енергия от лазер с мощност 2,05 мегаджаула. В експеримент, проведен на 30 юли 2023 г. това постижение бе повторено като бе получена малко повече енергия от 3,5 мегаджаула.

Въпреки че все още е далеч от създаването на надежден, самоподдържащ се източник на енергия за нуждите на обществото, повторното постижение със сигурност ще даде важна информация за това как да се подобри технологията. (вж „Лаборатория в САЩ постигна отново самоподдържащ се термоядрен синтез“)

9. НАСА публикува голям доклад за НЛО и назначи ръководител на изследването на НЛО

НАСА се заема с изследване на неидентифицирани аномални явления. Кредит: Christian Plass/Pixabay

През септември НАСА публикува дългоочакван доклад за неидентифицираните въздушни феномени (UAP) или НЛО, както сме свикнали да ги наричаме и резултатите бяха мистериозни като малки зелени човечета. И така, излезе ли истината наяве? След като разгледа стотици наблюдения на UAP, НАСА заявява, че няма доказателства, че извънземни стоят зад необяснимите явления, но не ги изключва, допускайки възможността за „неизвестна извънземна технология, работеща в земната атмосфера“. И така, защо няма окончателен отговор? НАСА казва, че просто няма достатъчно надеждни данни за тези наблюдения, така че е назначила нов директор на изследването на UAP и се надява да разположи армия от граждански учени, които да събират и анализират разкази за всякакви близки срещи. Обществеността ще бъде помолена да се обажда, за да съобщава за наблюдения чрез приложения за смартфони, което НАСА се надява да помогне за изграждането на база данни с по-надеждна информация. (вж „НАСА отговаря за „неидентифицираните аномални явления“ и заключения“)

10. Дигитален мост между главния и гръбначния мозък позволява на парализиран мъж да проходи

Пациент и изследовател в университетската болница в Лозана. Кредит: Jimmy Ravier

40-годишен мъж, чиито крака са били парализирани при катастрофа с велосипед преди 12 години, може да ходи отново благодарение на импланти в гравния и гръбначния мозък. Интерфейсът между тях остава стабилен в продължение на една година, позволявайки на Герт-Ян Оскам да стои, да ходи, да се изкачва по стълби и да пресича сложен терен според проучване, публикувано през май 2023 г. в списание Nature. Оскам дори си възвръща контрола върху краката, когато устройството е изключено.

Новата разработка на Грегоар Куртен (Grégoire Curtin) и колегите му от ETH, Лозана, връща способността да ходи на човек с нараняване на шийния отдел на гръбначния стълб. Имплантите четат сигнали от моторните неврони на кората, алгоритъмът генерира стимулиращи сигнали, които друг имплант предава на гръбначния мозък под мястото на нараняване. (вж „Парализиран мъж прохожда с помощта на дигитален мост между главния и гръбначния мозък“)