Nature (Великобритания): события в науке, которые сформировали облик десятилетия

Научно-технические инновации всегда порождали социально-экономические преобразования. Но прошедшее десятилетие — одно из немногих, наглядно продемонстрировавшее, насколько быстрыми и масштабными могут быть такие перемены. Если так пойдет и дальше прежними темпами, то облик следующего десятилетия — от информационных технологий до прикладной биологии, энергетики и окружающей среды, — похоже, будут все больше определять открытия, сделанные за это время.

В 2010-х наконец начала открываться поразительная мощь и разрушительный потенциал искусственного интеллекта (ИИ). Подстегиваемый главным образом разработкой глубинного обучения, — использованием нейронных сетей для выявления паттернов в сложных данных, — искусственный интеллект продемонстрировал всю свою мощь, добившись надежных результатов в переводе с разных языков, обогнав опытных людей, играющих в покер, видеоигры и настольную игру Го, и начал демонстрировать свои возможности в вождении беспилотных автомобилей.

Немногие области науки не затронуты революцией в обучении машин — от материаловедения до исследования медикаментов, от квантовой физики до медицины. Более того, теперь нет никаких сомнений в том, что многие виды работы, которые в настоящее выполняют люди, машины могут выполнять дешевле и эффективнее, и этот переход может произойти раньше, чем мы ожидаем.

Из-за таких последствий с новой силой разгорелись споры о возможных рисках, однако опасность на данный момент заключается вовсе не в восстании роботов в духе «Терминатора». Скорее риск будет связан с ненадлежащим — или просто плохим — использованием вычислительных инструментов, имеющихся в нашем распоряжении. Алгоритмы все еще не могут автоматически воспроизводить многие человеческие качества, такие как нюансы мышления, которые мы называем здравым смыслом. Машинам завтрашнего дня придется научиться более сложному мышлению и более точному представлению реальности, для чего потребуются концептуальные достижения и архитектурные инновации, а также более крупные схемы.

Чтобы использовать ИИ надлежащим образом, потребуется также признать, что алгоритмы, обученные на результатах прошлой человеческой деятельности, вероятно, унаследуют нашу необъективность и предубеждения, и отказаться от представления о том, что автоматизированный процесс по своей сути является объективным. Ученые, пытающиеся разработать более гуманный и благонадежный ИИ в предстоящее десятилетие, должны откликнуться на призыв к созданию междисциплинарной науки «о поведении машин», которая будет опираться на опыт психологов, социологов, философов, юристов и исследователей ряда других дисциплин общественных и гуманитарных наук, а также специалистов в области инженерии и точных наук.

Стремительная разработка нормативов

Влияние информационной революции наиболее сильно ощущалось в областях исследований, связанных с интенсивной обработкой данных. В медико-биологической отрасли она поспособствовала трансформации изучения микробиома, генетического материала всех микроорганизмов, обнаруженных в определенных средах. В свою очередь, это повлияло буквально на все: от нашей оценки роли микроорганизмов в процессе разложения органического вещества до оценки их роли в заболеваниях человека. Точно так же наука об эволюции человека расширила фокус внимания и теперь изучает не только кости и камни, но и гены и белки, которые сейчас помогают разобраться в запутанных вопросах эволюции, миграции и структуры популяции.

К 2010 году стало ясно, что избыток информации, доступной благодаря падающим расходам и растущей скорости секвенирования генома, будет создавать не только преимущества, но и сложности. Но с тех пор прозвучали громкие тревожные звонки.

Некоторые исследователи используют большие данные и вычислительные мощности для изучения связи генетики с такими сложными вопросами, как поведение или уровень образования. В действительности любые предположения о такой связи туманны и плохо изучены. Несмотря на это, компании, предлагающие генетические тесты, хотят развить на их основе потенциально прибыльный, по их мнению, рынок для «прогнозирования» интеллекта, и вполне вероятно, что за ними последуют продукты, претендующие на прогнозирование других признаков. Это происходит задолго до того, как исследователи могли достичь какого-либо консенсуса относительно надежности и ценности таких тестов, не говоря уже о надлежащих технических условиях их проведения.

Еще одно новое направление, которое исследователи продолжали развивать в последнее десятилетие, — это перепрограммирование зрелых клеток человека до состояния стволовых клеток. Возможность индуцировать плюрипотентность — способность превращаться во множество типов тканей — позволяет вырастить новые клетки практически любого типа из взрослых клеток. В настоящее время этот метод находит применение в клинических исследованиях лечения дегенерации или повреждения сетчатки и нервной ткани, — но здесь также активно формируется рынок для бездоказательных и потенциально небезопасных «методов лечения».

В 2010-х годах также удалось применить технологию CRISPR-Cas9 для редактирования генома. Но ученые годами были уверены, что ни один исследователь не зайдет так далеко, чтобы отредактировать ген в зародышевой линии — человеческом сперматозоиде, яйцеклетке или эмбрионе, — учитывая как возможные опасности для любого рожденного в результате ребенка, так и нерешенные этические проблемы, связанные с созданием наследуемых изменений. Однако ситуация изменилась, когда в ноябре 2018 года ученый Хе Цзянькуй (He Jiankui) объявил, что использовал технологию CRISPR для редактирования гена у двух девочек, рожденных в результате экстракорпорального оплодотворения, что вызвало осуждение всего мирового сообщества.

Пока Всемирная организация здравоохранения и различные академии наук и медицины стремятся поскорей разработать руководства по применению новых технологий, мы должны задуматься о том, почему этическая и нормативная основы отстают от научно-технического прогресса. В то же время исследователи должны рассмотреть, что можно сделать сейчас, чтобы гарантировать, что технологии не будут внедрены, если они не продемонстрируют, что они достаточно безопасны, эффективны и инклюзивны. Здесь также есть тревожная возможность того, что рыночный спрос, основанный на ложных обещаниях, будет опрометчивым по сравнению с трезвыми размышлениями научного сообщества.

Колебания пространственно-временного континуума

2010-е также показали, что в преддверии предстоящего десятилетия нам никогда не стоит недооценивать изобретательность ученых и их способность преодолевать разногласия при наличии достаточных ресурсов и поддержки со стороны финансирующих организаций, промышленности и представителей власти.

В 2008 году исследователи из CERN, европейской лаборатории физики элементарных частиц под Женевой, Швейцария, запустили Большой адронный коллайдер, один из самых дорогих совместных научных проектов в мире. В 2012 году они подтвердили, что обнаружили бозон Хиггса, существование которого предсказывает стандартная модель физики элементарных частиц.

Четыре года спустя, в 2016 году новость о том, что исследователи обнаружили гравитационные волны, ознаменовала собой успех технологии, которую многие изначально отметали как слишком сложную. Общая теория относительности давно предсказывала, что крупные астрофизические события могут вызывать крошечные колебания в пространстве-времени; эти предположения в итоге были подтверждены с помощью лазерной интерферометрии невероятной точности. Два экспериментальных проекта — Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) в США и «Вирго» (Virgo) в Италии — теперь могут с точностью до доли диаметра протона измерить изменения в размерах пространства-времени, вызванные волнами, возникшими в результате столкновений черных дыр или нейтронных звезд. С появлением новых датчиков и серьезной модернизацией существующих инструментов гравитационные волны теперь становятся еще одним окном во вселенную, наряду с электромагнитными частотами от радиоволн до гамма-лучей.

Подобным образом в начале десятилетия вычисления с помощью квантовых компьютеров казались хорошей идеей на бумаге, но отдаленной перспективой с практической точки зрения. Сегодня это не так: даже специалисты в этой области были удивлены тем, как быстро появились первые устройства. Компания «Ай-би-эм» (IBM) построила в 2016 году 5-кубитный компьютер, доступный через облако; конец десятилетия ознаменовался выпуском машин «Ай-би-эм», «Гугл» (Google) и других, которые могут похвастаться квантовыми массивами на порядок выше. Одной из важных задач в следующем десятилетии будет поиск новых способов использования этих ресурсов путем разработки более широкого спектра квантовых алгоритмов.

Развитие квантовых информационных технологий в Китае является лишь одним из свидетельств выдающегося роста страны как исследовательской сверхдержавы. Китайские ученые использовали квантовые методы для обеспечения передачи данных на большие расстояния, например, впервые применив квантовую телепортацию для безопасной передачи информации по всему миру через спутник, и установив междугородную оптоволоконную сеть, которая представляет собой начальный этап создания квантового интернета. Правительство Китая также стремится сформировать глобальное пространство исследований в рамках своей инициативы «Пояс и путь»: программы по строительству инфраструктуры, включая дороги, железнодорожные линии, порты и даже целые города по всему миру.

Грядущий климатический кризис

За последнее десятилетие экологические кризисы стали удручающе привычными, и за многими из них стоит тревожный темп глобального потепления. По данным Всемирной метеорологической организации, вторая половина десятилетия — с 2015 по 2019 год — была самой теплой. Темпы потепления говорят о том, что осталось пугающе мало времени, чтобы успеть предотвратить повышение температуры на 1,5 или 2°C выше доиндустриального уровня. 2020-е годы станут переломным моментом. Если выбросы углерода не будут резко сокращены к 2030 году, мы ступим на неизведанную территорию. Помимо прочего, есть вероятность, — хотя об этом ломают копья многие ученые, — что произойдут необратимые коренные изменения, такие как потеря практически всей ледяной шапки в Антарктике.

Многие страны в настоящее время делают долгосрочные инвестиции в новые энергетические технологии. Следующей вехой в перспективной области использования энергии термоядерного синтеза станет включение международного реактора ИТЭР (ITER) на юге Франции в 2025 году. Однако любые выгоды от термоядерного синтеза слишком отдалены с учетом того, насколько быстро меняется климат. В соответствии с планом развития ИТЭР момент стабильного прироста электроэнергии наступит около 2035 года, а промышленное внедрение — не ранее середины века.

Это означает, что в ближайшие десять лет должны стать широко доступны другие способы производства энергии при одновременном снижении выбросов углерода. Исследователи должны использовать инновационные технологии, такие как связывание углерода или расщепление воды посредством искусственного фотосинтеза, но возможные решения также должны включать в себя значительные изменения в ведении энергетического хозяйства. Переход к более экологичному пути развития потребует большой целеустремленности от политиков и представителей промышленности, а также изобретательности от ученых.

Во многих странах, — особенно тех, которые в различной степени поражены авторитаризмом и отрицанием изменения климата, — этого не хватает. Но исследователи не должны терять надежду. Они должны усилить работу с гражданским обществом, выйти из зоны комфорта и признать, что быть активистами — часть их миссии. А еще они должны бороться за то, чтобы вернуть положенный статус фактам и правде.

2010-е годы были не только удивительными, но и тревожными. 2020-е годы, с новыми знаниями и обновленным стремлением к социальной и экологической ответственности, должны стать порой великих преобразований.

Источник: inosmi.ru

Комментарии: