Перспективные отрасли современной науки кратко
Обновлено: 05.07.2024
Было время, когда науку можно было разбить на обширные и относительно понятные дисциплины — биологию, химию, физику, астрономию. Но сегодня каждая область становится всё более специализированной и при этом тесно связанной с другими дисциплинами, что приводит к появлению совершенно новых отраслей науки. Предлагаем вам подборку из 11-ти новейших научных направлений, активно развивающихся в 21-м веке.
1. Нейропаразитология
Euhaplorchis californiensis
Если вы знаете о токсоплазмах, в основном живущих в представителях семейства кошачьих, но способных обитать и в других теплокровных, в том числе в людях и крысах, то вы знаете и о нейропаразитологии. Тот факт, что у этих жутких паразитов есть теперь своя собственная научная дисциплина, показывает, насколько они распространены в природе.
2. Квантовая биология
Физикам уже более ста лет известно о квантовых эффектах, например, способности квантов исчезать в одном месте и появляться в другом, или же находиться в двух местах одновременно. Однако поразительные свойства квантовой механики применимы не только в физике, но и в биологии.
3. Экзометеорология
Юпитер
Наряду с экзоокеанографами и экзогеологами, экзометеорологи заинтересованы в изучении природных процессов, происходящих на других планетах. Теперь, когда благодаря мощным телескопам стало возможно изучать внутренние процессы на близлежащих планетах и спутниках, экзометеорологи могут следить за их атмосферными и погодными условиями. Юпитер и Сатурн со своими невероятными масштабами погодных явлений — первые кандидаты для исследований, так же как и Марс с регулярными пылевыми бурями.
Экзометеорологи изучают даже планеты за пределами нашей Солнечной системы. И что интересно, именно они могут в итоге найти признаки внеземной жизни на экзопланетах путём обнаружения в атмосфере органических следов или повышенного уровня углекислого газа — признака индустриальной цивилизации.
4. Нутригеномика
Нутригеномика — это изучение сложных взаимосвязей между пищей и экспрессией генома. Учёные, работающие в этой области, стремятся к пониманию роли генетических вариаций и диетических реакций на то, как именно питательные вещества влияют на геном.
Еда действительно оказывает огромное влияние на здоровье — и начинается всё в буквальном смысле на молекулярном уровне. Нутригеномика работает в обоих направлениях: изучает, как именно наш геном влияет на гастрономические предпочтения, и наоборот. Основной целью дисциплины является создание персонализированного питания — это нужно для того, чтобы наша еда идеально подходила нашему уникальному набору генов.
5. Клиодинамика
Клиодинамика — это дисциплина, сочетающая в себе историческую макросоциологию, экономическую историю (клиометрику), математическое моделирование долгосрочных социальных процессов, а также систематизацию и анализ исторических данных.
Название происходит от имени греческой музы истории и поэзии Клио. Проще говоря, клиодинамика — это попытка предугадать и описать широкие социальные связи истории — и для изучения прошлого, и как потенциальный способ предсказать будущее, например, для прогнозов социальных волнений.
6. Синтетическая биология
Крейг Вентер
Синтетическая биология — это проектирование и строительство новых биологических частей, устройств и систем. Она также включает в себя модернизацию существующих биологических систем для бесконечного количества полезных применений.
В дальнейшем биологи намерены анализировать различные типы генома для создания полезных организмов для внедрения в тело и биороботов, которые смогут производить химические вещества — биотопливо — с нуля. Есть также идея создать борющуюся с загрязнениями искусственную бактерию или вакцины для лечения серьёзных болезней. Потенциал у этой научной дисциплины просто огромный.
7. Рекомбинантная меметика
Эта область науки только зарождается, однако уже сейчас ясно, что это только вопрос времени — рано или поздно учёные получат лучшее понимание всей человеческой ноосферы (совокупности всей известной людям информации) и того, как распространение информации влияет на практически все аспекты человеческой жизни.
8. Вычислительная социология
Как и клиодинамика, вычислительная социология занимается изучением социальных явлений и тенденций. Центральное место в этой дисциплине занимает использование компьютеров и связанных с ними технологий обработки информации. Конечно, эта дисциплина получила развитие только с появлением компьютеров и повсеместным распространением интернета.
Особое внимание в этой дисциплине уделяется огромным потокам информации из нашей повседневной жизни, например, письмам по электронной почте, телефонным звонкам, постам в социальных сетях, покупкам по кредитной карте, запросам в поисковиках и так далее. Примерами работ может послужить исследование структуры социальных сетей и того, как через них распространяется информация, или же как в интернете возникают интимные отношения.
9. Когнитивная экономика
Как правило, экономика не связана с традиционными научными дисциплинами, но это может измениться из-за тесного взаимодействия всех научных отраслей. Эту дисциплину часто путают с поведенческой экономикой (изучением нашего поведения в контексте экономических решений). Когнитивная же экономика — это наука о том, как мы думаем. Ли Колдуэлл, автор блога об этой дисциплине, пишет о ней:
Иными словами, учёные начинают свои исследования на низшем, упрощённом уровне, и формируют микромодели принципов принятия решений для разработки модели масштабного экономического поведения. Часто эта научная дисциплина взаимодействует со смежными областями, например, вычислительной экономикой или когнитивной наукой.
10. Пластиковая электроника
Обычно электроника связана с инертными и неорганическими проводниками и полупроводниками вроде меди и кремния. Но новая отрасль электроники использует проводящие полимеры и проводящие небольшие молекулы, основой которых является углерод. Органическая электроника включает в себя разработку, синтез и обработку функциональных органических и неорганических материалов наряду с развитием передовых микро- и нанотехнологий.
По правде говоря, это не такая уж и новая отрасль науки, первые разработки были сделаны ещё в 1970-х годах. Однако свести все наработанные данные воедино получилось только недавно, в частности, за счёт нанотехнологической революции. Благодаря органической электронике у нас скоро могут появиться органические солнечные батареи, самоорганизующиеся монослои в электронных устройствах и органические протезы, которые в перспективе смогут заменить человеку повреждённые конечности: в будущем так называемые киборги, вполне возможно, будут состоять в большей степени из органики, чем из синтетических частей.
11. Вычислительная биология
Если вам одинаково нравятся математика и биология, то эта дисциплина как раз для вас. Вычислительная биология стремится понять биологические процессы посредством языка математики. Это в равной степени используется и для других количественных систем, например, физики и информатики. Учёные из Университета Оттавы объясняют, как это стало возможным:
Ученые, работающие в этой области, анализируют и измеряют всё, начиная от молекул и заканчивая экосистемами.
Во время долгого разговора возникает непреодолимое желание зевнуть. Чем больше с ним борешься, тем сильнее хочется. В итоге удержаться невозможно. Психолог Роберт Провайн на своих лекциях часто это замечает, но не обижается: зевота, смех и отрыжка естественны. Провайн искал ответ на тысячелетнюю тайну: почему мы зеваем? Понятно, что от скуки или усталости, но что это даёт организму? Возможно, первым это заинтересовало древнегреческого врача Гиппократа 2500 лет назад. Он считал, что зевота помогает… Читать далее…
Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ выпустил сборник, в котором специалисты собрали актуальные научные тренды и рассказали о тенденциях, характеризующих текущее состояние сферы инноваций
Сохраняется тренд на развитие фундаментальных исследований
Выпускники вузов снова активнее идут в науку
Молодые ученые обладают огромным потенциалом и энергией — именно поэтому в научной области все больше внимания уделяется развитию человеческого капитала выпускников вузов. Государство привлекает молодежь в науку с помощью президентских грантов, стипендий, финансирования перспективных проектов. В сравнении с прошлыми десятилетиями, статус профессии ученого постепенно повышается. По данным опроса Superjob, проведенного в 2019 году, 57% жителей России считают, что ученым быть престижно.
За последнее десятилетие на 9,1% также выросла численность научных сотрудников в возрасте до 39 лет (включительно). Согласно исследованию французских ученых, именно на период 30–35 лет приходится пик производительности мозга, что дает возможность спрогнозировать высокую эффективность работы этих специалистов.
Россия сохраняет свои позиции по ключевым показателям состояния научной сферы
К ключевым показателям относятся: численность персонала, занятого в исследованиях, количество самих исследователей, а также внутренние затраты на разработки.
Россия сохраняет 4-е место в мире по абсолютным масштабам занятости персонала в науке, уступая Китаю, США и Японии. Численность работников, участвующих в исследованиях составляет 753,8 тыс. человеко-лет.
В последние годы в ведущих странах наметилась тенденция к росту в ключевом для науки показателе — численности исследователей. В этой категории с 4-й позиции Россия переместилась на 6-ю, пропустив вперед Германию и Республику Корея. Однако, утверждают ученые, мы по-прежнему стабильно входим в десятку лидеров.
В еще одном рейтинге — по объему внутренних затрат на исследования и разработки — наша страна занимает 9-е место в мире. Данные собирались в расчете по паритету покупательной способности национальных валют. Лидером по этому критерию с большим отрывом от других стран остается США ($657,5 млрд).
Пандемия COVID-19 дала импульс инновационной активности бизнеса
Согласно итогам, подведенным Министерством экономического развития России, мировая экономика в 2020 году испытала самое сильное падение со времен Великой депрессии 1930-х годов. Торговля понесла рекордные убытки, а последующее восстановление происходит очень неравномерно. Аналитики двояко оценивают ситуацию: с одной стороны, пандемия COVID-19 оказала шоковое воздействие на экономику стран, к которому никто не был готов; с другой стороны, именно пандемия дала стимул для развития цифровой экономики. Несмотря на кризис, уровень инновационной активности организаций не только не сократился, а наоборот вырос.
Позитивные тенденции наблюдаются практически во всех отраслях. Особенно они заметны в тех сферах, которые связаны с получением услуг через интернет — в digital перешло все, что было возможно перенести из офлайна.
Рекордсменом по инновационной активности стали обрабатывающие производства. Переработка продуктов сельского хозяйства (хлопка, шерсти и т.д.) или добытых ископаемых (нефти, природного газа, руды и т.д.) качественно вышла на новый уровень — эта область показывает наивысшее значение роста (21,3%).
Научные организации и вузы пока слабо интегрированы с реальным сектором
Научные организации и университеты пока не готовы к плотному синтезу. Совместные с вузами исследовательские проекты в 2020 году были только у 17% организаций, в 2019 году процент был выше — 18,2%.
Больше всего с университетами сотрудничают высокотехнологичные промышленные предприятия — 10,7%.
Большинство россиян считают, что наука повышает уровень жизни
Большинство наших соотечественников считают, что новые открытия и технологии должны делать жизнь людей более комфортной и удобной. 64% респондентов в возрасте от 18 до 65 лет хотели бы использовать в быту роботов-помощников. В числе других фаворитов — дроны, доставляющие покупки, мощные компактные аккумуляторы, генетические тесты, беспилотное такси и микрочипы, отслеживающие показатели здоровья.
В сфере питания инновации наоборот воспринимаются негативно, ассоциируясь с мифами о ГМО: искусственное или культивируемое мясо хотели бы попробовать всего лишь 6% опрошенных.
Главная тема
Управление объектами с помощью лазерного луча
Фото: Jens Kalaene / ZB / Global Look
Практическое применение фотоники
Иммитация фото в плаще-невидимке
Фото: Tachi Laboratory, the University of Tokyo
Метаматериалы — новый класс искусственных материалов со специальными оптическими свойствами, позволяющими скрывать объекты, делать их невидимыми. Теоретически такие материалы впервые исследовались советским физиком Виктором Веселаго.
В настоящее время ведется активная разработка таких материалов. Например, в 2009 году физики создали ковры-невидимки для инфракрасного света.
Оптический пинцет — инструмент, позволяющий манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерного света, например, сортировать и перемещать отдельные клетки, белковые молекулы.
Премия, учрежденная американским миллиардером российского происхождения Леонидом Блаватником, присуждается работающим в США исследователям младше 42 лет. Сумма — 250 тысяч долларов — позволяет считать ее своеобразным аналогом Нобелевской премии для молодых ученых. В США чествовали лауреатов этого года, и состоялся симпозиум, посвященный самым перспективным научным тенденциям современности.
Управление квантовыми системами применяется в контроле скорости химических реакций с помощью лазера для повышения выхода желаемого продукта реакции и селективного разрыва химической связи в сложных молекулах, разделения изотопов с помощью лазеров или некогерентного оптического излучения. Квантовое управление применяется и в квантовых вычислениях, которые пока исследуются, и на практике — для повышения быстродействия магнитно-резонансных томографов.
Квантовые симуляторы и новые материалы
Компьютерный симулятор D-Wave
Квантовые материалы могут применяться в устройствах квантовой памяти, для создания высокотемпературной сверхпроводимости, биодиагностики на основе квантовых точек, разработки суперконденсаторов на основе лазерно-индуцированного графена.
Для моделирования биологических молекул, кристаллов, атомных ядер и других сложных систем требуется рассчитывать квантовую динамику большого числа частиц, что абсолютно недоступно современным вычислительным устройствам. Квантовые симуляторы — модельные квантовые системы, подстройка параметров которых позволяет моделировать другие представляющие практический интерес сложные системы. Фактически квантовые симуляторы — это аналоговые квантовые компьютеры.
Медицинские и биотехнологии
Хирургический робот Da Vinci
Фото: Robson Fernandjes / Estadao Conteudo / Global Look
В области наук о жизни более внимание ученые уделяют развитию телемедицины — использованию телекоммуникационных технологий, например, смартфонов, вместе с различными медицинскими сенсорами для удаленной диагностики заболеваний без личного визита к врачу. Именно это направление была самым заметным среди примеров коммерциализации научных разработок.
Однак из перспективных областей нейронаук — оптогенетика, изучающая управление нейронами с помощью световых импульсов. Применение оптоволоконных световодов и светочувствительных белков позволяет добиться высокой точности воздействия на нервные клетки. Благодаря прицельной активации и выключению различных зон мозга оптогенетика в последние годы произвела настоящую революцию в исследованиях нервной системы.
Математическая физика
Google создаст искусственный интеллект на квантовом компьютере Совместный проект Google и NASA приобрел квантовый компьютер фирмы D-Wave
Современные теоретические модели требуют сложного математического аппарата. Хотя Нобелевская премия по этой дисциплине не вручается, но есть менее известные, а также номинации в близких областях. Например, Климент Хонглер (Clement Hongler) стал лауреатом региональной премии Блаватника 2014 года. Примечательно, что степень PhD он получил под руководством российского математика и лауреата Филдсовской премии Станислава Смирнова. Хонглер сообщил о новых точных результатах в модели Изинга — математической модели, применяемой для описания процесса намагничивания материалов. Модель Изинга также служит основой для наиболее крупных на сегодня квантовых вычислительных устройств D-Wave, производимых компанией D-Wave Systems. Оговорюсь, что продолжаются дискуссии о том, в какой степени эти компьютеры следует считать квантовыми.
Работы Хонглера находятся на стыке статистической механики, теории вероятностей, комплексного анализа и квантовой теории поля. Им с соавторами получены строгие результаты исследования модели Изинга, в том числе в такой важной области, как установление связи критической модели Изинга с конформной теорией поля Белавина, Полякова и Замолодчикова — универсальной теорией, служащей для описания разных критических явлений в физике, то есть ситуаций, когда незначительное изменение какого-то параметра, например температуры, приводит к самым радикальным изменениям в поведении физической системы.
Экзопланеты
Художественное изображение экзопланеты
Изображение: ASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle
Также интересными являются направления, связанные с блуждающими планетами, не связанными с какой-либо звездой, и создание новых наблюдательных инструментов, которые в ближайшее время введут в строй для поиска и исследования планет вне Солнечной системы. Они помогут значительно расширить наши знания о таких планетах, исследовать химический состав их атмосфер, определить наличие органических веществ и искать там жизнь.
Коммерциализация исследований
Фото: Jens Meyer / AP
Современная тенденция — коммерциализация научных открытий. На мероприятии, посвященном вышеупомянутой премии, почти два десятка компаний в области медицинской диагностики, хранения энергии, анализа данных, были основаны лауреатами премии. Также развивается Гарвардский центр Блаватника по ускоренному развитию биомедицины (Harvard Blavatnik Biomedical Accelerator).
Уровень современной науки позволяет сравнительно быстро переходить от фундаментальных исследований к прикладным, а затем применять научные открытия в коммерческих продуктах.
Было время, когда науку можно было разбить на обширные и относительно понятные дисциплины — биологию, химию, физику, астрономию. Но сегодня каждая область становится всё более специализированной и при этом тесно связанной с другими дисциплинами, что приводит к появлению совершенно новых отраслей науки. Предлагаем вам подборку из 11-ти новейших научных направлений, активно развивающихся в 21-м веке.
1. Нейропаразитология
Если вы знаете о токсоплазмах, в основном живущих в представителях семейства кошачьих, но способных обитать и в других теплокровных, в том числе в людях и крысах, то вы знаете и о нейропаразитологии. Тот факт, что у этих жутких паразитов есть теперь своя собственная научная дисциплина, показывает, насколько они распространены в природе.
2. Квантовая биология
Физикам уже более ста лет известно о квантовых эффектах, например, способности квантов исчезать в одном месте и появляться в другом, или же находиться в двух местах одновременно. Однако поразительные свойства квантовой механики применимы не только в физике, но и в биологии.
3. Экзометеорология
Юпитер
Наряду с экзоокеанографами и экзогеологами, экзометеорологи заинтересованы в изучении природных процессов, происходящих на других планетах. Теперь, когда благодаря мощным телескопам стало возможно изучать внутренние процессы на близлежащих планетах и спутниках, экзометеорологи могут следить за их атмосферными и погодными условиями. Юпитер и Сатурн со своими невероятными масштабами погодных явлений — первые кандидаты для исследований, так же как и Марс с регулярными пылевыми бурями.
Экзометеорологи изучают даже планеты за пределами нашей Солнечной системы. И что интересно, именно они могут в итоге найти признаки внеземной жизни на экзопланетах путём обнаружения в атмосфере органических следов или повышенного уровня углекислого газа — признака индустриальной цивилизации.
4. Нутригеномика
Нутригеномика — это изучение сложных взаимосвязей между пищей и экспрессией генома. Учёные, работающие в этой области, стремятся к пониманию роли генетических вариаций и диетических реакций на то, как именно питательные вещества влияют на геном.
Еда действительно оказывает огромное влияние на здоровье — и начинается всё в буквальном смысле на молекулярном уровне. Нутригеномика работает в обоих направлениях: изучает, как именно наш геном влияет на гастрономические предпочтения, и наоборот. Основной целью дисциплины является создание персонализированного питания — это нужно для того, чтобы наша еда идеально подходила нашему уникальному набору генов.
5. Клиодинамика
Клиодинамика — это дисциплина, сочетающая в себе историческую макросоциологию, экономическую историю (клиометрику), математическое моделирование долгосрочных социальных процессов, а также систематизацию и анализ исторических данных.
Название происходит от имени греческой музы истории и поэзии Клио. Проще говоря, клиодинамика — это попытка предугадать и описать широкие социальные связи истории — и для изучения прошлого, и как потенциальный способ предсказать будущее, например, для прогнозов социальных волнений.
6. Синтетическая биология
Крейг Вентер
Синтетическая биология — это проектирование и строительство новых биологических частей, устройств и систем. Она также включает в себя модернизацию существующих биологических систем для бесконечного количества полезных применений.
В дальнейшем биологи намерены анализировать различные типы генома для создания полезных организмов для внедрения в тело и биороботов, которые смогут производить химические вещества — биотопливо — с нуля. Есть также идея создать борющуюся с загрязнениями искусственную бактерию или вакцины для лечения серьёзных болезней. Потенциал у этой научной дисциплины просто огромный.
7. Рекомбинантная меметика
Эта область науки только зарождается, однако уже сейчас ясно, что это только вопрос времени — рано или поздно учёные получат лучшее понимание всей человеческой ноосферы (совокупности всей известной людям информации) и того, как распространение информации влияет на практически все аспекты человеческой жизни.
8. Вычислительная социология
Как и клиодинамика, вычислительная социология занимается изучением социальных явлений и тенденций. Центральное место в этой дисциплине занимает использование компьютеров и связанных с ними технологий обработки информации. Конечно, эта дисциплина получила развитие только с появлением компьютеров и повсеместным распространением интернета.
Особое внимание в этой дисциплине уделяется огромным потокам информации из нашей повседневной жизни, например, письмам по электронной почте, телефонным звонкам, постам в социальных сетях, покупкам по кредитной карте, запросам в поисковиках и так далее. Примерами работ может послужить исследование структуры социальных сетей и того, как через них распространяется информация, или же как в интернете возникают интимные отношения.
9. Когнитивная экономика
Как правило, экономика не связана с традиционными научными дисциплинами, но это может измениться из-за тесного взаимодействия всех научных отраслей. Эту дисциплину часто путают с поведенческой экономикой (изучением нашего поведения в контексте экономических решений). Когнитивная же экономика — это наука о том, как мы думаем.
Ли Колдуэлл, автор блога об этой дисциплине, пишет о ней:
Иными словами, учёные начинают свои исследования на низшем, упрощённом уровне, и формируют микромодели принципов принятия решений для разработки модели масштабного экономического поведения. Часто эта научная дисциплина взаимодействует со смежными областями, например, вычислительной экономикой или когнитивной наукой.
10. Пластиковая электроника
Обычно электроника связана с инертными и неорганическими проводниками и полупроводниками вроде меди и кремния. Но новая отрасль электроники использует проводящие полимеры и проводящие небольшие молекулы, основой которых является углерод. Органическая электроника включает в себя разработку, синтез и обработку функциональных органических и неорганических материалов наряду с развитием передовых микро- и нанотехнологий.
По правде говоря, это не такая уж и новая отрасль науки, первые разработки были сделаны ещё в 1970-х годах. Однако свести все наработанные данные воедино получилось только недавно, в частности, за счёт нанотехнологической революции. Благодаря органической электронике у нас скоро могут появиться органические солнечные батареи, самоорганизующиеся монослои в электронных устройствах и органические протезы, которые в перспективе смогут заменить человеку повреждённые конечности: в будущем так называемые киборги, вполне возможно, будут состоять в большей степени из органики, чем из синтетических частей.
11. Вычислительная биология
Если вам одинаково нравятся математика и биология, то эта дисциплина как раз для вас. Вычислительная биология стремится понять биологические процессы посредством языка математики. Это в равной степени используется и для других количественных систем, например, физики и информатики. Учёные из Университета Оттавы объясняют, как это стало возможным:
Ученые, работающие в этой области, анализируют и измеряют всё, начиная от молекул и заканчивая экосистемами.
Читайте также: