Hol tart a tudomány 2020-ban? - 2. rész

A világ egyik legrangosabb tudományos lapja, a brit Nature szerkesztői arra kértek fel vezető szakembereket, hogy próbálják megjósolni, hová jut el egy-egy tudományterület 2020-ig. Az élettudományokkal kapcsolatos vélemények után most többek között a csillagászat, a lézerfizika, az ökológia, a talajvédelem és az internetes keresés következő egy évtizedének fejlődési lehetőségeit mutatjuk be.

Ahogy egyre több genetikai kockázati tényezőt azonosítanak, úgy növekszik majd az érdeklődés az embriószelekciós lehetőségek iránt. A gyógyszerfejlesztés tovább globalizálódik, és senki sem fog meglepődni egy kínai tulajdonban lévő nagy, multinacionális gyógyszergyár felbukkanásán. Az új gyógyszerek egy része egészen komplex rendszer lesz: például érzékelik a közelben lévő tumort, ahová befúrják magukat és kibocsátják hatóanyagaikat. Nagy előrelépés várható a bennünk élő, az egészségünket alapvetően befolyásoló baktériumközösség kutatásában is. A Nature összeállítása lapaján készült áttekintésünk első részét itt olvashatja.

Keresés

Peter Norvig, a Google keresési igazgatója nyilatkozott a Nature-nek.

Az internetes keresés, ahogyan ma ismerjük, éppen egy évtizedes, és 2020-re további jelentős fejlődésen fog átmenni, áttörve a jelenlegi korlátokat (volt kereső már a Google előtt is, például az Altavista, Northern Light, Webcrawler stb. - a szerk.). A tartalom szövegek, hangzó beszédek, képek és videók keveréke lesz, melyből nem fog hiányozni a kollégákkal, barátokkal, hírforrásokkal és ezek automatizált megbízottjaival folytatott interakciók naplózása, valamint a GPS eszközök, az orvosi berendezések és a környezetünkben működő egyéb érzékelők figyelése, leolvasása sem.

A keresések nagy része nem begépeléssel, hanem szóban történik majd, és az agyi jelek egy részét közvetlenül fogja figyelni a rendszer. A felhasználók fogják eldönteni, hogy milyen jeleket bocsátanak a keresőmotorok rendelkezésére, és milyen módon teszik azt.

A keresés eredménye nem egy nyers lista lesz, hanem egy kész összefoglalás. Például a "nukleáris fúzió módszereinek összehasonlítása" kifejezésre keresve a mai keresőprogramok először egy fúziós energiáról szóló általános enciklopédia cikket adnak meg, melyet más, hasonló cikkek követnek. Egy évtized múlva azonban a keresési eredmény összefoglalja majd a legfontosabb módszereket, megközelítéseket, összeveti különbségeiket, az idegen nyelvű dokumentumokat automatikusan lefordítja, majd hatékonyság szerint rangsorolja az eredményeket, vagy pedig táblázatba rendezi, grafikonon ábrázolja azokat, attól függően, hogy mi a célszerűbb. Ekkor a keresést a "fúziós elmélet matematikai háttere" kifejezéssel folytatva egy áttekintést kaphatunk egy olyan tananyagról, melynek a szükséges komplex elemzés a témája, és a fúzió egyedi alkalmazásait a felhasználó matematikai felkészültségéhez illeszti. Elakadás esetén újabb tananyag-módosítás következik a felhasználó igényeinek megfelelően, vagy pedig a keresőmotor egy tanárhoz, vagy egy hasonló helyzetben levő tanulóhoz irányítja a kérdezőt. A keresőmotorokkal való kapcsolat egy folyamatos beszélgetéshez fog hasonlítani, mely szervesen beépül életünk többi tevékenysége közé.

A keresőmotorok számára az egyik nagy kihívás a találatok minőségének meghatározása, mely nem kizárólag a népszerűségen alapul majd. A keresőmotoroknak a tétel megfelelőségét (mennyire vonatkozik a találat a felhasználó kérdésére) és minőségét (a konkrét lekérdezéstől függetlenül mennyire pontos, hasznos és érthető a tétel) is meg kell határoznia. A jelenlegi megfelelőség meghatározások elég jók. A minőségek megfelelő mérlegeléséhez azonban jobb fogalom- és kapcsolat-modellek kellenek, melyeket dokumentumok rögzítenének. A találatok minőségét az ismert tényekhez való viszonyukból és a szerzők megbízhatóságából határozná meg a program. Így egy webhely, amely azt állítja, hogy a holdraszállás nem történt meg, és látszatra összefüggően érvel emellett, rosszabb minősítést kap majd, mint egy hiteles csillagászati oldal, mert e téma hoaxnak tekintése hadilábon áll a valósággal. Ezeknek a modelleknek a megértése és javítása az elkövetkezendő évtized egyik legnagyobb kihívása.

Lézerek

A Nature-nek Thomas M. Baer (Stanford Photonics Research Center) és Nicholas P. Bigelow (Department of Physics and Astronomy, University of Rochester) nyilatkozott.

A lézer kigondolói és megvalósítói nem láthatták előre 50 évvel ezelőtt, hogy ennek a találmánynak milyen sok hasznosítása lesz. Az elmúlt fél évszázadban a kommunikációtól a környezetvédelmi vizsgálatokig, a gyártástól az orvostudományig, a szórakozástól a tudományos kutatásig nélkülözhetetlen lett a lézer.

2020-ra a lézerek valószínűleg 1 nanométer átmérőjű - ez egy kis molekula mérete - sugarakat bocsátanak majd ki. A fény hullámhosszánál kisebb méretű tárgyak általában nem bonthatók fel lézer vagy mikroszkóp használatával, hacsak a fotonokat nem egy olyan nyíláson bocsátják ki, amely kisebb a tárgynál. A molekulaméretű nyílással rendelkező lézer-forrást magukban foglaló mikroszkópok hasznosak lesznek az olyan biomolekulák bázissorrendjének gyors és közvetlen megállapításánál, mint például a DNS és az RNS. Ráadásul ezek a miniatűr nyalábok a ma elérhető tárolási sűrűség 100-szorosát teszik majd lehetővé a merevlemezeken, így petabájtos tárolási kapacitású személyi számítógépeket gyártanak majd.

Lézer-alapú ultraprecíz órák fogják mérni az alapvető fizikai állandóknak a Világegyetem tágulását kísérő esetleges változását, próbára téve ezzel a kozmosz eredetére és fejlődésére vonatkozó elméleteinket.

A lézerek következő generációja lehetővé teszi majd az anyag új fajtáinak létrehozását, olyan mértékű összenyomást és akkora hőmérsékletre melegítést, amilyen állapotban csak a nagy tömegű csillagok központjában fordul elő az anyag, ahol a nyomás az ólom sűrűségének 50-szeresére préseli össze az atomokat. A fúziós reakciók segítségével egy napon szinte korlátlan szén-dioxid-mentes energiaforrást nyerünk. Az óceánokban elég fúziós fűtőanyag van ahhoz, hogy - az egész világ jelenlegi energetikai igényei mellett - az Univerzum koránál is hosszabb ideig szolgáltasson energiát.

2020-re a lézerek olyan ultrarövid fotonkitöréseket generálnak majd, melyek impulzus-szélessége rövidebb  lesz, mint a fénynek az atomon való áthaladási ideje. Ezek az attoszekundumos impulzusok lehetővé teszik majd pillanatképek nyerését a kémiai reakciókról - a mozgásban levő elektronok pillanatfelvételeit. Ezeket a lézereket ultra-intenzitásúra erősítve az elektronok és a protonok közel fénysebességre gyorsíthatók. Ez azt jelenti, hogy olyan asztali gyorsítókat lehet majd építeni, melyek a mai legnagyobb részecskegyorsítóknak riválisai lesznek, de méretük és áruk csak töredéke lesz azokénak.

Milyen kihívásokkal kell szembenézni ezen figyelemreméltó célok eléréséhez? Új lézer-anyagokat, lézerforrásokat, optikákat kell kifejleszteni, melyek kibírják a hatalmas intenzitásokat és az új nanoüzemi technológiákat. Megtörténik mindez a következő évtizedben? Azt hisszük, igen. Az 1960-as évek feltalálóihoz hasonlóan valószínűleg még mi is alábecsüljük a lézerek lehetőségeit és hatásait.
 
Csillagászat

Adam Burrows (Amerikai Egyesült Államok, Nemzeti Kutatási Tanács Fizika és Csillagászat Bizottsága alelnöke):

A következő évtized legfontosabb feladata a láthatatlan tömeg mibenlétének tisztázása lesz. Remélhetőleg erre sor kerül - kellemetlen helyzet lenne, ha felfedezése után 40 évvel, azaz közel fél évszázaddal is rejtély maradna. Hasonló és talán még titokzatosabb kérdés a láthatatlan energia mibenlétének tisztázása. Komoly eredmények várhatók a gáz- és poranyag bolygókká állásának megértésében, valamint a Föld-típusú, lakható égitestek gyakoriságának becslésében.

A technológiai fejlődés révén gyorsan fog növekedni a műszerek kapacitása, azonban az áruk is magas marad - így fontos lesz a prioritások megállapítása, hiszen csak kevés tervet lehet majd megvalósítani. A csillagászati megfigyelőműszerekre fordítandó költségek feltehetőleg nem növekednek a mai nagyságrend fölé. A következő évtized kiemelkedő műszere lesz a Hubble-űrteleszkóp fejlettebb, nagyobb teljesítő képességű változata: a tervek alapján 2014-ben startoló James Webb-űrtávcső.

Fontos feladat lesz a kevés nagyobb, drágább, valamint a sok kisebb, ezért olcsóbb projekt közötti egyensúly megtalálása. A potenciális felfedezések száma és jelentősége óriási a következő évtizedben, azonban a ráfordítások jelentősen korlátozhatják az elért sikereket.

Kémia

Paul Anastas (Yale Egyetem, Center for Green Chemistry and Green Engineering):

A jövő kémiája egészen másként fest majd, mint a múlté. A hagyományos, redukcionista, rendkívül specializálódott, akadémikus kémia megváltoztatta az élelmiszereket, az energiát, az egészségügyet, a közlekedést, a kommunikációt és a modern élet minőségét. Nem szándékosan bár, de kimerített véges és ritka erőforrásokat, veszélyeztetett embereket és szennyezte az ökoszisztémát. A "zöld kémia" a jövő útja: ez egyesíti a szintetikus, fizikai és biológiai kémikusokat a toxikológusokkal, a környezet egészségével és az élettudományokkal foglalkozó kutatókkal, hogy fenntartható kémiai tervet hozzanak létre.

Elengedhetetlen olyan kémiai termékek és folyamatok kidolgozása, amelyek csökkentik vagy megszüntetik a veszélyes anyagok használatát és létrehozását. A zöld kémia "tizenkét alapelve" egyesíti a molekuláris életciklus valamennyi aspektusát a nyersanyagok és kiindulási anyagok beszerzésétől a szintetikus és gyártófolyamatokon át a kereskedelmi élettartam végéig és a termékek végső ártalmatlanításáig. Ezek az alapelvek az emberi eredetű anyagok és a természetes világ közti kölcsönhatásokra vonatkozó legutóbbi alapvető felfedezéseken alapulnak.

A fenntartható újításokra a kémiában kevés kutatási forrást szánnak, és ebből következően elégtelen az e területre irányuló kutatási erőfeszítés. Elsőként a kémiának magáévá kell tennie egy egyértelműen meghatározott kutatási elvet, mely szerint a molekuláris tudományban dolgozó kutatóknak úgy kell fenntartaniuk az alkotóképességüket, hogy nem ártanak az embereknek és a bolygónak. Minden kémiát zöldre kell változtatnunk.

Egyetemek

John L. Henessy, a Stanford Egyetem rektora, informatikus kutató és akadémikus véleménye:

Henessy szerint világunk egyre összetettebb kihívások előtt áll, ilyen például az ökoszisztéma megőrzése úgy, hogy közben 9-10 milliárd embert kell eltartani; csökkenteni a szegénységet és növelni a békét valamint a biztonságot, és javítani az egészségügyet mind a fejlett, mind a fejlődő országokban. Az egyetemeknek vezető szerepet kell vállalniuk a megoldáskeresésben, valamint a következő generáció vezetőinek nevelésében, hogy meg tudjanak birkózni ezekkel a problémákkal.

A professzor szerint az elkövetkezendő évtizedben a kutató egyetemekre nézve a legnagyobb veszélyt a kormányzatokra váró pénzügyi kihívások jelentik. Az Egyesült Államokban a költségvetési megszorítások hatására sok államban csökkenteni kellett az állami egyetemek támogatását, központi szinten pedig nem várható növekedés a kutatási programok szponzorálásában, sőt, akár további elvonások is lehetnek. Ezen kihívások legyőzésére az egyetemeknek át kell értékelniük a saját kutatásaikat és az oktatási programjukat. Napjaink globális problémáinak összetettsége sokkal nagyobb együttműködést igényel a különböző tudományterületek között.

Az egyetemek hagyományosan tudományterületek alapján szerveződnek, s a kutatásokat támogató szervezetek a pályázataikban gyakran ehhez a felépítéshez igazodnak. Ez a merevség gátját képezheti az innovációnak, és nehezíti a diákok együttműködőbb környezetben történő oktatását. Az egyetemeknek és a szponzoráló szervezeteknek ezért támogatniuk kellene a tudományterületek közötti együttműködéseket, például azzal, hogy az akadémiai intézmények a specializáció helyett nagyobb területeket fognak össze. A pénzügyi nyomás növekedésével a kutatóintézeteknek nehéz döntéseket kell meghozniuk, előnyben részesítve az erősségeiket vagy a hallgatók érdeklődését, és együttműködve olyan intézményekkel, amelyek más területeken erősebbek.