Книга: Химия - просто

Глава 13. Назад в будущее

Глава 13. Назад в будущее

Вот, мой друг, мы и прошли с тобой виртуальный путь от древних времён до наших дней и увидели, как благодаря химии и её союзу с физикой поначалу медленно, а потом уже с огромной скоростью развивались знания человечества, приведшие к современным научно — техническим достижениям.

К настоящему времени учёными открыто 118 химических элементов. Название последнего элемента — оганесон — было утверждено в 2016 году международной организацией ИЮПАК. Элемент был назван в честь российского физика-ядерщика Юрия Цолаковича Оганесяна, проводившего ядерные исследования в университете города Дубна, и это второй случай в истории, когда химический элемент был назван в честь своего первооткрывателя ещё при его жизни.

А теперь, ознакомившись вкратце с современными технологиями и уровнем развития мировой науки, давай, мой друг, пофантазируем, какие открытия и какие технологии могут ждать нас в ближайшем будущем. Для этого рассмотрим самые актуальные из направлений.

Фрагмент ДНК. Компьютерная реконструкция

Биохимия. Эта наука настолько обширна, что от неё можно ожидать чего угодно — начиная от таблеток для ума и заканчивая эликсиром вечной жизни.

А если серьёзно, то биохимия способна дать нам лекарства от самых страшных болезней, которым подвержено человечество: от всевозможных форм рака, болезни Альцгеймера, деменции и многих других неизлечимых или трудноизлечимых болезней.

Возможно, лекарств от каких-то болезней не существует вовсе, но тогда, задействовав генетику, в будущем учёные смогут править гены людей на стадии эмбриона и тем самым снижать риски возникновения этих болезней. А если общество будет готово морально, то биохимики и генетики в принципе смогут управлять геном человека так, что здоровью будущего потомства позавидуют даже самые сильные и здоровые спортсмены мира. Образно говоря, на свет появятся своего рода генно — модифицированные люди.

Конечно, многих подобное достижение науки может напугать. Или возмутить: как это человек смеет ставить себя выше Бога и конструировать будущих детей в пробирке по своей прихоти?! Рождение ребёнка — это вам не компьютерная игра, где можно подбирать персонажу цвет глаз, волос и форму носа по собственному вкусу!

Овечка Долли

Словом, одних попросту испугают неизвестные последствия, а другие сочтут такую работу учёных богохульством. Но ведь наверняка найдутся и третьи, те, кто давно уже заметили и поняли, что достижения медицины за последние 100 лет практически свели так называемый «естественный отбор» на нет. Если раньше сама природа-матушка жёстко и беспощадно отсеивала больных, слабых и беспомощных, то современная медицина позволяет многим из тех же слабых и беспомощных продолжать жить и даже распространять свои гены. Поэтому, вполне вероятно, сформируются течения людей, которые будут выступать за то, чтобы самостоятельно генетически программировать качества своих будущих детей.

Повторюсь, что такое достижение действительно пугает вопросом: в кого могут превратиться люди? Но также представь, что дети будущего (возможно, и твои в том числе) смогут задерживать дыхание под водой на 10 минут, бегать быстрее автомобиля, иметь сильный иммунитет, красивую внешность, высокий интеллект. Не правда ли, заманчивая перспектива?!

Искусственное оплодотворение

Наноробот делает инъекцию

Забор образцов крови

Нанотехнологии. Благодаря Интернету и развитию компьютерных технологий наше время можно смело назвать эпохой информационных технологий. Практически у каждого из нас есть мобильный телефон, по мощности порой превосходящий настольный компьютер. А всё благодаря тому, что размеры деталей в этих устройствах с каждым годом становятся всё меньше и меньше. И без химии здесь, понятное дело, не обошлось.

Каждая деталь электроники изготовлена из тех или иных материалов, и учёные всего мира ведут постоянный поиск всё новых и новых материалов (веществ, соединений), обладающих такими свойствами, которые позволили бы заменить уже существующие детали на превосходящие их по разным характеристикам: меньшие по размерам, с меньшим энергопотреблением, более дешёвые и т. д.

В ближайшие 5-10 лет (и это по самым пессимистичным прогнозам!) технологии виртуальной реальности войдут в нашу жизнь так же ощутимо, как это сделал в своё время Интернет. Тебе наверняка уже знакомы очки дополненной реальности, с помощью которых можно перенестись в виртуальный мир и играть в свои любимые игры с полным погружением в них. Повернул голову в реальном мире, а перед глазами повернулось пространство виртуального мира. Разве сравнить с той картинкой, которую приходится наблюдать на небольшом плоском мониторе?

Тем не менее на данный момент технологии виртуальной реальности есть несколько недостатков: слишком большой размер пикселя экрана, который используется в очках/шлемах виртуальной реальности, низкая производительность процессоров мобильных устройств и небольшой заряд батарей. Вообще ключевой вопрос данной технологии заключается в портативности. Шнур, тянущийся к очкам/шлему от стационарного компьютера, существенно ограничивает наши телодвижения, поэтому данный гаджет должен быть мобильным. Но тогда резко встаёт вопрос о его энергонезависимости, так ведь? Как долго сможет такой гаджет работать без подзарядки?

В настоящее время в разных научных лабораториях ведутся разработки экранов мобильных устройств с очень маленьким размером пикселя. Самый маленький пиксель (из известных на сегодняшний день) всё равно различим человеческим глазом при использовании VR-технологий (virtual reality), что создаёт пользователю определённый дискомфорт. Однако уже начались разработки по созданию экранов на основе модифицированного графена, позволяющего уменьшить пиксель до размера 10 атомов. Такой пиксель ни один человеческий глаз не разглядит. Просто фантастика!

Пиксельный кот

Аккумуляторы будущего

Аккумуляторы будущего

Процессоры компьютеров и мобильных устройств изготовлены из кристаллов кремния, который получают из обычного песка. От качества выращенного кристалла кремния зависят возможности и качество будущего процессора. Также некоторые научные лаборатории ведут работы над созданием более компактных процессоров на основе других материалов.

Ну и, конечно же, одна из самых насущных проблем — ёмкость аккумулятора. Естественно, хотелось бы, чтобы аккумулятор имел высокую ёмкость, быстро заряжался, был безопасным, не грелся при работе. Работы в этом направлении тоже ведутся различными научными лабораториями.

Энергетика. Стоило заговорить про аккумуляторы, как на ум сразу же пришли электромобили, над созданием которых сейчас работают крупные промышленные концерны. Как я уже сказал выше, хочется иметь аккумулятор высокой ёмкости и с возможностью быстрого заряда, и к электромобилям это имеет непосредственное отношение. Кому будет интересен электромобиль без аккумулятора, обладающего такими качествами? Вот представь, что на заправке потребуется заряжать авто в течение целого часа, а то и больше. Ну это же совсем никуда не годится! А ведь именно от ёмкости аккумулятора зависит, как далеко можно будет уехать на одном заряде.

Электромобиль

Энергия ветра как альтернатива солнечных электростанций

Аккумуляторы

Если же представить, что такому электрокару предстоит работать в российских зимних условиях при -40 °C, то к аккумулятору придётся предъявить ещё более жёсткие требования: он должен будет обладать способностью работать при низких температурах без ущерба для остальных его качеств. Замёрзнуть на трассе в суперсовременном электрокаре — сомнительное удовольствие, согласись.

Также, рассуждая об энергетике будущего, нельзя не упомянуть и об альтернативных источниках энергии. Например, о солнечных батареях. Не секрет, что к выработке электроэнергии такими устройствами предъявляются достаточно жёсткие требования. Поскольку коэффициент преобразования солнечного света в электричество ничтожно мал, для достижения его максимального показателя приходится держать солнечную батарею перпендикулярно солнечным лучам. Сами солнечные батареи очень дороги — из-за сложной технологии производства и дороговизны материалов, из которых они изготовлены. В настоящее время их используют обычно там, где строить полноценную электростанцию экономически нецелесообразно.

Об экологичности современных солнечных батарей говорить тоже особо не приходится. Из — за малого коэффициента преобразования солнечного света в электроэнергию приходится использовать большое количество солнечных панелей одновременно. Если ставить их просто на землю, то земельный участок придётся предварительно очистить от растительности. Если устанавливать на крыши домов, то в большом мегаполисе они будут малоэффективны, а в сельской местности — разорительны из-за высокой себестоимости.

Солнечные батареи

Солнечные батареи

Сверхпроводник

Для примера давай представим, что такие батареи кто — то решил установить у себя на даче или в загородном доме в России. Первая проблема, с которой столкнётся хозяин, — снег, много снега. Его необходимо будет регулярно убирать, а это, поверь, работа не из лёгких. К тому же ходить по солнечным панелям нельзя — во избежание их повреждения.

С учётом всех этих проблем учёные сейчас работают над созданием солнечных батарей, которые будут способны с небольшой площади вырабатывать достаточное количество электроэнергии и при этом иметь низкую цену.

Ещё одна актуальная тема, относящаяся к энергетике, — это сверхпроводники. Из курса школьной физики, да и из этой книги тоже, мы уже знаем, что проводник при пропускании через него электрического тока нагревается. Из — за сопротивления проводника происходят нежелательные энергопотери. И чем длиннее наш проводник, тем больше мы теряем электричества. А теперь представь, что все провода, которые подводят электричество к твоей домашней розетке, сделаны из сверхпроводников, то есть имеют нулевое сопротивление. Тогда всё, что выработала электростанция, дойдёт до твоей квартиры, не расходуясь на нагрев атмосферы воздуха.

Такие сверхпроводники существуют уже сейчас, просто пока они проявляют свои сверхпроводящие способности лишь при сверхнизких температурах (около 5-20 градусов по Кельвину), а дома у нас температура как минимум на 270 градусов выше. Поэтому учёные работают сейчас над созданием сверхпроводников, которые будут проявлять свойство сверхпроводимости при комнатной температуре и выше.

Материаловедение. Какие материалы в будущем нам могут понадобиться? Если мы полетим осваивать другие планеты, то для космических аппаратов явно потребуется такой материал, который будет лёгким, прочным и дешёвым. Лёгким, чтобы сам летательный аппарат был легковесным и для вывода на орбиту требовал меньше топлива. Прочным, чтобы он мог выдержать любые нагрузки, с которыми ему доведётся столкнуться в неведомых мирах. Дешёвым, чтобы полёты в космос стали доступны если не каждому человеку, то хотя бы большему числу людей, чем сейчас.

Сильные магниты. Сейчас самые сильные магниты изготавливают на основе соединения неодим — железо — бор. Неодим является редкоземельным элементом и имеет достаточно высокую цену. Учёные ведут поиск новых материалов, не уступающих по свойствам неодимовым магнитам, но при этом более дешёвых. В частности, такие исследования проводит российский учёный Артём Ромаевич Оганов в московском Сколтехе.

Говоря о новых материалах, нельзя обойти вниманием и такое направление, как ЭБ-печать. Представь, что ты сможешь скачать из Интернета модель автомобиля, а затем распечатать его. Или напечатать целый дом, самолёт, корабль… Да всё что угодно! Вспомнив о биотехнологиях, можно пофантазировать, что в больницах смогут научиться печатать донорские органы. Или, ещё лучше, распечатывать новое тело, в которое можно будет либо пересадить мозг, либо перенести своё сознание. Пока воплощение всех этих фантастических идей упирается в отсутствие материалов, необходимых как для печати, так и для изготовления самого SD-принтера. А раз всё дело в материалах, то без химиков здесь точно не обойтись.