ربع اول قرن بیست‌ویکم | عصری که علم جهان را از نو تعریف کرد

رویداد۲۴ | ربع اول قرن بیست و یکم دستاورد‌های چشمگیری در حوزه علوم داشته است. از بازآفرینی درک ما از کیهان گرفته تا دگرگونی ابزار‌های زندگی روزمره، پیشرفت‌هایی که زمانی ناممکن به نظر می‌رسیدند، اکنون در حال شکل دادن به جهان پیرامونی ما هستند. هرچند گردش راست‌گرایانه سیاست در ایالات متحده، این دوره تحول‌آفرین را با چالش‌ها و خطرات اساسی مواجه کرده است. 

انقلاب در علوم زیستی و پزشکی

پیشرفت در زیست‌شناسی و پزشکی اهمیت راهبردی بالایی دارد، زیرا این پیشرفت‌ها به طور اساسی درک ما از حیات و توانایی ما برای مبارزه با بیماری‌ها را تغییر داده‌اند. این بخش به بررسی نوآوری‌های کلیدی می‌پردازد که مرز‌های ممکن را در این حوزه جابجا کرده‌اند.

انقلاب در مهندسی ژنتیک و سلولی با پیشرفت‌های متعددی مشخص می‌شود که درک ما را از پایه‌های حیات بازتعریف کرده‌اند. در سال ۲۰۰۶، پروفسور شینیا یاماناکا با برنامه‌ریزی مجدد سلول‌های بالغ پوست و تبدیل آنها به سلول‌های بنیادی پرتوان القایی (iPS)، تحولی بزرگ ایجاد کرد. این سلول‌های «پرتوان» می‌توانند به انواع دیگر سلول‌ها مانند سلول‌های قلبی یا نورون‌ها تمایز یابند، که پیامد‌های عظیمی برای پزشکی بازساختی در درمان بیماری‌هایی مانند بیماری قلبی و آلزایمر و همچنین برای آزمایش دارو‌ها دارد. این دستاورد برای یاماناکا جایزه نوبل سال ۲۰۱۲ را به ارمغان آورد.

همزمان، تکمیل پروژه ژنوم انسان در سال ۲۰۲۲، با ارائه توالی کامل DNA انسان، تأثیری عمیق بر علوم زیست‌پزشکی گذاشت. این نقشه ژنتیکی راه را برای فناوری‌هایی مانند CRISPR جهت اصلاح بیماری‌های ژنتیکی هموار کرده و توانایی ما را در تشخیص و درمان بیماری‌ها به طور قابل توجهی بهبود بخشیده است.

در سطحی دقیق‌تر، نوآوری در ژنومیک تک‌سلولی، برخلاف تحلیل‌های توده‌ای پیشین که میانگینی از هزاران سلول را ارائه می‌دادند، امکان بررسی هویت و عملکرد هر سلول به صورت مجزا را فراهم کرده است. این روش تنوع شگفت‌انگیز انواع سلول‌ها در بافت‌ها را آشکار ساخته و درک ما را از پیچیدگی‌های بیولوژیکی عمیق‌تر کرده است. این فناوری کاربرد‌های مشخصی در تحقیقات سرطان، بیماری کرون و همه‌گیری کووید-۱۹ داشته و منجر به شکل‌گیری پروژه اطلس سلول‌های انسانی (HCA) برای نقشه‌برداری کامل از تمام سلول‌های بدن انسان شده است.

پیشرفت در مبارزه با بیماری‌ها

در طول همه‌گیری کووید۱۹، واکسن‌های mRNA تاثیر تحول‌آفرین خود را به نمایش گذاشتند. زمان توسعه سریع دو ماهه آنها در مقایسه با رکورد قبلی چهار ساله، بی‌سابقه بود و تخمین زده می‌شود که در سال اول استفاده، جان نزدیک به ۲۰ میلیون نفر را نجات داده‌اند. این فناوری پتانسیل آینده برای مقابله با ویروس‌هایی مانند آنفولانزا و HIV را نیز دارد.

در جبهه‌ای دیگر، اولین مورد درمان HIV در سال ۲۰۰۷ در تیموتی ری براون گزارش شد. مکانیسم درمان، پیوند مغز استخوان از اهداکننده‌ای با جهش ژنتیکی مقاوم به HIV در ژن CCR۵ بود. اگرچه این روش برای استفاده معمول بسیار پرخطر است، اما امید و بینش علمی ارزشمندی را برای یافتن درمانی قطعی فراهم کرده است.

موفقیت‌های پیشگیرانه نیز چشمگیر بوده‌اند. واکسن ویروس پاپیلومای انسانی (HPV) که در سال ۲۰۰۸ در بریتانیا معرفی شد، میزان سرطان دهانه رحم را در زنان ۲۰ تا ۳۰ ساله حدود ۹۰ درصد کاهش داده و هدف نهایی آن ریشه‌کن کردن این بیماری است. در همین حال، پیشرفت‌های اخیر در زمینه پیوند اعضا از حیوانات (Xenotransplantation) امیدوارکننده بوده است. در یک مطالعه موردی در سال ۲۰۲۵، یک بیمار به مدت ۲۷۱ روز با کلیه خوک که به صورت ژنتیکی ویرایش شده بود، زندگی کرد. چالش علمی اصلی در این زمینه، همچنان غلبه بر رد پیوند توسط سیستم ایمنی بدن است.

بیشتر بخوانید: ابهام در مورد دلایل توقف ناگهانی واکسن گارداسیل ایرانی | نایب‌رئیس انجمن پخش دارو: فورا بگویید مشکل در تولید بوده یا نظارت سازمان غذا و دارو؟

نوآوری در درمان و سلامت

حوزه مهندسی بافت از «فناوری داربست» برای رشد بافت‌های انسانی مانند گوش، نای و استخوان از سلول‌های خود بیمار استفاده می‌کند که این امر از رد ایمنی جلوگیری می‌کند. تحقیقات برای رشد اندام‌های پیچیده‌تر مانند کلیه و قلب نیز در حال انجام است. در حوزه سلامت روان، پس از دهه‌ها سرکوب تحقیقات، علاقه به پتانسیل درمانی روان‌گردان‌ها برای درمان سریع افسردگی، اضطراب و اعتیاد دوباره افزایش یافته است. با این حال، موانع نظارتی همچنان وجود دارد، همانطور که تصمیم FDA در سال ۲۰۲۴ در مورد عدم تأیید MDMA نشان داد.

در نهایت، ظهور روش‌های پیشگیری از بارداری دیجیتال و غیرهورمونی، یک نقطه عطف در سلامت زنان است. برنامه Natural Cycles به عنوان اولین اپلیکیشن مورد تأیید FDA (۲۰۱۸) با نرخ موفقیت گزارش‌شده ۹۳ درصدی، که با قرص‌های ضدبارداری قابل مقایسه است، نمونه‌ای برجسته از این نوآوری به شمار می‌رود.

پیشرفت در فیزیک

در حالی که این انقلاب‌های بیولوژیکی درک ما از حیات را در مقیاس سلولی تغییر می‌دهند، پیشرفت‌های موازی در فیزیک و نجوم، چشم‌انداز ما را به مقیاس کیهانی گسترش داده و قوانین بنیادینی را که بر جهان حاکم است، آشکار می‌سازند.

گشودن راز‌های کیهان و فیزیک بنیادی

تحقیقات در فیزیک بنیادی و نجوم، درک ما را از قوانین اساسی حاکم بر جهان و منشأ آن عمیق‌تر کرده است. این بخش به بررسی اکتشافاتی می‌پردازد که پنجره‌های جدیدی به سوی کیهان گشوده‌اند.

کشف ذره بوزون هیگز در ۴ ژوئیه ۲۰۱۲ در سرن (CERN)، یک پیش‌بینی نظری ۵۰ ساله را تأیید کرد و قطعه‌ای حیاتی از پازل مدل استاندارد فیزیک ذرات را تکمیل نمود. این ذره توضیح می‌دهد که چگونه ذرات بنیادی جرم پیدا می‌کنند. با این حال، مدل استاندارد ناقص است، زیرا گرانش یا ماده تاریک را شامل نمی‌شود. در ۲۵ سال گذشته، شواهد وجود ماده تاریک از طریق اثرات گرانشی و تابش زمینه کیهانی قوی‌تر شده است، اما خود ذره همچنان گریزان است و جست‌و‌جو‌ها در سرن تاکنون ناموفق بوده‌اند. در همین حال، رصدخانه موج گرانشی با تداخل‌سنج لیزری (LIGO) با شناسایی امواج گرانشی، یکی دیگر از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام اینشتین را تأیید کرد. این دستاورد فنی، امکان مشاهده مستقیم رویداد‌های کیهانی مانند ادغام سیاه‌چاله‌ها را فراهم کرده است. مأموریت آینده آنتن فضایی تداخل‌سنج لیزری این قابلیت‌ها را برای رصد ادغام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم گسترش خواهد داد.

پنجره‌های جدید به فضا

بیشتر بخوانید: کشف جدید درباره ستارگان اولیه| اولین ستارگان چگونه متولد شدند؟

تلسکوپ فضایی «جیمز وب» که یک «شگفتی فناوری» محسوب می‌شود، با قابلیت‌های فروسرخ، آینه اصلی تاشو و موقعیت مداری در فاصله ۱.۵ میلیون کیلومتری از زمین، دید ما را به کیهان متحول کرده است. اکتشافات کلیدی آن شامل مشاهده اولین کهکشان‌های تاریخ و جزئیات جدیدی از سیارات منظومه شمسی است. به موازات آن، پیشرفت در کشف سیارات فراخورشیدی شتاب گرفته و تاکنون بیش از ۵۰۰۰ سیاره، عمدتاً با «روش گذر» توسط تلسکوپ فضایی کپلر، شناسایی شده‌اند. در سال ۲۰۲۵، یافته‌های هیجان‌انگیز، اما بحث‌برانگیزی در مورد احتمال وجود یک بیوسیگنچر (دی‌متیل سولفید) در سیاره فراخورشیدی K۲-۱۸b به عنوان «قوی‌ترین شواهد تاکنون» برای حیات فرازمینی مطرح شد. با این حال، این یافته با تردید‌های علمی مواجه شد و تحلیل‌های بعدی، یافته‌های اولیه را زیر سؤال بردند، که این امر بر نیاز به داده‌های بیشتر برای تأیید چنین ادعا‌های بزرگی تأکید می‌کند.

اکتشاف و دفاع سیاره‌ای

از سال ۲۰۱۲، مریخ‌نورد کنجکاوی ناسا اکتشافات مهمی در مریخ انجام داده است. این مریخ‌نورد شواهدی از وجود آب مایع در گذشته، مولکول‌های آلی و انتشار فصلی متان یافته است که همگی پیش‌نیاز‌های مهمی در جستجوی حیات هستند. در سال ۲۰۲۲، مأموریت آزمایشی تغییر مسیر سیارک دوگانه (DART) ناسا به طور عمدی با سیارک دیمورفوس برخورد کرد و با موفقیت مدار آن را تغییر داد. این مأموریت برای اولین بار یک روش دفاع سیاره‌ای عملی را به اثبات رساند. در نهایت، ورود سومین بازدیدکننده میان‌ستاره‌ای شناخته‌شده، دنباله‌دار ۳I/ATLAS در سال ۲۰۲۵، فرصت دیگری برای مطالعه کیهان فراهم کرد. ترکیب شیمیایی غیرمعمول آن، سرنخ‌هایی در مورد شرایط فضای میان‌ستاره‌ای ارائه می‌دهد.

در حالی که تلسکوپ‌هایی مانند JWST گذشته جهان را آشکار می‌کنند، یک انقلاب موازی در محاسبات و علم مواد، آینده آن را به طور فعال در اینجا بر روی زمین شکل می‌دهد.

پیشرفت در محاسبات، هوش مصنوعی و علم مواد، سرعت نوآوری را در تمام بخش‌ها به طور تصاعدی افزایش داده و مرز‌های فناوری را جابجا کرده است.

ظهور هوش مصنوعی

بیشتر بخوانید: نقش هوش مصنوعی در زندگی امروز ما چیست؟

ظهور مدل‌های زبان بزرگ (LLM) به توسعه «معماری ترانسفورمر» توسط گوگل در سال ۲۰۱۷ بازمی‌گردد. عملکرد اصلی این مدل‌ها پیش‌بینی توکن بعدی در یک توالی است، اما مدل‌هایی مانند GPT-۳ «قابلیت‌های نوظهور» غیرمنتظره‌ای از خود نشان داده‌اند. این فناوری مزایایی مانند کاهش تنهایی و حمایت از سلامت روان را به همراه داشته است.

با این حال، خطراتی نیز در حال ظهور هستند، از جمله پدیده «روان‌پریشی هوش مصنوعی» و پتانسیل آسیب‌رسانی، که مورد غم‌انگیز آدام رین، نوجوانی که توسط یک چت‌بات به سمت خودکشی هدایت شد، نمونه‌ای هشداردهنده از آن است.

نوآوری در مهندسی و مواد

موشک‌های قابل استفاده مجدد اسپیس‌ایکس، به ویژه فالکون ۹، انقلابی در پرتاب‌های فضایی ایجاد کرده‌اند. این فناوری هزینه پرتاب به مدار را از حدود ۱۰،۰۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم به حدود ۲،۰۰۰ دلار کاهش داده و پروژه‌هایی مانند استارلینک را امکان‌پذیر ساخته است. با این حال، نگرانی‌هایی در مورد افزایش زباله‌های فضایی نیز وجود دارد. در علم مواد، پیشرفت در مواد خودترمیم، مانند رنگ‌ها، بتن و آسفالت، اهمیت زیادی برای ساختن آینده‌ای پایدار با محصولات بادوام‌تر دارد. در همین حال، مفهوم «محاسبات شیمیایی» (Chemputation)، سنتز شیمیایی را به یک فرآیند دیجیتال و قابل برنامه‌ریزی تبدیل می‌کند. «کمپیوتر‌های شیمیایی» (Chemputers) با دیجیتالی کردن شیمی، تحقیقات در زمینه کشف دارو و علم مواد را تسریع می‌بخشند.

فناوری‌های مؤثر بر روانشناسی

دیدگاه علمی نسبت به رویا‌ها تغییر کرده است. تحقیقات قرن بیست و یکم نشان داده که رویا‌ها در پردازش احساسات منفی، تقویت خلاقیت و تحکیم پیوند‌های اجتماعی نقش دارند. علاوه بر این، تکنیک‌های «مهندسی رویا» با استفاده از محرک‌های خارجی مانند بو و صدا برای دستکاری در تجربه خواب انسان در حال توسعه هستند.

بینش‌های جدید درباره زمین و گذشته آن

درک سیستم‌های اقلیمی کنونی سیاره ما و کشف تاریخ عمیق حیات برای اطلاع‌رسانی به آینده ما اهمیت دوچندانی دارد.

شواهد گرمایش جهانی به‌طور فزاینده‌ای نگران‌کننده است. مقایسه با گذشته زمین‌شناسی نشان می‌دهد که سرعت گرمایش کنونی بی‌سابقه است. این سرعت ۵۰ برابر سریع‌تر از گرمایش پس از عصر یخبندان و حداقل ده برابر سریع‌تر از دوره بیشینه حرارتی پالئوسن-ائوسن (PETM) است. روش «تحلیل اسنادی» از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای مرتبط ساختن رویداد‌های آب‌وهوایی شدید با گرمایش جهانی استفاده می‌کند. موج گرمای سال ۲۰۰۳ اروپا به عنوان اولین مطالعه موردی مهم در این زمینه شناخته می‌شود که نشان داد گرمایش جهانی احتمال وقوع آن را دو برابر کرده است. آتش‌سوزی‌های ویرانگر سال ۲۰۲۵ در لس‌آنجلس نمونه‌ای آشکار از اثرات اقلیمی بود که پیامد‌های انسانی و زیست‌محیطی قابل توجهی مانند کیفیت هوای نامناسب و آلودگی خاک را به همراه داشت.

رونمایی از ماقبل تاریخ

فناوری سی‌تی اسکن، دیرینه‌شناسی را متحول کرده است. مطالعه پروفسور کریستوفر بروچو در سال ۲۰۰۰ بر روی جمجمه یک تی‌رکس، نمونه‌ای برجسته است که نشان داد چگونه این فناوری غیرمخرب جزئیات داخلی را آشکار کرده و درک ما از زیست‌شناسی دایناسور‌ها را تغییر داده است. اخیراً، تجزیه و تحلیل فسیل «دایناسور‌های در حال نبرد» شواهدی ارائه داد که Nanotyrannus lancensis یک گونه مجزا بوده و نه یک تی‌رکس نوجوان. اهمیت این یافته در آن است که می‌تواند به این معنا باشد که دیرینه‌شناسان تصویر روشنی از ظاهر یک تی‌رکس نوجوان ندارند، که این امر بالقوه تحقیقات در مورد رشد و زیست‌شناسی این گونه را زیر و رو می‌کند.

در حوزه تکامل انسان، شواهد نشان می‌دهد که جمجمه‌های «مرد اژدها» و «یون‌شیان ۲» ممکن است متعلق به دنیسووان‌ها باشند. اگر جمجمه یک میلیون ساله «یون‌شیان ۲» دنیسووانی باشد، این شناسایی می‌تواند زمان جدایی تکاملی انسان از نئاندرتال‌ها را به بیش از یک میلیون سال پیش عقب ببرد. در نهایت، در سال ۲۰۲۵، با استخراج پروتئین از دندان کرگدن ۲۱ تا ۲۴ میلیون ساله، رکورد جدیدی در بازیابی پروتئین‌های باستانی ثبت شد. این پیشرفت پتانسیل پروتئومیکس را برای مطالعه تاریخ تکاملی بسیار عمیق‌تر از آنچه DNA امکان‌پذیر می‌سازد، نشان می‌دهد.

از رمزگشایی تاریخ ملموس نوشته شده در سنگ و استخوان، به پیشرفتی در حوزه انتزاعی ریاضیات محض می‌پردازیم، جایی که کشف یک شکل واحد، یک معمای دیرینه در مورد الگو‌های بنیادین را حل کرد.

پیشرفت در ریاضیات محض

حل مسائل دیرینه ریاضی، ارزش ذاتی دارد، زیرا می‌تواند الگو‌های بنیادین طبیعت را آشکار سازد و زیبایی ساختار‌های انتزاعی را به نمایش بگذارد.

در سال ۲۰۲۲، «مسئله انیشتین» (یک‌سنگ) حل شد. این مسئله به دنبال یافتن یک شکل واحد بود که بتواند یک سطح را به صورت غیرمتناوب (بدون تکرار الگو) بپوشاند. دیوید اسمیت، یک ریاضی‌دان آماتور، با همکاری متخصصان دانشگاهی، پروفسور کریگ کاپلان، پروفسور چایم گودمن-اشتراوس و دکتر جوزف مایرز، راه‌حل را در قالب شکل‌های «کلاه» و «شبح» پیدا کرد. این دستاورد به عنوان یک موفقیت زیبا در ریاضیات محض شناخته می‌شود که نشان می‌دهد چگونه شهود و همکاری می‌توانند به اکتشافات عمیق منجر شوند.

چشم‌انداز آینده

پیشرفت‌های علمی و فناوری قرن بیست و یکم را که درک ما از جهان را از مقیاس زیراتمی تا کیهانی متحول کرده‌اند. اما جامعه علمی با چالش‌هایی نیز رو‌به‌رو است. گزارش سال ۲۰۲۵ درباره کاهش بودجه فدرال در ایالات متحده برای آژانس‌هایی مانند بنیاد ملی علوم (NSF)، مؤسسه ملی بهداشت (NIH) و ناسا، نگرانی‌هایی را در مورد تأثیر بالقوه آن بر سرعت نوآوری در آینده ایجاد کرده است. این امر نشان می‌دهد که پیشرفت علمی به شدت به حمایت مالی و سیاسی پایدار وابسته است.