۵ دستاورد مهم علمی جهان در یک دهه

کشف ذره خدا
در سال 2012، یک ذره بنیادی جدید توسط سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای(CERN) کشف شد که توجه همه مردم دنیا را، حتی کسانی که ممکن است معمولا به‌دنبال اخبار فیزیک ذرات نباشند، جلب کرد. این جلب توجه به این دلیل بود که این ذره یک ذره معمولی نبود. این ذره چیزی نبود جز «بوزون‌هیگز». اگرچه ممکن است این ذره به‌خاطر نام مستعار و در عین حال نادرستش(ذره خدا)، اذهان عموم را به‌خود جلب کرده باشد، اما بوزون‌هیگز به دلایل مختلف یک کشف فوق‌العاده جالب بود. این آخرین ذره بنیادی است که توسط مدل استاندارد فیزیک ذرات پیش‌بینی شده است. این ذره سایر ذرات ابتدایی را جرم‌دار می‌کند و دانشمندان تقریبا 50سال به‌دنبال یافتن آن بودند. بوزون‌هیگز یا سازوکار BEH برگرفته از نام پیتر هیگز، معروف به ذره خدا، یک ذره بنیادی اولیه دارای جرم است. مشاهده تجربی این ذره باعث شد دانشمندان بتوانند درباره چگونگی جرم‌دار شدن ماده توسط ذرات بنیادی بدون جرم دیگر، توضیح دهند. به‌طور خاص، بوزون‌هیگز، می‌تواند دلایلی برای تفاوت‌های بین فوتون که بدون جرم است و بوزون‌های W و Z که نسبتا پرجرم هستند، ارائه کند. پیش از دهه 1960، مدل استاندارد کمی مشکل داشت. طبق پیش‌بینی‌های این مدل، ذرات ابتدایی به نام بوزون‌ها نباید جرم داشته باشند، اما مشاهدات نشان می‌دهد که آنها جرم دارند. 3تیم از دانشمندان در سال 1964به‌طور مستقل مکانیسم‌های مشابهی را در مورد اینکه آنها چگونه جرم‌دار می‌شوند ارائه کردند. بر اساس نظر غالب، یک میدان کوانتومی به‌طور یکنواخت بر جهان گسترده شده است. بوزون‌ها این میدان را که آنها را کند می‌کند و در یک فرایند آنها را جرم‌دار می‌کند احساس می‌کنند. این میدان در میان یک بوزون کاملا جدید که هنوز کشف نشده قرار می‌گیرد و 48سال دیگر وجود نخواهد داشت. در نهایت این میدان، مکانیسم و بوزون پس از آنکه پیتر هیگز آن را پیشنهاد کرد، به نام او نامگذاری شد. درنهایت در سال 2012دانشمندان در «برخورددهنده بزرگ هادرون» در سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای ذره‌ای مطابق با خواص پیش‌بینی شده بوزون‌هیگز پیدا کردند. این کشف باعث شد که 2نفر از پژوهشگران مسئول ارائه آن(خود هیگز و فرانسوا انگلرت، فیزیک‌دان یک گروه پژوهشی دیگر) در سال 2013جایزه نوبل فیزیک را دریافت کنند. در سال‌های بعد، آزمایش‌های بیشتر در سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای نشان داد که همه اندازه‌گیری‌های بوزون‌هیگز از جمله چرخش، برابری، جرم و تعامل با سایر ذرات، با پیش‌بینی‌های مدل استاندارد همخوان بوده‌اند. با بسته شدن پرونده «جام مقدس» فیزیک ذرات که نیم قرن به طول انجامید، بوزون‌هیگز بدون تردید یکی از مهم‌ترین دستاوردهای علمی دهه اخیر به شمار خواهد آمد.

امواج گرانشی
فیزیک‌دانان در سال2015 امواجی را در ساختار فضا-زمان کشف کردند که پس از یک سفر طولانی(بیش از یک‌میلیارد‌نوری) روی کره‌زمین جریان داشتند. این کشف پیش‌بینی آلبرت اینشتین را در قرن پیش تأیید کرد.
امواج گرانشی؛ پدیده‌ای که بیشتر از 100سال پیش توسط اینشتین پیش‌بینی شده بود، سرانجام در سال 2017رسما اعلام شد و جایزه‌ نوبل را برای کاشفانش به ارمغان آورد. در واقع، مرکز لایگو (رصدخانه موج گرانشی تداخل لیزری) که از سال‌ها قبل برای شکار امواج گرانشی با هزینه 365میلیون دلار ساخته شده بود، در سال 2015توانست نخستین موج گرانشی را ثبت کند. چند موج دیگر هم اندازه‌گیری شدند و سرانجام در اکتبر 2017 کشف این امواج رسما اعلام شد. هنگامی که اینشتین تئوری نسبیت عام خود را در سال 1916مطرح کرد، این موضوع حاکی از آن بود که برخورد اجرام با توده‌های عظیم، «موج شوک» در فضا-زمان ایجاد می‌کند. این پدیده همان امواج گرانشی است. اگرچه این امواج به وسیله بعضی از رویدادهای دارای بیشترین انرژی در هستی اتفاق می‌افتد، اما با رسیدن این امواج به زمین، انرژی آنها به کمتر از یک هسته اتم می‌رسد و به این ترتیب واقعیت تحریف می‌شود. این موضوع باعث شد که تا حدود 100سال تشخیص آنها غیرممکن شود، تا اینکه تکنولوژی درنهایت به کشف آن کمک کرد. فناوری مرتبط با این موضوع، رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری(LIGO) است که در 2مرکز عظیم در لوئیزیانا و واشنگتن قرار دارد. هر یک از این آشکارسازهای دوقلو از 2تونل 4کیلومتری به شکل L ساخته شده‌اند. ابزارهای بسیار دقیق، لیزرهایی را که زیر این تونل‌ها قرار‌دارند، به‌دلیل اختلال‌های کوچک در پرتوها مشاهده می‌کنند که می‌تواند به جریان امواج گرانشی روی این تأسیسات نسبت داده شود. در 14سپتامبر 2015 هر دو آشکارساز LIGO نخستین سیگنال‌های آنها را دریافت کردند. این امواج از طریق برخورد بین 2سیاهچاله که 3/1میلیارد سال نوری فاصله داشتند تولید شده‌اند. از زمان نخستین کشف، ده‌ها سیگنال توسط LIGO و همچنین تاسیسات Virgo در ایتالیا که در سال 2017در آتش سوخت، دریافت شده است. بیشتر این سیگنال‌ها نتیجه ادغام 2سیاهچاله بوده است، اما سایر سیگنال‌ها مربوط به بلعیدن یک ستاره نوترونی توسط یک سیاهچاله و برخورد 2ستاره نوترونی با یکدیگر است. پس از تشخیص یک موج گرانشی در سال 2017، رصدخانه‌ها در سرتاسر جهان مجموعه کاملی از سیگنال‌های الکترومغناطیسی شامل امواج نور، انفجار اشعه گاما، اشعه ایکس و امواج رادیویی را از همان منبع کشف کردند. جایزه سال 2017 نوبل به راینر وایز، کیپ تورن و بری بریش به‌خاطر نقش آنها در کشف نخستین امواج گرانشی به‌عنوان کشف یک معما به قدمت یک قرن اهدا شد.

رکوردشکنی سیارات فراخورشیدی
در طول تاریخ بشر، ما به‌طور مداوم تلاش کرده‌ایم تا چشم‌انداز وسیع‌تری از مکان زندگی خود در جهان داشته باشیم. در ابتدا، جهان ما از یک قاره به کل کره‌زمین گسترش یافت. سپس فهمیدیم که زمین مرکز اصلی هستی نیست، بلکه فقط یک سیاره از چند سیاره در حال چرخش به دور خورشید است. سرانجام فهمیدیم که حتی منظومه‌شمسی ما نیز تنها منظومه نیست، بلکه این منظومه یکی از منظومه‌های بی‌شمار است. حالا در دهه اخیر، واقع‌بینانه‌تر به این موضوع نگاه می‌کنیم که چند منظومه دیگر در هستی وجود دارد.
اولین سیارات فراخورشیدی (سیاره‌هایی که دور یک ستاره دیگر جز خورشید می‌چرخند) در دهه 1990کشف شدند، اما تا زمانی که تلسکوپ فضایی کپلر در سال 2009راه‌اندازی شد، آنها رصد نشدند. این رصدخانه برای تماشای 150هزار ستاره به‌طور همزمان طراحی شده است و بر اینکه چندبار نور آنها کم می‌شود نظارت می‌کند.
کپلر با استفاده از این تکنیک که به روش عبور یا انتقال معروف است، بیش از 2600سیاره خارج از منظومه شمسی را طی 9سال کشف کرد. حالا با کمک پروژه‌های دیگر مانند هارپس، وسپ و تس این تعداد به 4100سیاره افزایش یافته است. اکنون ما می‌توانیم با مطالعه جو، ترکیبات، جرم و نوع ستاره‌هایی که در مدار قرار دارند و همچنین فاصله ستاره‌ها و درباره اینکه این جهان چه شکلی دارد، به نتایجی برسیم.
به این ترتیب، ما در مورد همه انواع سیارات که می‌توانند سوژه داستان‌های علمی - تخیلی شوند، بسیار آموخته‌‌ایم؛ جهان‌های آبی، سیاره‌های سیاه و سفید و برخی از آنها که داغ‌تر از ستاره‌ها هستند. سیاره‌ای وجود دارد که فقط یک الماس غول‌پیکر است و دیگری ابرهایی دارد که از یاقوت ساخته شده است. روی بعضی از آنها سنگ  و در بعضی شیشه و در بعضی اکسید تیتانیوم می‌بارد که نوعی ماده قابل‌مصرف در کرم‌های ضد‌آفتاب است.
اما شاید جذاب‌ترین سیارات خارج از منظومه شمسی، آن گروه از سیارات باشند که بیشتر شبیه زمین هستند. از این گذشته، اینها سیاراتی هستند که در نهایت به این سؤال پاسخ خواهند داد که «آیا ما در جهان تنها هستیم؟». به‌نظر می‌رسد، سیارات خارج از منظومه شمسی به‌طور بالقوه قابل‌سکونت باشند.
در سال2017 با کشف 7سیاره صخره‌ای که تقریبا هم‌اندازه زمین بودند و به دور ستاره TRAPPIST-1 می‌چرخیدند، یکی از بزرگ‌ترین اتفاقات رخ داد. 3سیاره از این 7سیاره در منطقه قابل‌سکونت ستاره خنک کوتوله سرخ می‌چرخیدند. مطالعات بعدی نشان داده‌اند که آنها می‌توانند مقدار قابل‌توجهی آب داشته باشند و به‌عنوان مناسب‌ترین سیارات قابل‌سکونت در خارج از منظومه شمسی در نظر گرفته شوند.

بحران آب‌و هوایی جهان
در یک‌دهه گذشته ما رکوردهای اقلیمی را بیشتر از هر زمان دیگر در تاریخ بشریت شکسته‌ایم. البته این نوع رکوردشکنی اتفاق مثبتی به شمار نمی‌آید. با این حال، هرچه تأثیرات تغییرات آب‌و‌هوایی بیشتر نمایان شد، این موضوع بیشتر مورد‌توجه مردم قرار گرفت. مطالعات جدید، گستردگی تغییرات اقلیمی را نشان داد و به همین علت برنامه‌هایی برای رسیدگی به این وضعیت طراحی شد. شواهد نشان می‌دهد که از سال 1750و از زمان انقلاب صنعتی میزان شدید دی‌اکسیدکربن جوی افزایش یافته است و این موضوع اتفاقی نیست. درجه حرارت سطح زمین در سراسر جهان از آن زمان به‌طور مداوم در حال افزایش است و این افزایش در نیمه‌دوم قرن بیستم تشدید شده است. این مسئله به نوبه‌خود منجر به انواع مختلفی از تأثیرات ادامه‌دار و بدون وقفه می‌شود. طبق اعلام ناسا و نوآ (سازمان ملی اقیانوسی و جوی)، سال 2016 داغ‌ترین سال از زمان ثبت سوابق آب‌و‌هوا در سال 1880بوده است. همچنین جولای 2019رکورد گرم‌ترین‌ماه را به‌خود اختصاص داده است.
مطالعات دیگر، اخیرا نشان داده‌اند که این گرمای فوق‌العاده چه بر سر دنیا می‌آورد. یک گزارش آب‌و‌هوایی در سال2018  نشان داد که فجایع اقلیمی مانند توفان، سیل، خشکسالی و آتش‌سوزی، شدیدتر و بیشتر می‌شوند. همچنین یخچال‌های طبیعی و یخ‌های قطبی در حال کوچک شدن هستند و سطح آب دریاها افزایش می‌یابد.
در سال2015 ، دی‌اکسیدکربن جو برای نخستین بار در 3میلیون سال گذشته از 400واحد در میلیون عبور کرد. این اتفاق به این معنی است که اقیانوس‌ها گاز را بیشتر جذب می‌کنند و اسیدی‌تر می‌شوند. ترکیبی از آب‌های گرم‌تر و اسیدی‌تر باعث شده است که صخره بزرگ ریف در استرالیا (بزرگ‌ترین صخره مرجانی جهان با بیش از 2900صخره جداگانه و 900جزیره) در سال‌های 2016و 2017 دچار پدیده سفیدشدگی شوند. درحالی‌که در گذشته‌های دور این صخره بزرگ آسیب‌های مشابهی را پشت سر گذاشته است، متخصصان معتقدند که تغییرات فعلی خیلی سریع برای این صخره رخ داده است.
 اما هنوز هم امید وجود دارد. در سال 2015تقریبا 200کشور جهان توافقنامه پاریس را امضا کردند و متعهد شدند که انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند تا دمای جهانی بالاتر از 2درجه سانتی‌گراد در مقایسه با دمای دوره پیشاصنعتی نرود. گزارش‌های هیأت بین دولتی برای تغییرات آب‌و‌هوا(IPCC) می‌گوید که برای تحقق این اهداف، تغییرات بی‌سابقه‌ای در همه ابعاد جامعه لازم است و اعتصابات و اعتراضات اقلیمی سال2019 نشانه‌ای برای حساس شدن جامعه نسبت به این مسئله است. 

اصلاح ژنتیک کریسپر
توانایی ویرایش ژن انسان‌های زنده و موجودات دیگر دهه‌هاست که به‌عنوان سوژه داستان‌های علمی - تخیلی مطرح می‌شود، اما در دهه اخیر این‌ رؤیا به واقعیت تبدیل شد.
سیستم اصلاح ژن کریسپر توانست تحولی بزرگ در پزشکی ایجاد کند. کریسپر نوعی سیستم ایمنی تطابق‌پذیر در باکتری‌هاست که آنها را قادر به کشف DNA ویروس و بعد نابودیشان می‌کند. این سیستم به شکل بالقوه برای مقابله با بیماری‌های صعب‌العلاجی چون سرطان و HIV به ما کمک می‌کند و همچنین می‌تواند مسائل غیربهداشتی را حل کند. البته این موضوع بدون بحث و جدل نبوده است.
در سال‌های اخیر دانشمندان دریافتند که می‌توانند از این مکانیسم به وسیله ترکیب کریسپر با یک رشته RNA راهنما و یک آنزیم به نام Cas9 به‌عنوان ابزاری برای مهندسی ژنتیک استفاده کنند.
این RNA راهنما هنگامی که در سلول‌ها یا موجودات زنده استفاده می‌شود، این ابزار را به بخش مورد‌نظر DNA هدایت می‌کند؛ یعنی جایی که آنزیم Cas9 به‌طور منظم آن را برش می‌دهد. این ابزار می‌تواند برای از بین بردن ژن‌های مشکل‌ساز مانند ژن‌هایی که عامل بیماری هستند مورد استفاده قرار‌گیرد و یک ژن جدید و مفید را جایگزین کند.
به این ترتیب، ‌این تکنیک، نویدبخش مبارزه با بسیاری از بیماری‌های مختلف از جمله سرطان، HIV، دیستروفی عضلانی، پروگریا(پیری زودرس) و اشکال ژنتیک کوری و بیماری‌های قلبی است. با این حال، ظرفیت کریسپر فراتر از اصلاح ژنتیک در انسان‌هاست. ما با استفاده از این تکنیک می‌توانیم گیاهان را اصلاح کنیم تا محصولاتی با بازده بیشتر یا مواد غذایی بهتر داشته باشیم. همچنین می‌توانیم ژن‌های حشرات را اصلاح کنیم تا آنها نتوانند بیماری‌ها را منتقل کنند. حتی می‌توانیم ژن خوک‌ها را ویرایش کنیم تا اعضای بدن انسان را در بدن آنها کشت دهیم. البته بر اساس وعده‌های داده شده در مورد کریسپر، این ابزار بعضی از مباحث اخلاقی را نیز در پی داشته که هنوز در مرحله بحث و رسیدگی قرار دارند. برخی مطالعات نشان داده‌اند که کریسپر شانس ابتلای سلول به سرطان را افزایش می‌دهد و می‌تواند باعث جهش‌های ناخواسته در سراسر ژنوم شود. به همین علت، این نتایج به شکل چشمگیری مورد‌بحث قرار گرفته‌اند و در جهان همچنان جنجالی هستند. همه این بحث‌و‌جدل‌ها در نوامبر  2018  و  هنگامی رخ داد که دانشمندان چینی تولد دختران دوقلو را به‌عنوان نخستین نوزادان انسانی ویرایش شده با تکنیک کریسپر در جهان اعلام کردند. پروفسور جیانکوئی هی و تیمش ابزار کریسپر را در جنین تزریق و ژن معروف به CCR5 را حذف کردند. با این کار این دوقلوها باید نسبت به HIV مصونیت پیدا می‌کردند. مشکل اصلی این بود که این آزمایش عمدتا به‌صورت محرمانه انجام شد و چندین سال بحث‌های اخلاقی مرتبط با آن مطرح نشد. برخی دانشمندان عنوان کردند که کارکرد CCR5 به اندازه کافی درک نشده است و حذف آن می‌تواند این دوقلوها را مستعد ابتلا به بیماری‌های شایع مانند آنفلوآنزا کند. با وجود این، آزمایش‌های کریسپر در انسان‌ها هنوز ادامه دارد؛ البته نه فقط در مورد جنین. این آزمایش‌ها در سال 2016 در چین به‌منظور مبارزه با سرطان ریه آغاز شد، اما نتایج آن هنوز اعلام نشده است. 2آزمایش هم در سال 2019در ایالات متحده انجام شد که یکی از آنها برای مبارزه با 3نوع سرطان و دیگری برای مقابله با بیماری سلول داسی شکل بود که نتایج اولیه بسیار امیدوار‌کننده بود. ممکن است شروع کار بسیار مشکل باشد، اما تکنیک ویرایش ژن کریسپر احتمالا به‌عنوان یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های حوزه پزشکی در تاریخ ثبت می‌شود.