Перед тем, как говорить о перспективах науки, нужно знать, что она из себя вообще представляет. Итак, наука - область человеческой деятельности, направленная на выработку и систематизацию объективных знаний о действительности. Эта деятельность осуществляется путём сбора фактов, их регулярного обновления, систематизации и критического анализа. На основании вышеперечисленного выполняется синтез новых знаний или обобщения, которые описывают наблюдаемые природные или общественные явления и указывают на причинно-следственные связи, что позволяет осуществить прогнозирование. Те научные гипотезы, которые подтверждаются фактами или экспериментами, признаются законами природы или общества.
По мнению историка науки И. Н. Веселовского: «Современная наука, по существу, опирается на следующие три основы: 1) применение эксперимента, наблюдения и опыта при изучении природы; 2) логические доказательства выводов, полученных из основных предпосылок; 3) возможность математического представления природных процессов.»
С начала ХХ-го века, наука достигла огромных успехов. Созданы: атомная энергетика, радиолокация, телевидение, магнитофоны, компьютеры, сверхзвуковая авиация, полимеры, волоконная оптика, транзисторы и интегральные микросхемы, жидкокристаллические дисплеи, лазеры, сотовая связь и Интернет, ракетно-комическая техника. В значительной степени всё это стало возможно благодаря достижениям фундаментальной физики XIX–XX вв., прежде всего, максвелловской электродинамики и квантовой механики.
Открыты структура ДНК, генетический код живых организмов и на этой основе развиваются генная инженерия и клонирование, механизм мутаций и эволюции биологических организмов. Проводится пересадка органов. Возникли новые отрасли науки, например, синергетика и фрактальная геометрия.
Никаких предпосылок для замедления или остановки темпов развития нет. Наоборот, развитие науки и технологии пойдет еще быстрее.
Ближайшие перспективы развития науки могут быть следующими:
1. Суперкомпьютеры.
Суперкомпью́тер (англ. Supercomputer, СверхЭВМ, СуперЭВМ, сверхвычисли́тель) — специализированная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров.
Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.
Эти ЭВМ включают 5000 – 8000 микропроцессоров и дисковые накопители памяти. Выполняют в секунду 12 -13 трлн. операций. Альтернативные компьютеры: квантовые, фотонные, биокомпьютеры. Вероятно, в недалеком времени появится масштабированный квантовый компьютер, который по своим показателям превзойдет все компьютеры на планете, вместе взятые.
2. Нанотехнология
Нанотехноло́гия — область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путём контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами.
Работы по нанотехнологиям только начинаются. Фундаментальные свойства наномира неизвестны. Главное фундаментальное свойство вещества – его строение. Вариантов размещения атомов может быть 10 в 53 степени и, взаимодействуя, они стремятся занять как можно меньше места. Изменяя структуру атомной решетки, можно изменять свойства вещества. Всё состоит из частиц, которые определенным образом расположены в пространстве, образуют связи, а это означает, что где-то они собираются. Как это происходит и сколько надо собрать атомов, что бы получить свойства вещества, неизвестно. Например, собранные тринадцать атомов серебра по своей химической активности ведут себя как атом йода. Перспективы у этой отрасли огромны, так как из атомов и молекул можно синтезировать всё, что угодно: продукты питания – из воздуха и почвы; кремниевые микросхемы – из песка и т.д.
3. Лазерные технологии.
Преимуществ лазерного луча:
- распространение практически без расширения;
- монохроматичность света лазера, что позволяет фокусировать луч в точку, диаметром сотые – тысячные доли миллиметра. Это позволяет получать оптическую запись информации с высокой плотностью;
- высочайшая мощность излучения до 1012 – 1013 Вт.
Все это позволяет быстро развивать такие лазерная технологии, как обработка
материалов, термоядерный синтез, лазерная химия, спектроскопия, воздействие на живую ткань.
4. Голография и распознавание образов.
Голография — метод регистрации информации, основанный на интерференции волн[1]. Оптическая голография — разновидность голографии, в которой записывается световое поле, создаваемое оптическим излучением. Изображение, получаемое с помощью голографии, называется голограмма, и считается наиболее точным автостереоскопическим воспроизведением зрительного впечатления, производимого снятыми объектами. При этом сохраняется ощущение глубины пространства и многоракурсность, а изображение выглядит, как вид на снятый предмет через окно, которым служит голограмма. Голография позволяет вести поиск любых образов при любом их числе (даже по фрагменту образа).
5. Ракетно-космические технологии.
Создание ядерного космического двигателя мегаваттного класса. Это позволит снизить стоимость выведения полезного груза на окололунную орбиту в два раза. Появится возможность создания систем энергоснабжения из космоса, производить материалы в условиях глубокого вакуума, которые нельзя получить на земле.
6. Биотехнологии (использование живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве).
Микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков, гормональных препаратов и т.п. Конструкция новых, генетически модифицированных микроорганизмов, вакцин.
Создание растений, обладающих уникальными свойствами: более длительным и интенсивным ростом, увеличенной урожайностью, увеличенным сроком хранения фруктов и плодов, повышенной засухоустойчивостью и т. д. При этом основным направлением должно быть изменение собственных компонентов растений, например, изменение синтеза гормонов, а не привнесение чего-то извне в геном. Создание синтетической формы жизни, где все 100% ДНК будут получены в лаборатории без использования каких-либо живых существ. Создание искусственной клетки, а на ее основе живых систем. Человеческий геном сделается одной из компьютерных программ, подлежащих тестированию и оптимизации, а при необходимости и переделке.
7. Производство энергии.
К 2050-у г. Потребление энергии удвоится. Прежде всего, произойдет повышение КПД процессов и аппаратов до 70%. Переход на химические источники энергии с прямым преобразованием химической энергии в электрическую. Это особенно актуально в 21-м веке, так как предполагается, что запасы нефти иссякнут к 2060 году, а газа – к 2080 году. В 21-м веке значительная часть энергии (20 – 40%) будет производиться из биотоплива: кукуруза, сахарный тростник, древесина, бытовые отходы. Высокое КПД такой энергии обеспечивается переводом биотоплива в синтез-газ с помощью генераторов низкотемпературной плазмы. 60% синтез-газа преобразуется в электричество и 30% в тепло. Итог- выбросы минимальны, увеличение производительности.
Создание небольших атомных электростанций, безопасных, переносимых и способных обеспечить электроэнергией небольшой город. Вместо опасного и все более редкого урана использование тория. Ториевый реактор способен без перезагрузки работать до 50 лет. При этом ториевый реактор не создает ядерные отходы – загруженное ядерное топливо заканчивается, когда исчерпывает свои ресурсы сама станция.
В ближайшем будущем начнётся широкое внедрение бестопливного производства энергии, то есть энергии, основанной на применении энергии ветра, недр Земли, приливов и, прежде всего, солнечной энергии. Уже в настоящее время бестопливное производство энергии превышает топливное, созданы солнечные батареи с КПД 20% и есть предпосылки для появления 25-30% солнечных кремниевых батарей. Появление подобных батарей позволило бы разместить на орбите большие поля из солнечных батарей, собранная энергия которых передавалась бы на Землю с помощью СВЧ-излучения или лазера. Создание в нескольких местах на территории Земли минимум 3-х станций (например, в Австралии, Африке и Мексике), получающих энергию с орбиты, полностью обеспечитЗемлю энергией. Для передачи с этих станций энергии будут применяться «реактивные токи» - токи свободных статистических зарядов, которые можно передавать на большие расстояния по одному медному проводу диаметром до миллиметра. Реактивные токи имеют значительно меньшие потери, требуют значительно меньше металла и строительных затрат (не нужны высоковольтные линии электропередач, вместо которых применяется кабель).
Создание космических электростанций позволит вырабатывать абсолютно экологически чистую энергию; цена ее даже при огромных первоначальных расходах ниже, чем у тепловых и атомных станций; обеспечивается независимость от углеводородного сырья. Солнечные батареи могут быть сделаны очень тонкими (около 12 микрон), их помещают в капсулы и разворачивают на орбите. Подобный эксперимент был проведен в России в 1993 году и запатентован.
На реактивных токах с проложенными в земле однопроводными кабелями будут созданы транспортные средства (трамваи, троллейбусы, автомобили), а также электронные реактивные двигатели для космических ракет.
Одним из возможных направлений получения энергии является синтез водорода при разложении воды с помощью солнечной энергии и катализаторов, а также применение для этой цели фотосинтеза (как у растений).
Важно и применение катализаторов для снижения потребления энергии.
8. Производство автомобилей.
Производство автомобилей является в настоящее время одним из самых больших производств. Только за последние 50 лет мировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превысил 700 млн. машин. Сейчас ежегодно в мире выпускается более 40 млн. машин. Автомобилестроение поглощает огромные ресурсы: 60% свинца, 40% резины, 35% железа и т.д.
Предполагается, что использование композиционных материалов позволит снизить вес автомобиля в 3 раза. Применение водородных двигателей позволит достигнуть КПД равного 85% и резко снизить выброс вредных веществ. Подобные автомобили уже начали выпускать фирмы «Дженерал Моторс» и BMW.
Создание электромобилей, электросамолетов, машин, способных находить дорогу без человека.
9. Робототехника.
Есть множество задач, которые иногда не под силу людям, и на их решение приходится тратить дополнительные финансы и время. Конечно, в большинстве своем на данный момент роботы используются для сокращения времени, будь то сборка или разборка каких-либо моделей, подъемно транспортные работы и различные вспомогательные действия.
К 2025 г. будет использоваться 50 миллиардов роботов (сейчас их 7 миллионов). Роботы будут использоваться на опасных производствах, при поисково-спасательных работах.
10. Использование энергии магнитного поля Земли.
Магнитное поле Земли имеет большую энергию. Оно, например, отклоняет «солнечный ветер», что вызывает Северные сияния. По расчетам физиков электростанция, использующая магнитное поле Земли, по мощности равна 50 атомным станциям.
Заключение.
Автоматизация наблюдения и экспериментальной деятельности, обработки получаемых результатов, использование разного рода электронной вычислительной и аудиовизуальной техники для моделирования и анализа изучаемых процессов и явлений резко увеличат производительность и эффективность труда ученого. Кардинально изменится доступ к научной информации, произойдёт расширение возможности прямых контактов ученых. Интернационализация науки будет постоянно повышаться.