Научно-техническая революция
В середине ХХ века в мире началась научно-техническая революция (НТР). Чем этот термин отличается от понятия «научно-технический прогресс» (НТП)? И в том, и в другом случае речь идёт о поступательном развитии науки, открытии для человечества новых знаний о мире, совершенствовании средств производства на основе этих открытий.
Однако развитие может происходить разными способами: эволюционным и революционным. Эволюция — достаточно медленный процесс изменений в какой-либо сфере. Эти изменения накапливаются и в итоге приводят к качественно новому состоянию. Революция — коренной, резкий переворот, который занимает относительно короткий промежуток времени. Он может происходить в политической, производственной, научной сфере, но существенным образом изменяет общество в целом. Посмотрим, как изменилось положение и влияние науки во второй половине XX – начале XXI века.
Часто говорят о том, что наука стала непосредственной производительной силой. До этого наука и производство существовали как бы параллельно. Целью научных исследований было познание мира. А инженеры и изобретатели использовали некоторые из её открытий для разработки новой техники и технологий. Сейчас же мы говорим о том, что наука превратилась в обязательный фактор производства. Развивается наукоёмкое производство, в котором затраты на научно-исследовательскую деятельность составляют значительную, если не основную долю общих издержек. К наукоёмким относят электротехническую, радиоэлектронную, авиационную, ракетную, космическую отрасли, приборостроение, микробиологическую промышленность, индустрию информатики и др.
Большое влияние наука оказывает на политику: по-настоящему эффективным государственное управление может быть лишь в том случае, когда опирается на научную основу. НТР приводит к изменениям в социальной жизни общества: традиционные социальные группы начинают теснить сетевые сообщества. Меняется профессиональная структура — одни профессии отмирают, появляются другие, новые. Массовой становится профессия учёного.
Число лиц, занятых исследованиями и научными разработками в мире
В начале ХХ в. в мире насчитывалось около 100 тыс. научных работников. А в 2018 г., по данным ЮНЕСКО, в сфере науки было занято 8 млн 854 тыс. человек. По сравнению с показателями 2013 г. число учёных увеличилось на 13,7%, то есть более чем на 1 млн человек.
Значительная часть затрат на организацию научных исследований приходится на два государства – США и Китай. Но это вовсе не означает, что наука развивается только в них. На картосхеме отражены данные о количестве учёных и инженеров в разных странах мира.
Занятые в области НИОКР (научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы
Противоречивость научно-технического прогресса
Одна из главных проблем НТП — возможность использования научных открытий и технических разработок как во благо, так и во зло человечеству. Ярким примером этого является появление оружия массового поражения: ядерного, химического, биологического. Его применение может привести к уничтожению жизни на значительной части нашей планеты. Научные достижения ХХ в. дают возможность создать оружие, поражающее ионизирующими излучениями, инфразвуковое, радиочастотное, генетическое, оружие на топливно-воздушных смесях. С середины 1970-х гг. обсуждается возможность ведения геофизической войны: вызывание искусственных землетрясений, цунами, магнитных бурь, изменение температурного режима в отдельных регионах, изменение физического состава слоёв атмосферы (в том числе и озонового слоя) над территорией противника.
НТР дала возможность значительно увеличить объём производство. Это, безусловно, способствует более полному удовлетворению потребностей быстро растущего человечества. Но в то же время ведёт к росту потребления природных ресурсов, увеличению нагрузки на биосферу планеты, обострению экологических проблем.
Автоматизация и роботизация производства освобождает людей от монотонного физического и умственного труда, но при этом увеличивает уровень безработицы. Так, американские исследователи подсчитали, что появление одного робота на 1000 занятых ведёт к потере трёх рабочих мест. Это касается прежде всего работников со средним образованием и сравнительно невысоким уровнем квалификации. В странах Евросоюза в первые два десятилетия XXI в. отмечалась другая тенденция: в среднем доля высококвалифицированных рабочих мест росла немного быстрее, чем сокращалось число мест, требующих средней или низкой квалификации. То же самое происходило и в России. Так что делать окончательные выводы пока рано, но готовиться к решению этой проблемы лучше заранее.
В связи с усложнением технологий возрастает и число потенциальных жертв промышленных аварий и техногенных катастроф.
Карта радиоактивного загрязнения Европы после аварии на Чернобыльской АЭС (26 апреля 1986 г.). Цит. по: Атлас современных и прогнозных аспектов последствий аварии на Чернобыльской АЭС на пострадавших территориях России и Беларуси (АСПА Россия–Беларусь)/под ред. Ю.А. Израэля, И.М. Богдевича. — Москва: Фонд «Инфосфера» — НИА-Природа; Минск: Белкартография, 2009. — 140 с.
Информационная революция, развитие компьютерной техники и сетей также создаёт ряд проблем. Количество информации растёт лавинообразно. Человеку становится всё труднее ориентироваться в ней, анализировать, отделять правдивые сведения от «фейков». Это открывает огромные возможности для манипулирования сознанием людей. Кроме того, в виртуальном пространстве находится огромное количество личных данных, коммерческих и государственных секретов. Обеспечить их безопасность непросто, появился и бурно развивается новый вид преступной деятельности — киберпреступность.
Развитие информационных технологий
Теоретическим фундаментом для развития информационных технологий стала кибернетика. Это сравнительно молодая наука — её развитие началось в 1940-х гг. на стыке математики, ряда технических дисциплин, эволюционной биологии и неврологии. Она изучает закономерности получения, хранения и преобразования информации, общие для человека, других живых организмов, общества в целом и электронных машин.
Один из «отцов» кибернетики, американский математик Норберт Винер в своей книге «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», обосновал идею о том, что всё разумное поведение является результатом механизмов обратной связи. Предположение, что эти механизмы могут моделироваться машинами, стало важным шагом на пути к созданию искусственного интеллекта.
Норберт Винер в своём кабинете
После создания в 1946 г. ЭНИАК — первого компьютера общего назначения — «умные» машины быстро совершенствовались. Особенно большую роль в этом сыграло изобретение интегральных схем и микропроцессоров. Они позволи значительно уменьшить размеры коппьютерной техники, увеличить её мощность и удешевить производство. Электронные блоки управления стали неотъемлемой частью роботов, автомобилей, бытовой техники — стиральных машин, утюгов, микроволновых печей и т. д. Впечатлённые прогрессом в электронике, журналисты писали в 1990-х гг., что если такими же темпами совершенствовалось автомобилестроение, то «Роллс-ройс» тратил бы всего литр бензина на полторы тысячи километров пробега и стоил бы при этом 2 доллара 75 центов.
Следующий революционный прорыв в этой сфере будет, вероятно, связан с распространением квантовых компьютеров. Использование в них нового способа обработки данных — с помощью кубитов — позволяет увеличить скорость анализа информации, вычислений, решения технологических задач в миллиарды, а возможно, и в триллионы раз. По крайней мере, так утверждают их создатели. Крупнейшие компании и исследовательские центры США, Китая, Германии уже выпустили коммерческие образцы квантовых компьютеров. Работа в этой сфере ведётся и в России.
Коммерческий квантовый компьютер, выпущенный компанией IBM в 2019 г.
Создание и развитие компьютерной техники стало основой для практических разработок в сфере искусственного интеллекта (ИИ). Эта идея имеет глубокие исторические корни. Ещё древние греки в своих мифах рассказывали о гиганте Талосе, которых охранял остров Крит. Согласно их мифам, Талос представлял собой автомат, выкованный богом огня Гефестом и подаренный царю Миносу.
Но как строго научное направление идея искусственного интеллекта начала развиваться с 1956 г., когда в Дартмутском колледже (США) был проведён семинар, посвящённый этому вопросу. Его участники считали, что машина, способная выполнять творческие функции, будет создана не более, чем через одно поколение. На проведение исследований были выделены миллионы долларов. И результаты, безусловно, были. В 1972 г. в Японии был создан первый интеллектуальный робот-андроид. Он передвигался на нижних конечностях, захватывал предметы руками с помощью тактильных датчиков, мог оценить расстояние до предметов и даже говорить.
Интеллектуальный гуманоидный робот фирмы Honda. Фотография Gnsin
Но вскоре стало ясно, что задача создания искусственного интеллекта, аналогичного человеческому, гораздо сложнее, чем представлялось. В начале 1970-х гг. финансирование проектов в этой области в США и Европе почти прекратилось.
Однако работа исследования в этой сфере продолжалась. Росли мощности компьютеров, были разработаны алгоритмы машинного обучения. В мае 1997 г. Deep Blue стал первым компьютером, победившем действующего чемпиона мира по шахматам — Гарри Каспарова. Интерес инвесторов к этой сфере снова возрос. Сейчас искусственный интеллект используют в промышленности, транспорте, финансовой сфере, управлении персоналом, медицине, индустрии игр и многих других отраслях. Разумеется, не остались в стороне армия и спецслужбы. И даже художественное творчество оказалось под силу ИИ.
Портрет Орнеллы Мути, рассчитанный с помощью технологии искусственного интеллекта в стиле Рафаэля. Джозеф Айерле
Параллельно с техническим совершенствованием компьютеров, увеличением их мощности расширялись возможности коммуникации с их помощью. Начиная с 1950-х гг. почти одновременно в разных странах начали разрабатываться концепции глобальных вычислительных сетей. Наибольшую известность приобрели два американских проекта: ARPANET и NSFNET. Первая из них была создана по заказу военного ведомства и была закрытой. А вот NSFNET принадлежала Национальному фонду науки и подключение к ней было свободным. В начале 1990-х гг. в неё уже входило более 7,5 тыс. мелких сетей, пятая их часть находилась за пределами США. Именно NSFNET стала каркасом Интернета, когда Фонд науки передал её в коммерческое использование.
С началом распространения персональных компьютеров среди пользователей Интернета росла доля частных лиц. Они чаще всего использовали сеть не для решения научных или производственных задач, а для личного общения, обмена и скачивания на свой компьютер текстов, иллюстраций и другой информации. Ответом на их запросы стало развитие электронной почты. Первая программа для её отправки была разработана ещё в 1971 г., а первый бесплатный массовый почтовый сервис — Hotmail — начал функционировать в 1996 г. Широкое распространение получили новостные рассылки, доски объявлений, была разработана система доменных имён.
В 1991 г. общедоступной стала Всемирная паутина (www — World Wide Web). Вскоре она превратилась в основного поставщика информации в Интернете, и сейчас эти два термина часто используются как синонимы.
Тим Бернерс-Ли (род. в 1955), создатель URI, URL, HTTP, HTML и Всемирной паутины (совместно с Робертом Кайо), действующий глава Консорциума Всемирной паутины. Фотография из архива ITU Pictures
Проект Всемирной паутины в 1989 г. предложил Тим Бернерс-Ли. Суть проекта заключается в возможности обмена информацией из гипертекстовых документов (веб-страниц), размещённых в Паутине, с помощью гиперссылок. Первоначально проект использовалась во внутренней сети Европейской организации по ядерным исследованиям, где тогда работал Бернерс-Ли. Он создал первый в мир веб-сайт, браузер для чтения веб-страниц, написал программу для первого веб-сервера. Тим Бернерс-Ли изначально рассматривал своё изобретение как свободною систему. Консорциум Всемирной паутины, который он возглавляет, принципиально не патентует технические стандарты, которые разрабатывает, и не берёт денег за их использование.
Распространение Всемирной паутины положило начало возникновению социальных сетей — онлайн-платформы, которые используется для общения, знакомств, связей между людьми, имеющими схожие интересы или офлайн-связи, а также для развлечения и работы. Самой популярной из современных соцсетей является Facebookм*, созданный в 2004 г. Марком Цукербергом. Широкое распространение получили также Twitter и Instagram* (*признаны экстремистскими организациями и запрещены на территории РФ).
Самые популярные сайты социальных сетей по странам (на 8 сентября 2019 г.). Christallkeks, Pixelsnader, Techso01
Коммуникация — процесс взаимодействия между людьми или их группами с целью обмена информацией.
Естественные науки во второй половине XX – начале XXI в.
Назовём несколько эпохальных открытий, совершённых в естествознании.
В 1962 г. трое учёных — Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за расшифровку структуры молекулы ДНК. Это открытие имело огромные последствия. Если сравнить биологическую жизнь нашей планеты с системой роботизированных компьютеров разных видов, то ДНК будет биологическим языком программирования. Именно эта макромолекула хранит наследственную информацию и механизм развития организмов из, условно говоря, одной первоначальной клетки.
Научившись делить ДНК на отдельные гены и затем соединять их друг с другом, биологи заложили основы генной инженерии. Генетическая модификация — основа для создания ценных сортов растений, улучшения пород сельскохозяйственных животных, штаммов микроорганизмов. Отношение к генетически модифицированным организмам (ГМО) неоднозначное. С одной стороны, их создание помогает решить одну из глобальных проблем — продовольственную. Но, с другой стороны, многие опасаются, что пища, полученная из ГМО, небезопасна, а их выращивание может оказать неблагоприятное воздействие на окружающую среду.
Законы о маркировке генетически модифицированных пищевых продуктов (2015): серый цвет — законы не приняты; зелёный — приняты законы об обязательной маркировке; красный — законы о запрете на импорт и выращивание. Co9man
Трудно преувеличить значение открытия структуры ДНК для развития медицины. Можно узнать о заболевании раньше, чем проявятся его симптомы, скорректировать образ жизни, чтобы отдалить или предотвратить его наступление. В конце концов, изменить «дефектный» ген. В 1999 г. началось осуществление международного научного проекта «Человеческий геном». Через четыре года структура генома человека была в основном определена, но работа над проектом продолжается. Он уже дал значительные практические результаты, в частности были разработаны способы проведения тестов для определения предрасположенности людей к различным генетическим заболеваниям.
В 2010 г. методами генной инженерии был создан первый в мире искусственный организм — синтетическая бактерия «Синтия». В перспективе исследования в этом направлении дадут возможность значительно ускорить создание вакцин против мутирующих вирусов (оптимисты утверждают, что это будет занимать всего несколько часов). Ещё один ожидаемый результат — создание эффективного биотоплива и новых пищевых продуктов.
Другим способом создания живых существ искусственным путём является клонирование — получение генетически однородных организмов при помощи бесполого размножения. В принципе, оно достаточно широко распространено в природе, например, у растений. Но в 1996 г. впервые удалось клонировать позвоночное животное. Шотландские учёные Йен Уилмут и Кит Кэмпбелл путём пересадки в цитоплазму яйцеклетки одной овцы ядра неполовой клетки другой создали копию овцы-донора этой самой неполовой клетки — знаменитую овечку Долли.
Овца Долли, первое теплокровное животное-клон. Фотография Maltesedog
Были проведены удачные эксперименты по клонированию других животных. Планировались эксперименты и с вымершими видами, например, мамонтами, отдельные экземпляры которых отлично сохранились в вечной мерзлоте. Вот-вот ожидалось успешное клонирование человека. Кинематографисты Бразилии даже сняли сериал, где рождение клона было свершившимся фактом.
Но во многих странах эксперименты по клонированию человека были временно прекращены. Перед учёными и обществом встал целый ряд проблем: не только научных, но и этических, правовых, религиозных. Взять хотя бы тот факт, что не каждая попытка клонирования завершается успешно. Перед тем, как родилась овечка Долли, 27 эмбрионов погибли. Допустимы ли такое соотношение, когда речь идёт о рождении человека? Кроме того, никто не может дать гарантию, что из развившегося эмбриона родится здоровый ребёнок. Та же Долли прожила в итоге почти в два раза меньше средней овечьей жизни, у неё развился целый ряд заболеваний, которых не было у овцы-донора. Возможно возникновение и чисто юридических проблем, связанных с родительскими правами, наследованием и т. п.
Но терапевтическое клонирование человека — для получения стволовых клеток — в некоторых странах разрешено. Стволовые клетки — большая надежда человечества. В перспективе они могут быть использованы для замедления старения организма, а также для клонирования органов, которые будут идеально подходить для трансплантации. Многие исследователи связывают с использованием стволовых клеток прогресс в лечении рака.
Но получать их из эмбрионов — тоже неэтично. Поэтому большим прорывом стало открытие возможности превращать любые клетки в стволовые, перепрограммируя их работу. За него английский учёный Джон Гёрдон и японец Синъя Яманака в 2012 г. получили Нобелевскую премию по медицине.
В развитии физики уже складывалась ситуация, когда казалось, что ничего нового открыть не удастся. Но природа бесконечна в своих проявлениях, а значит, бесконечен и процесс её познания.
В 1964 г. британский физик Питер Хиггс предсказал существование особой элементарной частицы, которая играет особую роль во Вселенной: она придаёт другим частицам массу. Это очень важно для существования материи. Если электроны, кварки и другие частицы были бы безмассовыми, то они летали бы со скоростью света и не смогли бы объединяться в атомы. Эту теоретически описанную частицу назвали бозон Хиггса. Но обнаружить её и тем самым доказать реальность существования не представлялось возможным. Пока в 2008 г. не начал работать Большой адронный коллайдер — самый крупный ускоритель заряженных частиц (синхрофазотрон).
Сегмент Большого адронного коллайдера. Фотография Максимилиана Брайса
В 2012 г. бозон Хиггса был обнаружен. Тем самым завершилось создание Стандартной модели элементарных частиц. В общей сложности их насчитывается 61, все они связаны четырьмя типами взаимодействий: электромагнитным, сильным ядерным, слабым ядерным и гравитационным. Но время от времени появляются сообщения, что данные некоторых экспериментов не согласуются со Стандартной моделью, что, возможно, существуют и другие, ещё неизвестные элементарные частицы и виды взаимодействий. Так что можно ждать новых открытий в физике.
Крупнейшим достижением в астрофизике стало открытие гравитационных волн. Их наличие было теоретически предсказано Альбертом Эйнштейном ещё в начале ХХ в. в его общей теории относительности. Но зафиксировать их удалось лишь в 2016 г. Они образовались в результате слияния двух черных дыр на расстоянии в 1,3 млрд световых лет от Солнца. Ценность этого открытия заключается в том, что оно подтверждает искривление пространства-времени под воздействием массивных объектов. Проще говоря, это даёт надежду, что многократно описанные в фантастических книгах и фильмах «гиперпереходы» космических кораблей через «нуль-пространство» пусть и в очень отдалённом будущем всё-таки возможны.
А в настоящем развитие естественных наук привело к созданию наноматериалов. Нанотехнологии дают возможность создавать несуществующие в природе вещества, манипулируя отдельными атомами и молекулами. Наноматериалы обладают заданными свойствами, идеально подходящими для достижения нужных человеку целей.
Пожалуй, наибольшую известность получил графен — наноматериал, за создание которого двое российский учёных, работающих в Великобритании — Андрей Гейм и Константин Новосёлов — получили в 2010 г. Нобелевскую премию.
Графен представляет собой модификацию углерода — одного из самых распространённых на Земле элементов. Его кристаллическая решётка имеет толщину всего лишь в один атом. Графер очень гибок при прочности, в 200 раз превышающей прочность стали. К тому же он сверхтонкий (и поэтому суперлёгкий), сверхэлектроёмкий, обладает высочайшими показателями теплопроводности. Перспективы его применения очень широкие, например, в создании суперёмких аккумуляторов, которые так необходимы для электромобилей.
Новые подходы к объяснению мира
Научные открытия не только расширяют знания человечества и дают возможность для развития технологий на их основе. Они приводят к изменению общей картины мира. Это произошло и в ходе современной научно-технической революции. Во второй половине ХХ в. появились два новых подхода к объяснению мира: теория саморазвития и концепция глобальной эволюции.
Центральная идея теории саморазвития — универсальный характер процесса самоорганизации. Он происходит в живой и неживой природе, социуме. Хаос подталкивает элементы любой системы к согласованности, упорядоченности движения. А любое упорядочивание приводит к возникновению неравновесности и переходу системы в хаотичное состояние. Эти представления привели к возникновению в 1960–1970-е гг. новой комплексной науки — синергетики. Её основной целью является познание общих закономерностей самоорганизации в открытых системах самой разной природы: физических, химических, биологических, технических, экономических, социальных. Создание теории саморазвития связывают с именем бельгийского физика российского происхождения Ильи Пригожина, а основателем синергетики считается немецкий физик-теоретик Герман Хакен.
Концепция глобальной эволюции связывает воедино развитие космоса, Земли, жизни на Земле и человека. Она позволяет преодолеть пропасть между живой и неживой природой, рассматривает возникновение жизни как закономерный результат длительного процесса космической, геологической и химической эволюции. Важное место в концепции занимает антропный принцип — с самого начала существования Вселенной все физические и космологические параметры были точно «подогнаны» таким образом, чтобы в мире появился наблюдающий разум — человек. Имеются в виду такие параметры, как гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное ядерные взаимодействия, масса основных элементарных частиц, скорость света, заряд электрона и др. Как показывают математические расчеты, даже незначительное их изменение приводит к изменению структуры Вселенной, в ней становится невозможным существование атомных ядер, самих атомов, звезд, галактик и, следовательно, жизни.