Фундаментальная наука и современные технологии

Фундаментальная наука и современные  технологии

     Статья посвящена проблеме взаимодействия фундаментальных наук и технологий, роли и механизмам участия фундаментального знания в прикладных и технологических разработках. 

     КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: фундаментальная наука, исследование, прикладная наука, фундаментальное знание, технология, прикладные и технологические разработки. 

1. Практическая польза  фундаментальных  наук 

     Технологии, в том числе и современные высокие технологии, конечно же, нужны. Они улучшают жизнь человека, делают ее комфортнее; на их основе создаются лекарства, часто спасающие жизни людей; они - основа промышленности и современного агропромышленного комплекса; на них базируется создание и эксплуатация транспортных средств. Технологические достижения приносят финансовую прибыль, помогают сэкономить денежные средства на производстве товаров и т.д. и т.п. От каждого нового технологического достижения ждут новых позитивных прорывов в улучшении качества жизни людей.

     Большие ожидания связаны, например, с нанотехнологией, где используя в качестве строительных блоков атомы и молекулы, создают не существующие в природе и обладающие новыми, удивительными свойствами материалы и приборы. Используется тот факт, что на наноуровне (масштаб величин от 1 до 100 нанометров, 1 нанометр 10-9 м) многие свойства обычных материалов претерпевают значительные изменения. Это может касаться таких параметров как температура плавления, химическая реактивность, электро- и термопроводимости. Новые материалы и приборы находят широкую сферу приложимости -  в электронике, медицине, экологии, авиации, космонавтике. В медицине - это создание новых лекарств, а также более совершенных методов доставки лекарств по назначению, когда с помощью наноскопических устройств лекарство доставляется именно тем клеткам живого организма, которые в нем нуждаются; в экологии речь может пойти о преобразовании токсичных компонентов в почве и воде, а также в промышленных выбросах в атмосферу, появившихся там в результате загрязнения окружающей среды, в нетоксичные; в самолетостроении новые материалы могут быть использованы для создания машин чрезвычайно прочных и вместе с тем легких и эластичных, что значительно снизит риск их разрушения при авариях; в космонавтике эти же материалы смогут быть использованы для строительства легких и мощных грузоподъемников, способных доставлять тяжелые грузы с поверхности планет на околоземные орбиты и т.д. Многие разработки в нанотехнологии преследуют цель сэкономить средства при производстве новых машин и оборудования,  сделать производство более дешевым, что очень важно в условиях жесткой рыночной конкуренции на мировом рынке

     Верно, что часто у технологий, в том числе и у нанотехнологии, есть и негативная сторона. С ними связаны определенные социальные риски - возможность ухудшения здоровья людей в связи с использованием в быту товаров, изготовленных из новых материалов; появление новых болезней, возникающих в качестве побочных эффектов применения созданных на основе тех же технологий лекарств; создание все более "совершенного" оружия  массового уничтожения. Все это делает злободневным вопрос о социальной и моральной ответственности создателей новых технологий. Но всегда остается надежда, что эти риски удастся учесть, предотвратить и ответить на них. Так что с тезисом о необходимости технологий согласны все.

     Другое дело наука. (Здесь под наукой будут пониматься фундаментальные, чистые исследования.) У многих ученых - прикладников, технологов, да и у некоторых философов науки она сегодня, прямо скажем, не в чести. Вполне серьезно ставится и обсуждается вопрос о том, нужна ли вообще фундаментальная наука и стоит ли ее финансировать. Читаю статью Е. Балацкого, экономиста, который со злорадством пишет о достижениях фундаментальных наук как о «теоретических пузырях», которые уже полопались, о том, что «университетская  профессура отмирает как класс»,  что «платить нужно только тем теоретикам, которые работают в реальных проектах» и т.д. [Балацкий 2008].

     Дискутируется вопрос: стоит ли финансировать фундаментальную науку. Спрашивают, не лучше ли использовать эти средства для  решения самых неотложных проблем человечества, направив их, например, на лечение онкологических заболеваний? Высказывается мнение, что наиболее успешно и продуктивно развивается наука, источником которой является решение той или иной практической проблемы. Основная претензия, предъявляемая фундаментальной науке, состоит в том, что она не приносит пользы.

     Так ли это, однако? Хотелось бы задать вопрос: что стали бы делать прикладники и технологи, если бы не было фундаментальной науки? Ведь она выступает основой технологических достижений. Традиционно полагалось, что фундаментальная наука является  источником технологических новаций, а технология представляет собой приложение науки (так называемая «линейная» модель взаимоотношения науки и технологии; ее происхождение связывают с именем Ф.Бэкона). В настоящее время эта модель подвергается критике как несостоятельная. Предлагаются другие модели. Ниже мы вернемся к этому вопросу. Сейчас же отметим только, что какие бы модели не предлагались, все они исходят из того, что наука, пусть и не в качестве источника технологий, всегда принимает непосредственное или опосредованное участие в технологических исследованиях и разработках. Более того, в любой из этих моделей предполагается, что зависимость современных технологий - биотехнологии, биомедицинской технологии, нанотехнологии и т.п. от фундаментальной науки в настоящее время возрастает. Значит не так то уж фундаментальные науки бесполезны?

     Но участием в технологических разработках фундаментальная наука не ограничивается. У нее есть еще одна не менее, а может быть даже более важная и (не побоимся вполне уместного здесь пафоса) великая задача. Она объясняет мир, удовлетворяя важнейшую интеллектуальную потребность людей - потребность знать. Человек хочет знать, как устроен мир, как произошла Вселенная, в чем сущность жизни, что такое сознание и т.д. Верно, что эта сторона фундаментальной науки бесполезна в том смысле этого слова, который вкладывал в него Оскар Уайльд, когда говорил, что всякое искусство бесполезно. Вряд ли исследования в области, скажем, квантовой гравитации (самый передний край современной теоретической физики) принесут непосредственную пользу людям, по крайней мере в обозримом будущем. Также мало что изменится в жизни обычных людей, если будет решена загадка происхождения жизни или раскрыта тайна происхождения Вселенной. Но, перестав задавать себе эти вопросы, перестав интересоваться ими, человеческое общество потеряет многое из того, что делает его именно человеческим.  

     Могут сказать: да, но многие фундаментальные исследования сегодня требуют постановки очень дорогостоящих экспериментов. В физике элементарных частиц - это создание и использование современных сверхускорителей. (Да, вопреки иногда высказываемому мнению, что сверхускорители  - это уже элемент Большой науки и на нем осуществляются не фундаментальные, а прикладные исследования, сверхускорители -  это просто гигантская экспериментальная аппаратура, создаваемая для целей фундаментальной, чистой науки. И работа на них - это  экспериментальная деятельность в сфере чистой науки, где давно уже произошло разделение на экспериментальные и теоретические исследования.) Даже такая богатая страна как США предпочла отказаться от строительства самого новейшего суперколлайдера (БАК - Большой адронный коллайдер) в одиночку; он был создан и запущен при финансовой поддержке нескольких стран - участниц проекта. В связи с дороговизной проекта вновь поднимался и поднимается вопрос: не лучше ли было израсходовать эти деньги на непосредственные  нужды людей, например ликвидацию голода в странах третьего мира, здравоохранение, экологию?

     Но, во-первых, те, кто ставит так вопрос, забывают, что в процессе создания такой экспериментальной аппаратуры как сверхускоритель, новые мощные импульсы развития получает и технология. Создаются новые приборы, новые материалы, вспомогательные устройства и оборудование. Одна из проблем, которые призван решить новый гигантский ускоритель БАК (Большой адронный коллайдер) состоит в поисках хиггсовских бозонов - частиц, которые ответственны за появление масс у всех элементарных частиц. Решается чисто теоретическая задача. Но для того, чтобы построить это необходимое для ее решения экспериментальное оборудование, потребовалось создание новой вычислительной техники, новых массивных хранилищ данных, новых мощных электронных устройств, новых приборов и оборудования. Более того, многие даже не знают о том, что при исследовательских центрах, где работают такие ускорители лечат онкологические заболевания с помощью нейтронных пучков, полученных на этих же ускорителях. Лечат успешно, продлевая жизнь людей. В США существуют четыре таких центра.   

     Во-вторых, нам, говоря словами поэта, все-таки «не дано предугадать, как наше слово отзовется». Не преследуя утилитарных целей и просто создавая все более верные модели мира, ученые, занятые в сфере фундаментальных исследований, могут, даже не осознавая этого, закладывать фундамент для решения практических задач, важных для выживания человечества.  Думал ли Галилей, формулируя свой закон свободного падения тел и в споре с аристотелианцами доказывая его справедливость, что тем самым он закладывает теоретические основы современной нам космонавтики? На базе полученного в рамках галилей - ньютоновой физики значения ускорения свободного падения тел (~9,8 м/сек2)  удалось уже в наше время рассчитать, какую скорость ракета-носитель должна сообщить телу для того, чтобы оно могло стать искусственным спутником Земли (первая космическая скорость, равная ~ 8 км/сек), и какую скорость должно иметь, чтобы, преодолев земное притяжение, навсегда покинуть Землю и уйти в открытый космос (вторая космическая скорость, равная ~11 км/сек).

     Или другой пример. Ныне хорошо известны  блестящие практические достижения  генной инженерии. Достаточно перечислить получение с помощью ее методов таких жизненно важных  лекарств как  инсулин, интерферон; создание высокопродуктивных штаммов микроорганизмов для производства аминокислот, антибиотиков, ферментов, витаминов;  набирающую силу генную терапию и т.д.  Но ведь в 60-х годах. ХХ века было не ясно, даст ли вообще что-нибудь полезное молекулярная биология. И многие ученые сетовали на то, что на эту область исследований отпускается слишком много средств.  

     Таких примеров «отложенного» (используя терминологию квантовой физики, где говорят об "экспериментах с отложенным выбором") практического использования законов науки можно привести множество. Эта функция науки, несомненно, действует и сейчас. Эксперименты с космическими аппаратами, посылаемыми к другим планетам нашей Солнечной системы, многим представляются сейчас излишней роскошью. Но, возможно, они помогут человечеству постичь тайну происхождения жизни на Земле или расширить ареал существования человечества в космосе.

     Имея в виду возможность существования такой «отложенной» пользы, необходимо поддерживать и  финансировать все фундаментальные исследования, а не только те, которые представляются перспективными уже сейчас. Во-первых, потому, что  исключения тех или иных разработок из поля научных исследований может отрицательно сказаться на самой науке. Как утверждал один из творцов современной физики Энрико Ферми, "Опыт показывает, что до некоторой степени произвольный характер конструирования знаниевого поля, являющийся результатом полной свободы в выборе направления исследований отдельными учеными, является единственным гарантом того, что ни одно важное направление не будет упущено" (Цит. по [Полани 1969, 125]. И, во-вторых, любые запреты могут негативно сказаться именно в практической сфере, отрицательно влияя на качество жизни людей. Нельзя повторять ошибки противников генетики - Лысенко и Ко, третировавших генетические исследования на том основании, что они излишне теоретичны, оторваны от жизни, что биология должна непосредственно подключиться к решению продовольственной проблемы в стране, а не заниматься бесполезными манипулированиями  какими-то там генами  каких-то там мушек-дрозофил. В нашей стране генетика была запрещена. Но, как известно, именно она и помогает сейчас решать проблему голода в развивающихся странах путем (пусть пока и несовершенной) практики создания новых генетически измененных видов растений и животных, обладающих высокой продуктивностью и другими, полезными для человека свойствами. Так что вопрос о судьбе фундаментальных исследований должен быть столь же важным для нас, как и вопрос о судьбе современных технологий. 

2. Модель взаимоотношения  фундаментальных  наук и технологий   

     В связи с отмеченной выше тенденцией возрастания зависимости современных технологий от науки актуальным является вопрос о механизмах взаимодействия этих двух сфер исследовательской деятельности. Как уже отмечалось выше, существовавшая долгое время и считавшаяся правильной «линейная» модель их взаимодействия  (напомним, что ее суть в том, что фундаментальная наука выступает источником технологических новаций, а технология является приложением науки) в настоящее время подавляющим большинством исследователей считается неверной.

     Мне представляется, что она не столько не верна, сколь не универсальна. Мне уже приходилось приводить  убедительный пример в пользу такого утверждения. Его озвучил американский исследователь в области философии техники Э.Лейтон  в докладе, прочитанном в Москве в Институте философии РАН в 1989 г. Лейтон рассказал о так называемом проекте "Хиндсайт" ("Прицел"), реализованном в США. Перед участниками этого проекта была поставлена задача проанализировать, насколько оправданными являются затраты на фундаментальные исследования в разработке новейших типов вооружения. Работа длилась 8 лет, в течение которых 13 групп ученых и инженеров проанализировали около семисот технологических новаций в системе производства вооружений. Результаты исследований поразили общественность. Оказалось, что 91% новаций имели в качестве своего источника не науку, а предшествующую технологию и только 9 - достижения в сфере науки. Причем, из этих 9 лишь 0,3% можно было охарактеризовать как имеющие источник в области чистой, фундаментальной науки.

     Результаты проекта "Хиндсайт" ни в коей мере нельзя толковать в том духе, что фундаментальная наука не имеет отношения к приложениям и технологическим разработкам. Так же, как они не означают, что прикладные разработки не связаны с индустрией и технологией. Было показано только, что далеко не всегда именно фундаментальная наука является источником технологических новаций.  

     В этой связи вполне убедительно звучит высказывание других исследователей, согласно которому наука и технология  вообще являются двумя относительно независимыми потоками исследовательской деятельности [Гиббонс 1982, 112]. Наука имеет своим источником предшествующую науку; технология - предшествующую технологию. И лишь в особых ситуациях, в частности при возникновении нового направления в науке, происходит их интенсивное взаимодействие. В процессе этого взаимодействия они взаимно обогащаются; их традиционная причинная связь может переворачиваться: уже не наука питает технологию, а технология ставит перед наукой задачи и сама выступает источником развития науки; затем, когда основные проблемы решены, потребность в их взаимодействии уменьшается, и они вновь начинают развиваться относительно самостоятельно.