Фундаментальная наука и современные технологии

     Предложенная (назовем ее «двухпотоковая») модель, по крайней мере на макроуровне, представляется очень правдоподобной. Что касается линейной модели, то она действительно приложима далеко не всегда. Но многие исследователи убеждены, что она не просто не универсальна, а вообще неверна: вопреки ее сторонникам, фундаментальная наука не является источником технологических новаций. Как это не звучит парадоксально, в этой точке зрения есть определенный резон. Допустим, новацией является мост новой и необычной конструкции. Можно ли сказать, что источником этой новации являются законы фундаментальной науки - классической механики, в частности, законы упругости, трения, сопротивления материалов и т.д.? Если «да», то в каком смысле «источником»? Если это понимается так, что технологические инновации начинаются с фундаментальных исследований, то в данном случае  это явно не соответствует реальному положению дел: истоком новации в данном случае является проект моста, его модель. Ближе к истине оказывается такое истолкование: законы физики выступают основой рассматриваемой технологической новации в том смысле, что они используются при конструкции моста. Не являясь источником этого продукта технологии, фундаментальная наука непосредственно и опосредованно участвует в его создании.

     Вместе с тем, против точки зрения, согласно которой линейная модель вообще неверна, можно привести достаточно убедительные аргументы. Возьмем, например, взаимоотношение генетики (чистая наука) и генной инженерии (прикладное исследование). Источником почти всех достижений генной инженерии  -  производство генетически измененных видов растений и животных;  клонирование живых организмов; терапевтическое клонирование в медицине и т.п. - непосредственно являются такие достижения генетики  как расшифровка генетического кода, расшифровка генома человека и геномов других живых существ, сопровождающаяся картированием и секвенированием генов. Без знания, как устроена ДНК (а это опять-таки достижение чистой науки), не могла бы возникнуть даже идея создания методами генной инженерии таких необходимых человечеству лекарств, как интерферон, человеческий инсулин, гормон роста. Так что в области молекулярной биологии чистая наука может считаться источником технологических новаций.

     В некоторых случаях, не будучи источником, чистая наука выступает основой технологических достижений. Такая роль фундаментальной науки обычно выявляется ретроспективно. Яркий пример - атомные реакторы и атомные бомбы. Иногда высказывается мнение, что атомный проект явился приложением специальной теории относительности (СТО), и именно эта теория выступила источником упомянутых технологических изобретений. Такого мнения придерживался М. Полани, написавший прекрасную работу о взаимоотношении между академической и прикладной науками. Полани вспоминает, как однажды (это был январь 1945 г.), когда он и Бертран Рассел давали интервью на BBC, им был задан вопрос, какие возможные технологические применения  может иметь СТО. И ни он, ни Рассел не смогли указать ни на одно из таких приложений. «Прошло всего несколько месяцев, - пишет Полани, - и была взорвана первая атомная бомба, явившаяся наиболее драматическим приложением теории относительности: освобождение энергии при взрыве происходит согласно основному уравнению этой теории» [Полани 1961, 401-402]. Полани полагает, что причина случившегося казуса в том, что он и Рассел недостаточно поразмышляли над заданным вопросом. Но мне представляется,  что дело было в другом.  Высвобождение ядерной энергии, и ее использование не было приложением СТО, и источником создания бомбы была не СТО. К возможности получения атомной энергии вел целый ряд экспериментальных открытий и изобретений. Среди них - открытие и исследование закономерностей естественной радиоактивности (Анри Беккерель, Мария Кюри-Складовская, Пьер Кюри), затем -  искусственной радиоактивности (Ирен и Жолио Кюри), затем открытие деления тяжелых ядер (например,  ядер изотопов  урана) под действием столкновения с нейтронами (О.Ган и Ф.Штрассман, 1938 г.) и, наконец, обнаружившаяся  в процессе деления   возможность получения цепных реакций.

     Объяснить выделение ядерной энергии можно действительно только на основе СТО. Получение атомной энергии основывается на делении атомных ядер тяжелых элементов. Ядро делится на два осколка, представляющих собой элементы средней части периодической системы Менделеева. При этом испускаются два-три нейтрона. Нейтроны позволяют осуществиться цепной реакции, поскольку каждый из них может стать причиной распада  следующего ядра. При осуществлении цепной реакции  выделяется колоссальная энергия. Посчитать ее можно, основываясь на известном  уравнении СТО  Е=mc2. При делении ядра масса первоначального ядра оказывается больше суммы масс образовавшихся осколков. Возникает дефект массы, а так как согласно приведенной формуле энергия  эквивалентна массе, умноженной на квадрат скорости света (300000 км/сек),  выделяется огромная энергия. Но это основанное на СТО объяснение могло быть  дано уже задним числом. Что касается источника рассматриваемой технологической новации, то им была не СТО, а предшествующие научные открытия и изобретения.

     Таким образом, форма участия фундаментальной науки в получении технологических новаций может быть разная. Можно ли открыть некую универсальную модель взаимоотношения науки и технологии? Нужно признать, что философия науки пока не знает ответа на этот вопрос. Она все еще не отреагировала должным образом на этот эпистемологический  вызов современных технологий. Более того, этот вопрос и подниматься-то стал лишь в последние десятилетия. В отличие от социальных, политических и моральных проблем, связанных с современными технологиями, эпистемологическая проблематика (а взаимодействие фундаментальных наук и технологий как раз типичная эпистемологическая проблема)  оказалась разработанной явно недостаточно.

     В настоящее время вопрос об адекватной теоретической реконструкции  взаимодействия науки и технологии активно обсуждается. Предлагаются различные модели. Одна из них - «цепочечная» [Клайн...1986]. В отличие от линейной, она начинается не с законов фундаментальной науки, а с дизайна. Сам процесс инновации представляется как цепочка технологических усовершенствований, каждое звено которого связано с предыдущим петлей обратной связи. Наука не участвует в этой цепочке. Она привлекается как бы со стороны для решения возникающих в ходе технологических разработок проблем.

     Несмотря на свое правдоподобие, вряд ли и такая модель окажется приложимой ко всем случаям взаимодействия чистой и прикладной наук: ведь иногда верна и линейная модель. Возможно, единой теоретической реконструкции вообще не существует: разнообразие практик требует и определенного разнообразия моделей. В любом случае, какой бы ни была предложенная модель, неизбежен вопрос о механизмах применения фундаментальной науки в технологии. Например, в нанотехнологические разработки включаются такие фундаментальные дисциплины как квантовая физика, молекулярная биология, компьютерные науки, химия. Совокупность или, как полагают некоторые, конвергенция [Мета 2002] этих дисциплин способствует появлению новых технологий. Но как? Непосредственно законы фундаментальных наук к свойствам и параметрам предметов технологических разработок не применимы. Требуются процедуры идеализации, упрощения, аппроксимации, а также модификация фундаментальных законов посредством введения в них некоторых граничных условий. Но как верно отмечает Н.Картрайт, одна из первых в западной философии науки поднявшая этот вопрос, фундаментальные теории не дают рецептов, как осуществлять подобные процедуры по отношению к научным законам с тем, чтобы их можно было применять к конкретным явлениям: они не дают рецептов,  как работать со сложными физическими феноменами, возникающими в технологических разработках, когда целью исследования является не изучение отдельных явлений (как в экспериментальной деятельности чистой науки), а именно их взаимодействие, переплетение, когда именно оно нас и интересует [Картрайт 1976, 713- 714].

     В этой связи многими исследователями обращается внимание на первостепенную для этого взаимодействия роль моделей, как промежуточного звена между чистыми и прикладными исследованиями. В отечественной философии науки высказывается мнение, что в качестве такой обобщенной модели может выступать картина мира. В нанотехнологии, например, это нанонаучная картина мира, или, иначе, наноонтология [Горохов 2008]. В общем виде это предположение можно принять,  но оно,  как представляется, также нуждается в детализации. Естественно, в основе нанонауки лежит наноонтология, и представители всех фундаментальных дисциплин знают об этом и имеют это в виду, стремясь адаптировать физические, химические и т.д. законы к нанообъектам. Вопрос в том, как происходит этот процесс адаптации. Пока можно сделать только одно заключение: процесс приложения чистой науки оказывается весьма далеким от того, чтобы быть автоматическим и алгоритмизуемым; это глубоко творческий  процесс. И он требует дальнейшего изучения. 

3. О так называемой "прикладнизации" фундаментальных наук 

     Помимо утверждений о практической бесполезности чистых исследований в дискуссиях о статусе фундаментальной науки высказывается и другое мнение, не совпадающее по своему содержанию с первым. Речь идет о якобы усиливающейся "прикладнизации"  фундаментальной науки. Что означает этот тезис? Если речь идет о том, что в общем объеме научных исследований растет доля прикладных наук и технологических разработок, то он верен. Это просто констатация современного состояния дел в науке. Но часто в него вкладывают значительно более сильный смысл, понимая под "прикладнизацией" исчезновение различий между фундаментальными и прикладными исследованиями: фундаменртальная наука становится прикладной.

     Традиционно считалось, что фундаментальные и прикладные науки - это разные типы исследовательской деятельности. Они разнятся между собой по своим целям и ценностям. Фундаментальные науки нацелены на получение истинных знаний об объектах и процессах природы, как они существуют сами по себе, безотносительно к целям и ценностям человека. Прикладные науки решают другую задачу - использование этих знаний для изменения объектов и процессов в нужном для человека направлении. Обычно предполагается, что такие различия сохранились и в современной науке. Возьмем нанонауку. В Стэнфордской энциклопедии даются такие определения: "Нанонаука - это исследование  феноменов на масштабе от 1 до 100 нанометров...Нанотехнология - создание и контролирование объектов на этой же шкале с целью получения новых материалов со специфическими свойствами и функциями". Как видно, авторы энциклопедии не сомневаются в том, что нанонаука и нанотехнология - различные типы исследовательской деятельности.

     Многие авторы полагают, что в современных технологических разработках эти различия исчезают: в одних и тех же операциях, проводимых с помощью одного и того же оборудования  осуществляются и процессы изучения физических явлений, проявляющихся в новых технологических продуктах (фундаментальные исследования), и процесс их изменения (прикладные разработки). В качестве примера приводятся исследования на атомно-силовом микроскопе - АСМ.  С помощью атомно-силового микроскопа (дающего увеличение в 5000000 раз) можно не только увидеть отдельные атомы, но избирательно воздействовать на них, например, перемещая их по поверхностям.

     Такие исследования Стоукс назвал «пастеровскими», по имени великого микробиолога и химика Луи Пастера, в исследованиях которого осуществлялись одновременно  теоретические и прикладные разработки [Стоукс 1997]. Изменяя вещества и препараты, вмешиваясь в физиологические процессы живых существ, Пастер одновременно создавал теоретические объяснения методов и результатов изменений, внося, таким образом, вклад в фундаментальную науку. Стоукс выделил такие исследования в отдельный тип в ходе критики линейной модели взаимоотношения фундаментальных и прикладных наук. Графически линейная модель может быть представлена линией, началом которой являются  чистые исследования, а на другом конце размещаются прикладные исследования и разработки. Стоукс полагал, что эту модель следует модифицировать. Первую половину линии нужно повернуть на 900  так, чтобы она оказалась перпендикулярной основной линии. Тогда исследовательское поле разделится на четыре квадранта (квадрант - это четверть круга). В левом верхнем углу поместятся чистые исследования, не имеющие отношения к приложениям, например исследования атома Н.Бором (а также, добавим от себя, исследования в области теории квантовой гравитации, квантовой космологии, эволюционной теории и т.п.). В правом нижнем квадранте - прикладные и технологические разработки, типа  эдисоновских работ с электричеством, особо не претендующие на теоретическое объяснение. В правом верхнем квадранте расположатся исследования пастеровского типа, в которых, с точки зрения Стокса, чистые и фундаментальные исследования осуществляются одновременно. В нижнем левом квадранте могут находиться исследования таксономического типа (например, наблюдения за поведением птиц), где речь вообще не идет о взаимодействии  чистой и прикдадной науки.

     Модель «Квадрант Пастера» дает более адекватную картину взаимоотношений чистых и прикладных наук по сравнению с линейной моделью, поскольку в ней фиксируется присущее этим взаимоотношениям разнообразие. В ней присутствуют и чистые исследования, и прикладные разработки, и исследования, в которых  оба типа исследований соединяются в едином процессе, и исследования, вообще не имеющие отношения к рассматриваемой проблематике. Типичным примером пастеровского квадранта являются исследования в сфере нанотехнологий.

     Хотелось бы обратить внимание, однако, на то, что и в «пастеровском квадранте» речь не идет об исчезновении различий между чистыми и прикладными исследованиями. Они продолжают оставаться различными по целям и ценностям. В этом нет ничего удивительного: существует много примеров такого взаимодействия и в других сферах человеческой активности. Возьмем, например, преподавание. В процессе обучения  осуществляются одновременно (сливаются) два процесса: учитель обучает ученика, преобразуя и трансформируя его сознание (аналог прикладных исследований), и одновременно он совершенствует методику преподавания: в поисках ответа на вопросы ученика он уточняет формулировки, находит новые методы объяснения и доказательства, строит новые объяснительные модели. Но разве одновременность осуществления в одном акте снимает различия между двумя обозначенными процессами? Думается, что нет. У них разные адресаты, они отличаются по своим целям. Кроме того, содержание преподаваемого научного материала и уже существующая методика обучения предшествуют процессу обучения.  

     Или возьмем медицину. В процессе лечения, будь это хирургическая операция или медикаментозное лечение,  врач производит изменения  в организме пациента. Вместе с тем,  в ходе той же операции он может вносить вклад в развитие медицины (разработав новые методы лечения заболевания) или фармакологии (указав, например, на необходимость изменения дозировок использования того или иного лекарственного препарата, или сделав вывод о его бесполезности). В  некоторых нетипичных случаях изменения могут коснуться даже биологических теорий: обнаружив те или иные особенности в строении или функционировании организма пациента, врач может изменить существующие биологические представления. Излишне, по-видимому, говорить, что и фармакология, и биология остаются при этом фундаментальными дисциплинами, а медицинские операции - прикладными и технологическими. Причем и в данном случае изначально первые предшествуют вторым.

     Иногда задают вопрос: а зачем так уж стремится и в случае «пастеровских»  исследований дифференцировать фундаментальные исследования от прикладных? Разве не верно утверждение, что, скажем, нанотехнология - это технонаука, где осуществляется «симбиоз фундаментальных исследований, технической теории и инженерной деятельности»? [Горохов 2008]. Безусловно верно. Симбиоз, конечно, есть, но означает ли он исчезновение различий между всеми вовлекающимися в него компонентами? Холистская картина вуалирует особую роль фундаментальных наук в современных технологиях, и часто она-то и провоцирует заявления о «прикладнизации» фундаментальной науки и необходимости отказаться от ее независимого от прикладных финансирования.  Я полагаю, что вполне можно утверждать:  до тех пор, пока особая роль фундаментальной науки в современных технологиях не будет раскрыта и обоснована, все призывы поддерживать фундаментальную науку финансово могут остаться не услышанными.