«3 ПРОГРАММА СЕМИНАРА Суббота, 26 апреля 2014 г. 10:00–10:15 Открытие семинара: 10:15–11:45 Сессия: Мировая наука и будущее России МАЛИНЕЦКИЙ Георгий Геннадьевич, доктор физико-математических наук, заведующий отделом ...»

«Ничто так не способствует созданию будущего,

как смелые мечты.

Сегодня утопия, завтра — плоть и кровь»

Виктор Гюго

3

ПРОГРАММА СЕМИНАРА

Суббота, 26 апреля 2014 г.

10:00–10:15 Открытие семинара:

10:15–11:45 Сессия:

«Мировая наука и будущее России»

МАЛИНЕЦКИЙ Георгий Геннадьевич, доктор физико-математических наук, заведующий отделом моделирования нелинейных процессов Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, вице-президент Нанотехнологического общества России, вице-президент Клуба инновационного развития Института философии РАН, лауреат премии Ленинского комсомола (1985) и премии Правительства Российской Федерации в области образования 11:45–12:15 Кофе-пауза 12:15–13:45 Сессия:

«Мировая наука и будущее России»

МАЛИНЕЦКИЙ Георгий Геннадьевич, доктор физико-математических наук, заведующий отделом моделирования нелинейных процессов Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН, вице-президент Нанотехнологического общества России, вице-президент Клуба инновационного развития Института философии РАН, лауреат премии Ленинского комсомола (1985) и премии Правительства Российской Федерации в области образования 13:45–14:30 Обед 14:30-16:30 Сессия:

«Репрограммирование клеток: удастся ли обмануть природу?»

КИСЕЛЕВ Сергей Львович, доктор биологических наук, профессор лаборатории генетических основ клеточных технологий Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН.

16:30–17:00 Кофе-пауза 17:00-18:30 Практикум:

«Мировая наука и будущее России»

МАЛИНЕЦКИЙ Георгий Геннадьевич, доктор физико-математических наук, заведующий отделом моделирования нелинейных процессов Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН, вице-президент Нанотехнологического общества России, вице-президент Клуба инновационного развития Института философии РАН, лауреат премии Ленинского комсомола (1985) и премии Правительства Российской Федерации в области образования 18:30-19:00 Презентация групп по подготовке выпускных проектов 2013-2014 учебного года Воскресенье, 27 апреля 2014 г.

10:00–11:30 Сессия:

«Гении и научные открытия: взгляд сквозь века»

БАСОВСКАЯ Наталия Ивановна, доктор исторических наук, профессор, заведующая кафедрой всеобщей истории Историко-архивного института РГГУ, директор учебно-научного Центра визуальной антропологии и эгоистории.

11:30– 12:00 Кофе-пауза 12:00–13:30 Сессия:

«Гении и научные открытия: взгляд сквозь века»

БАСОВСКАЯ Наталия Ивановна, доктор исторических наук, профессор, заведующая кафедрой всеобщей истории Историко-архивного института РГГУ, директор учебно-научного Центра визуальной антропологии и эгоистории.

13:30– 14:15 Обед 14:15–15:45 Сессия:

«Поиски жизни на близких и далеких планетах»

СУРДИН Владимир Георгиевич, кандидат физико-математических наук, доцент физического факультета МГУ, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга (ГАИШ МГУ) 15:45– 16:15 Кофе-пауза 16:15–17:45 Сессия:

«Поиски внеземного разума»

СУРДИН Владимир Георгиевич, кандидат физико-математических наук, доцент физического факультета МГУ, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга 17:45– 18:00 Закрытие семинара

СОДЕРЖАНИЕ

С.П. Капица В.В. Иванов, Г.Г. Малинецкий Г.Г. Малинецкий И. Бетеров О выборе между моделями организации науки Д. Массер С. Файрштейн С.Л. Киселев Эмбриональные стволовые клетки человека Интервью с С. Киселевым Л.Дойл, У. Уэлш Интервью с В. Сурдиным Г. Рязанцев В. Сурдин К.Грэни, Д.Дэниелсон http://elementy.ru/lib/ Введение В основе исследования лежит количественное описание человечества как динамической системы. Ее рост и развитие обязано взаимодействию, охватывающему всех людей и возникшему с Именно развитым сознанием, языком и культурой мы появлением человека, одаренного сознанием.

Недаром еще Аристотель в начале своей «Метафизики» говорит, что «все люди от природы стремятся к знанию». Именно развитым сознанием, языком и культурой мы коренным образом отличаемся от животных, и потому нас в сто тысяч раз больше, чем соизмеримых с нами тварей: по существу этому вопросу и посвящены данные исследования процесса роста человечества.

Работа по данной проблематике привела к тому, что была предложена количественная модель нашего роста и развития. Однако тогда не было полной ясности, почему эта модель, математические средства которой очень просты, даже элементарны, оказалась столь содержательной и эффективной. Поэтому в данном очерке не только представлена модель роста человечества, но и показано, как полученные результаты поддерживаются представлениями антропологии и истории, как они соотносятся с выводами экономики и анализом устойчивости развития. Таким образом, изложение посвящено не столько выводу основных математических формул, сколько выяснению обстоятельств их соответствия действительности и представлениям других наук, в первую очередь общественных. Поэтому математическая часть дана в приложении.

Впервые к этому кругу вопросов обратился Томас Мальтус. Несмотря на то что юноша был студентом богословского факультета Кембриджского университета, он был хорошо образован математически.

При посещении его мемориального кабинета в Колледже Иисуса в Кембриджском университете я обратил внимание, какое место там занимали сочинения Леонарда Эйлера. Этот великий математик развил математический анализ в том виде, в каком мы его сейчас знаем, который и поныне служит надежным инструментом физиков и инженеров. Им вполне владел Мальтус: недаром он занял девятое место на математической олимпиаде университета в 1783 г. Хотелось поэтому надеяться, что и современные обществоведы будут в состоянии овладеть математикой на уровне, который продемонстрировал автор первой модели роста населения.

';

Подход и миропонимание Мальтуса непосредственно связаны с развитием классической механики в XVIII в. и отвечали механистической, ньютонианской методологии и взглядам эпохи Просвещения, а также представлениям физиократов, что сельское хозяйство и производство продуктов питания определяют развитие общества. Само же предположение Мальтуса о том, что экспоненциальный рост населения ограничивается ресурсами, оказало существенное влияние на всё последующее развитие подобных исследований.

Последним обращением к такому подходу стал первый доклад Римскому клубу «Пределы роста». В 1972 г., следуя идеям американского ученого Форрестера о математическом моделировании сложных систем, авторы этого доклада под руководством Денниса Медоуза, проанализировав обширную базу данных, сделали попытку описать текущее развитие человечества. В основе доклада лежало моделирование глобального процесса роста как суммы слагающих его составляющих. Так было привлечено внимание к глобальным проблемам, в чем состоит большая заслуга авторов первого доклада Римскому клубу. Однако их результаты, основанные на редукционизме при суммировании факторов роста, показали всю ограниченность линейных моделей и концепций ресурсного ограничения роста человечества. В этом отношении представляет интерес замечание американского экономиста Герберта Саймона:

Сорок лет опыта моделирования сложных систем на компьютерах, которые с каждым годом становились все больше и быстрее, научили, что грубая сила не поведет нас по царской тропе к пониманию таких систем... Тем самым моделирование потребует обращения к основным принципам, которые приведут нас к разрешению этого парадокса сложности.

Данная работа — ответ на этот вызов. Действительно, целостное описание человечества приводит нас к выводу, что социальные процессы развития непосредственно связаны с ростом населения. Однако это нелинейная связь, в которой нет простой причинно-следственной зависимости роста и развития.

Поэтому такой подход возможен только, если рассматривать все человечество как целое.

Так, большинство крупных современных историков — Фернан Бродель, Карл Ясперс, Иммануил Валлерштейн, Николай Конрад, Игорь Дьяконов — утверждали, что подлинное понимание развития человечества возможно только на глобальном уровне. В значительной мере ими был развит целостный взгляд на мировую историю, что стало существенным фактором для данных исследований, в которых с самого начала рассматривалось развитие всего человечества. Недаром академик Конрад в итоговом сборнике статей «Запад и Восток» (1972) писал:

Таким образом, имеющиеся у нас знания прошлого в соединении с тем, что нам открывает наша современная наука по отношению как к прошлому, так и к будущему, позволяют нам осмыслить ход исторической жизни человечества и тем самым наметить философскую концепцию истории. Сделать это можно, однако, только принимая во внимание историю всего человечества, а не какой-либо группы народов или стран...

Фактов, свидетельствующих, что история человечества есть история именно всего человечества, а не отдельных изолированных народов и стран, что понять исторический процесс можно, только обращаясь к истории человечества, таких фактов можно привести сколько угодно и во всех областях.

Вся история полна ими.

Немецкий историк и философ Карл Ясперс в книге «Смысл и назначение истории» (1948) первую часть «Мировая история» начинает словами:

По широте и глубине перемен во всей человеческой жизни нашей эпохе принадлежит решающее значение. Лишь история человечества в целом может дать масштаб для понимания того, что происходит в настоящее время.

Ясперс подробно аргументирует необходимость рассмотрения истории человечества как глобального процесса, когда все человечество в целом становится объектом исследования. Им выделяются единые процессы развития, которые охватывают весь мир. Однако историческая наука прошла долгий путь в познании общих закономерностей, которые определяют рост и развитие человечества. Надо отметить, что эти поиски были нелегкими, поскольку, как и в демографии, попыткам уловить общие закономерности мешала разрозненность фактов и обстоятельств в постоянно увеличивающемся множестве частностей. Недаром видный экономист Фридрих фон Хайек отмечал:

Деление исследований общества на специализированные дисциплины привело к тому, что все наиболее существенные вопросы пренебрежительно относились к маргиналиям неясной философии развития общества.

Приведенные взгляды историков стали существенным подтверждением идеи, что необходим подход к росту населения мира и развития человечества как к единому целому, как к развивающейся динамической системе. Однако такой взгляд традиционно отрицался в демографии, поскольку задачу демографии видели в том, чтобы в рамках отдельной страны или региона связать рост населения с конкретными социальными и экономическими условиями и на этой основе дать рекомендации по демографической политике. Именно это тормозило принятие глобального и феноменологического подхода и вытекающих из него выводов как для демографов, так и для обществоведов, концептуально повязанных границами стран.

Следует подчеркнуть, что феноменологический подход понимается нами так, как это принято в физике, а не в философии. Иными словами, мы обращаемся к общим принципам самоподобного развития, причинности, выраженной в статистических представлениях, и на этой основе строим теоретические модели. Поэтому мы и не обращаемся к так называемым элементарным явлениям, частично описывающим свойства составляющих систему компонент, суммируя которые можно представить целое. Опыт показывает, что даже для более простых, чем человечество, систем такой путь построения модели часто практически неосуществим.

Первый и наиболее успешный опыт феноменологического подхода был развит в термодинамике, когда газ рассматривался как система из многих взаимодействующих частиц. Благодаря столкновениям молекул, находящихся в термодинамическом равновесии, их состояние менялось медленно и обратимо. В этом случае можно ввести такие понятия, определяющие термодинамическое состояние системы, как температура и давление, а также обратиться к представлению об энергии и энтропии, не входя в детальное понимание свойств атомов или молекул, составляющих газ.

Только рассматривая все население мира как взаиразвития сложных систем — систем, далеких мосвязанную систему удалось описать развитие чеот равновесия, в которых происходят ловечества в целом.

новой основе. Даже для такой сложной системы, как человечество, он позволяет описать процессы роста и развития населения Земли. Только поднявшись на глобальный уровень анализа, переоценив масштаб проблемы, рассматривая уже все население мира как единый объект, как взаимосвязанную систему, удалось описать развитие человечества в целом. Более того, такое обобщенное понимание истории оказалось не только возможным, но и очень результативным. Именно с таких позиций можно не только описать наше прошлое, включая и самое далекое, но и понять глобальный демографический переход, который мы переживаем, и на этой основе предложить картину нашего развития в обозримом будущем.

Для этого надо было коренным образом Столь глубокой перестройки путем фазового перехоизменить метод исследования, точку зрения как да в новое состояние человечество никогда прежде в пространстве, так и во времени и не переживало.

рассматривать человечество с самого начала его появления как глобальную структуру. В этом случае причину роста следует искать не в сумме всех действующих факторов, а в том коллективном взаимодействии, которое охватывает все человечество и определяет его развитие. Более того, как выяснилось, развитие этой динамической системы не только нелинейное и необратимое, но и далекое от равновесия и в настоящее время завершается демографической революцией. Это фазовый переход в новое состояние именно в физическом смысле. За всю свою историю человечество никогда прежде не переживало такой глубокой перестройки системы, что и делает наше время столь уникальным.

Следует отметить, что этот вывод принимается с трудом. Недаром замечательный математик и физик академик Людвиг Фадеев при обсуждении доклада автора на Президиуме РАН проницательно заметил, что каждое поколение обычно убеждено в своей исключительности. Именно поэтому он обратил внимание на необходимость последовательного утверждения сделанного вывода. В значительной мере в этом и состоит задача автора. Вот почему мы обратимся к феноменологическому целостному описанию роста и будем рассматривать человечество как единую, сильно связанную систему, в которой действует управляющий развитием общий механизм, и таким образом поймем происходящее.

Тогда достигнутое понимание может стать основой действия.

Течение времени в истории неравномерно и зависит от самого развития.

Поэтому для его исследования мы обращаемся к методам, использующим коллективные взаимодействия для описания причинных связей в эволюции сложных систем. Под сложными системами мы понимаем системы, развитие которых зависит от числа связей между людьми на нашей планете, и сложность системы определяется не суммой числа людей, а квадратом численности населения мира. В этом состоит нелинейность процесса роста и невозможность обращения к простым причинно-следственным связям между ростом и развитием. При этом оказывается, что течение времени в истории неравномерно и зависит от самого развития. Сжатие исторического времени крайне обостряет темпы развития и придает особое значение всему, что происходит в эпоху демографической революции.

Таким образом, при интерпретации феноменологической теории роста населения нашей планеты необходимо использовать представления физики нелинейных явлений и неравновесных процессов, развитые уже в науке ХХ в., и с самого начала отбросить аддитивность и линейный подход. Отметим, что такая теория в принципе должна оперировать статистическими распределениями для переменных, но на первом этапе автор ограничился упрощенным подходом, вводя их средние значения. Обращаясь к идее сложности и взаимосвязанности системы, которой мы описываем развитие человечества, мы преследовали цель выяснить смысл сделанных выводов и определить пределы их применимости. В Этот существенный факт требует пояснения. Заметим, что именно эти животные в мифологическом сознании первобытных людей почитались как наши далекие предки. Однако между нами и ими нет промежуточных форм, которые в наивных образах могли бы объяснить происхождение и эволюцию человека, и человек как бы выпадает из животного мира. Именно такими соображениями руководствуются те, кто до сих пор так настойчиво предлагает неэволюционные пути Человек окружил себя домашними животными, копоявления человека, одаренного разумом. торые также умножили свою численность, далеко Эволюционно и биологически человек очень опередив диких собратьев.

близок к животному миру. Тем не менее ни один вид сопоставимых с человеком по биологии и питанию животных, чьи популяции занимают ограниченный ареал, а численность вида определяется динамическим равновесием с окружающей природой, никогда не развивался так стремительно, как человек. Подобный рост нашей численности совершенно необычаен и происходит прямо на наших глазах. Так, 75 лет тому назад меня в школе учили, что на Земле 2 млрд человек, а в настоящее время нас более 6,5 млрд. Именно это выделяет нас среди всего мира животных и делает таким особым наш вид, рост его численности и развитие. Более того, человек еще со времен неолита, 10 000 лет тому назад, окружил себя домашними животными, которые тоже умножили свою численность, далеко опередив своих диких собратьев. Так, число голов крупного рогатого скота в мире превышает два миллиарда, а его вклад климатически активных газов (таких как метан и углекислота) в атмосферу сравним с индустриальной деятельностью человека.

Именно разумом человек отличается от всего животучитываться, когда мы обращаемся к общим ного мира, и своим развитым сознанием он обязан стремительному росту своей численности.

хромосом, а представители разных рас могут скрещиваться между собой. Но именно разумом человек отличается от всего животного мира, и своим развитым сознанием он обязан стремительному росту своей численности. Более того, сжатие исторического времени крайне обостряет темпы развития и придает особое значение всему, что происходит в нашу эпоху. В исследовании этого процесса и сопутствующих явлений в значительной мере и состоит основная цель данной работы.

В заключение заметим, что помимо фундаментального значения таких работ для понимания развития человечества в целом подобные исследования глобальной истории необходимы и для осмысления судеб нашей страны. Благодаря географической протяженности, истории и разнообразию социальных и экономических условий Россия во многом воспроизводит глобальные процессы. Поэтому с учетом исторических масштабов этих проблем для нас существенно их понимание на уровне всего человечества, что дает возможность обратиться и к российским проблемам в критическую эпоху мировой и отечественной истории.

Таким образом, книга предлагает новое видение прошлого, количественный подход к антропологии и истории. В то же время эти представления затрагивают актуальные вопросы экономики, устойчивости развития и тем самым связаны с вопросами мировой безопасности. И это открывает путь для понимания того социально-экономического кризиса, который так внезапно пришел и теперь стремительно развивается в мире.

Ответ на центральный вопрос — чем человек обязан своему развитию, в результате которого его численность на пять порядков превосходит всех сравнимых с ним тварей, — как антропология, так и история связывают с сознанием человека. Однако для автора задача состоит в том, чтобы выразить этот вывод на языке математических моделей и физических теорий, которые опираются на основные представления, принятые в науках об обществе и экономике.

Для этого посмотрим, как за последние 4000 лет росла численность человечества (см. рис. 2).

Эту картину развития человечества мы представим на полулогарифмической сетке, где течение времени T показано на линейной шкале, а рост населения мира N — на логарифмической шкале, поскольку население за 4000 лет возросло в 100 раз.

На графике видно, как вблизи 2000 г. население мира внезапно устремляется в бесконечность демографического взрыва, который так озадачил демографов.

Поэтому для описания роста человечества рассмотрим три основных траектории развития (см. рис. 3).

Первым показан линейный рост А, где численность населения N растет пропорционально времени Т и скорость роста постоянна. График линейного роста лучше всего отображать на линейной сетке для времени и численности населения. При экспоненциальном росте В скорость уже пропорциональна самой численности населения и в этом случае появляется характерное для роста время. В математике обычно принято обращаться ко времени Те для экспоненциального роста системы в е раз, где е = 2,72 — основание натуральных логарифмов. Часто прибегают к более наглядному времени удвоения Т2 = 0,7Те, которое на 30% меньше Те. На полулогарифмической сетке экспоненциальный рост демографического взрыва, и это происходит в конечное время около 2000 г. Такой процесс отражает гиперболический график роста С. Эта закономерность, для которой также нет характерного времени роста, представляет для нас основной интерес, поскольку данные для населения мира за миллион лет с удивительной точностью описываются формулой:

где С = 200 млрд — постоянная с размерностью [человек годы], а время выражено в годах. Следует отметить, что указанный закон роста очевидным образом возникает при первых попытках описать данные по росту человечества. Поэтому неудивительно, что к нему приходили в разное время разные исследователи. Одним из первых был Маккендрик, на что автору указал Натан Кейфиц. Затем к этому выражению в 1960 г. обратились американский инженер Форстер и немецкий физик Хорнер.

Последний рассматривал возможность справиться со взрывным уходом численности населения на бесконечность путем распространения человечества на другие планеты Солнечной системы.

С Хорнером я впервые встретился на Международном конгрессе по астронавтике в Дрездене, где я выступал с пленарным докладом по глобальным проблемам, и он рассказал о своих идеях. Это заседание особенно запомнилось, так как оно проходило в дни объединения двух Германий в октябре 1991 г.

Заметим также, что к указанной закономерности обратился советский астрофизик И. С. Шкловский в 6-м посмертном издании замечательной книги «Вселенная, жизнь, разум». На основании этой модели он пришел к выводу, что рост определяется и ограничивается социальными и ресурсными, а не биологическими факторами. Эти работы показывают всю широту и сложность проблем, которые следуют из модели неограниченного роста.

Однако в демографии выражение (1), характеризующее гиперболический рост населения мира, никогда всерьез не рассматривалось по трем причинам.

Во-первых, в демографии было принято рассматривать население Земли просто как арифметическую сумму отдельных, не взаимодействующих популяций. Ведь задача демографии виделась в В демографии было принято рассматривать населеобъяснении роста в зависимости от конкретных ние Земли просто как арифметическую сумму попусоциальных и экономических условий, которые ляций отдельных стран.

невозможно сформулировать для всего населения мира и тем более связывать скорость роста с полным населением Земли. Во-вторых, выражение (1) обращается в бесконечность по мере приближения к 2025 г. и не имеет смысла за пределом этой даты. Наконец, это выражение приводит к трудностям и при оценках населения в далеком прошлом. Так, 20 млрд лет тому назад, при рождении Вселенной согласно представлениям космологии, должно было бы уже быть десять человек, несомненно, самих космологов, наблюдающих и обсуждающих возникновение Вселенной!

Тем не менее постоянство этого закона роста поразительно, и если исходить из известных нам оценок населения в прошлом, он соблюдается при увеличении населения земли в десятки тысяч раз. По существу так описывается развитие человечества со времени появления Homo habilis (человека умелого) полтора миллиона лет тому назад, однако должного внимания на это не обращали.

Численность человечества на тот момент представляет большой интерес, и потому я обратился к знаменитому французскому антропологу, профессору Коллеж де Франс Иву Коппену с вопросом:

сколько тогда жило людей? Его ответ был краток и точен: сто тысяч, т. е. столько же, сколько крупных животных, подобных человеку. Оценка основана на наблюдении, что в то время на востоке и юге Африки существовало порядка тысячи больших семей по сто человек в каждой.

Эта оценка не противоречит оценкам других авторов, касающихся этого существенного времени в истории человечества в эпоху антропогенеза. Первые открытия принадлежат английскому антропологу Лики. В дальнейшем крупный вклад был сделан французской экспедицией, которой руководил Коппен, исследовавший раннюю эпоху становления человечества. Именно тогда начался гиперболический рост численности населения нашей планеты. С тех пор эта численность увеличивалась прямо пропорционально квадрату населения мира вплоть до нашего времени, когда для гиперболического роста скорость обратно пропорциональна квадрату времени. Медленная в начале, по мере роста населения скорость все увеличивается и в итоге происходит быстрее, чем по экспоненте, устремляясь в бесконечность, в конечное время, равное Т1 = 2025 г.

Линейный и гиперболический процессы самоподоб- как единой динамической системы, мы ны, т. е. во все моменты времени относительный рост будем рассматривать выражение (1) не содержательное выражение. Оно описывает рост населения как самоподобный процесс, развивающийся по гиперболической траектории, поскольку функция роста (1) — однородная функция. Это свойство, открытое еще Эйлером, указывает на то, что в таких функциях нет характерного внутреннего масштаба. В частности, такой функцией является линейная функция.

Однако экспоненциальный рост таким свойством уже не обладает, поскольку он определяется внутренним параметром экспоненциального времени Те.

Однородные функции — линейная, или же гиперболическая, — описывают рост как самоподобный или автомодельный процесс, в котором во все моменты времени относительный рост неизменен. Только в выделенных точках особенностей, или сингулярностей, это самоподобие нарушается. В случае роста по гиперболе это происходит в далеком прошлом, когда население асимптотически приближается к нулю, либо в то критическое мгновение Т1, при котором N обращается в бесконечность в момент обострения. В этой сингулярности, при которой функция (1) стремится к бесконечности, состоит главная привлекательность этой формулы, поскольку именно тогда и происходит коренное изменение в развитии системы, связанное с демографическим переходом от стремительного роста к стабильному населению мира.

Мой доклад о росте населения Земли на семинаре Сергея Павловича Курдюмова стал настоящим откровением для меня и для коллектива Института прикладной математики им. М. В. Келдыша.

Действительно, в современной прикладной математике такие процессы с обострением, при которых одна или несколько моделируемых величин обращаются в бесконечность за конечный промежуток времени, представляют большой интерес. Поэтому Курдюмовым и его коллегами для проблематики режимов с обострением были созданы мощные математические методы, которые, в частности, служат и для обоснования представлений синергетики, развитой немецким физиком Хакеном. Это нашло отражение в обширных приложениях в теории взрывных процессов, ударных волн, в физике фазовых превращений, а также в описании неравновесных процессов развития систем в синергетике и химической кинетике. Эти понятия принадлежат физике сложных систем, и теперь они применяются к человечеству в целом, став основанием для новых количественных результатов и поучительных качественных аналогий.

Прежде чем мы обратимся к выводам, следующим из закона гиперболического роста, выясним смысл постоянной величины С, которая, как легко видеть, определяет население Земли за год до особенности. Таким образом, эта постоянная зависит от выбранной единицы времени, основанной на времени обращения Земли вокруг Солнца, которая никак не выражает природу человека. Однако, если в эту модель ввести собственную единицу времени, определяемую уже эффективной продолжительностью жизни человека, то это открывает путь к определению пределов применимости (1).

Это время = 45 близко к среднему возрасту человека, и в рамках модели оно возникает как полуширина глобального демографического перехода (см. рис. 5). Тогда при построении модели время следует выражать в масштабе = 45 лет, и вместо постоянной С целесообразно ввести константу.В отличие от постоянной С, имеющей размерность времени, К — это безразмерный большой параметр, число, которое определяет все соотношения, возникающие при построении модели роста. В дальнейшем мы увидим, что во всех выводах теории это число становится главной характеристикой той динамической системы, развитие которой мы рассматриваем.

Так, числом К ~ 105 определяется как начальная популяция Homo 1,6 млн лет тому назад, так и предел, к которому стремится население Земли, ~ К2 10 млрд, а продолжительность развития человечества оказывается порядка Т0 К ~ 3 млн лет.

Величиной порядка К определяется масштаб такой самодостаточной группы людей, как университетский город, наукоград или часть мегаполиса. Москва при населении ~ 10 млн разделена на 100 административных округов по 100 тыс. в каждом. При анализе флуктуаций оказывается, что К определяет первичный масштаб корреляций в популяции и численность структур при самоорганизации человечества. Так, малочисленными народами принято считать народы с численностью менее 50 000 тысяч.

Главный секрет гиперболического, взрывного пропорциональна не первой степени численности населения, как при экспоненциальном росте, отражающем способность каждого человека к размножению, а второй степени — квадрату численности населения мира. Это существенное свойство, которое непосредственно следует из того, что рост человечества описывается гиперболическим законом. Следует подчеркнуть, что изменение показателя степени от единицы для экспоненциального роста к двойке для гиперболического закона роста — это не уточнение ранее принятой модели, а появление качественно новой закономерности в описании роста популяции (в нашем случае — всего человечества).

Пример процессов с обострением — атомная бомба, в которой в результате разветвленной цепной реакподхода, который указывает на то, что в ции происходит ядерный взрыв.

взаимодействие аналогично взаимодействию Ван дер Ваальса в неидеальном газе, которое хорошо изучено в молекулярной физике, а также во многих других разделах физики. Процессы, зависящие от квадрата числа частиц, возникают при химических реакциях второго порядка в химической физике.

Такие процессы могут быть описаны на примере разветвленных цепных реакций, асимптотически приводящих к квадратичной зависимости скорости реакции от времени, рассмотренной Г. Б. Манелисом. В качестве примера таких процессов с обострением приведем атомную бомбу, в которой в результате разветвленной цепной реакции происходит ядерный взрыв. Квадратичный рост населения нашей планеты указывает на аналогичный и гораздо более медленный, но не менее драматичный процесс, когда информация в результате цепной реакции умножается на каждом этапе роста, определяя тем самым нарастающие темпы развития во всем мире.

Такое взаимодействие можно представить как сумму всех парных взаимодействий, возникающих между N людьми. В таких системах с сильной связью частиц возникают коллективные степени свободы, определяющие структуры, зависящие в неравновесных условиях от времени. В итоге именно это приводит к квадратичной связи скорости роста с развитием системы, которое выражается исходным уравнением:

где время dt = dT/ измерено в единицах = 45 годам. В этом нелинейном дифференциальном уравнении роста развитие выражено через квадрат полного числа людей на Земле в данный момент времени, отнесенного к квадрату константы K2.

Таким образом, это фундаментальное уравнение роста лежит в основе всех развитых далее представлений о коллективном взаимодействии и следующих из этого выводов.

индивидуальную способность человека к размножению, которая не зависит от остальных людей. Поэтому в невзаимодействующей популяции экспоненциальный рост не зависит от суммарного населения, и в принципе рост определяется временем удвоения. Однако согласно новому пониманию роста человечества рост происходит в результате коллективного механизма умножения нашей численности. Причины этого могут быть разными, однако мы увидим, как коллективный механизм делает их эффективными факторами роста в масштабе всего человечества.

В основе приближенных асимптотических методов лежит учет различия процессов роста разного вреприменения во времени в силу того, что это менного масштаба.

оказывающими в первом приближении существенного влияния. Этот прием широко используется в физике, поскольку на основании качественных рассуждений часто можно оценить, какими процессами можно пренебречь, и таким образом построить приближенную теорию. Более того, в физике практически все теории имеют такой характер, и в этом состоит глубокое различие между физикой и математикой. Представьте себе такой диалог между физиком и математиком:

Физик: Раз 5 5 = 25 и 6 6 =36, то, следовательно, 7 7 = 47!

Математик: Это совершенно неверно, так как можно строго доказать, что 7 7 = 49.

Физик: Наверное, это так. Но 7 7 = 47 почти верно, и для нашей задачи это уже годится.

Конечно, это карикатура, но в основе приближенных асимптотических методов, развитых для рассмотрения сложных систем в синергетике, лежит учет различия процессов роста разного временного масштаба. Применительно к человечеству это означает, что следует различать медленное глобальное развитие, сопоставимое с собственным масштабом времени прошлого, и быстрые процессы, связанные с конкретными историческими событиями, происходящими в масштабе, соизмеримом с жизнью человека, с временем = 45 годам. В исторических науках на это явление указывал Бродель:

Историки в последнее время стали выделять это различие в образах временных структур и связей.

Первые относятся к долговременным, вторые — к кратковременным сущностям.

Подчеркнем, что вековой процесс роста самоподобен, иными словами, на всех стадиях такого автомодельного процесса его природа не меняется и относительная скорость роста остается неизменной при постоянной логарифмической скорости:

что видно на графике, построенном на двойной логарифмической сетке, адекватной рассматриваемой задаче (см. рис. 9). На этом графике хорошо видно, как происходит смена режимов самоподобного роста и как преодолевается особенность роста при прохождении полюса при T1 = 1995 г. Вблизи другой особенности роста в прошлом окрестность полюса также выколота, когда в начале антропогенеза при T1 = 4,5 млн лет линейный рост начался с одного человека. Таким образом, рост определяет системное развитие, где движущим фактором самоподобного — автомодельного — развития оказываются связи глобального сетевого информационного сообщества, охватывающие все человечество эффективным информационным полем.

Автомодельность роста, или его самоподобие, представляет существенное понятие в динамике развития. В случае процессов, протекающих во времени, оно означает общую инвариантность характера движения. Поясним сказанное примерами, взятыми для наглядности из механики.

Простейший и важный пример — это движение по инерции. Так, Галилеем было открыто, что свободное от воздействия сил материальное тело движется по инерции с постоянной скоростью. В этом случае можно сказать, что движение самоподобно, поскольку во все моменты времени движение происходит одинаковым образом и только приложением внешней силы это движение может быть изменено.

Такое самоподобное движение происходит и тогда, когда действует постоянная внешняя сила, например сила тяжести при падении тела или сила натяжения веревки, удерживающей камень при его движении по кругу: такие движения тоже самоподобны. Однако если веревка внезапно оборвется, то камень полетит по инерции по прямой. На этом основан принцип действия пращи, когда один режим движения сменяется другим, тоже самоподобным, пока камень не ударится об стенку и внезапно не остановится. При этом важно иметь в виду, что указанные режимы реализуются в течение длительного времени, а их изменения могут происходить практически внезапно. По существу, подобные процессы наблюдаются при росте и развитии человечества, и потому такие примеры полезны как иллюстрация различных масштабов времени при развитии системы.

относительного роста дает ключ к пониманию фундаментального характера информационного механизма развития человечества. Поэтому, обращаясь к понятиям физики и языку математики, важно привести эти представления в соответствие с образами и понятиями историков и экономистов, с тем чтобы в междисциплинарном опыте сотрудничества их видение соотносилось с представлениями, лежащими в основе модели. Именно это позволило по-новому понять многие количественные особенности глобальной истории человечества. В частности, таким путем можно определить мгновенное значение экспоненциального роста в прошлом. Расчет показывает, что это характерное время равно возрасту события, отсчитываемому от момента демографического перехода.

Анализ гиперболического роста человечества, связывающий рост численности человечества с его развитием, позволил предложить кооперативный механизм развития, когда мерой развития является квадрат численности населения мира. Эта интерпретация развития привела к центральному предположению, что коллективное взаимодействие определяется механизмом распространения и размножения обобщенной информации в масштабе человечества, задающим его самоподобное развитие. Поэтому происхождение и природу квадратичного закона роста человечества следует объяснять передачей и размножением информации. При этом нет необходимости обращаться к тому или иному конкретному механизму, который приводит к росту численности. Это вытекает из последовательного феноменологического анализа гиперболического роста населения нашей планеты.

Итак, опираясь на статистические принципы физики, впервые удалось в элементарных выражениях описать динамически развитие человечества более чем за миллион лет — от возникновения человека, одаренного сознанием, до наступления демографического перехода и далее — в предвидимое будущее. После сингулярности — расходимости при T1 происходит падение скорости роста до нуля. За этим вскоре последует стабилизация населения мира до момента достижения значения N = 2N1 = 11,4 млрд, что равно удвоенному населению в момент перехода. Этот сценарий развития соответствует тому, к которому из эмпирического опыта и интуитивных соображений пришли демографы (см. рис. 7).

устойчивости гиперболического роста. Согласно синергетике, в результате нелинейной связи быстрые внутренние процессы стабилизируют медленное вековое гиперболическое развитие населения мира вплоть до самой демографической революции, когда рост уже не может поспеть за развитием. Так конкретные исторические явления, имеющие локальный и даже хаотический характер, стабилизируют глобальное развитие. В рассматриваемой модели этим интуитивным представлениям придан физический смысл, когда быстрые короткопериодные процессы стабилизируют медленное вековое движение квадратичного роста по гиперболе. Это происходит и тогда, когда быстрые процессы, процессы истории, сами неустойчивы.

Для пояснения сказанного обратимся к механическим аналогиям. Подобным образом происходит стабилизация оси волчка в пространстве от действия гироскопических сил при его быстром вращении.

Эти же силы при возмущении положения оси волчка приводят к медленному прецессионному движению вблизи положения динамического равновесия. Так же ведет себя маятник при быстрых колебаниях подвеса, стабилизирующих медленное движение самого маятника вблизи положения равновесия.

Хорошо известно, что умело закрученный плоский камень, брошенный под малым углом к поверхности пруда способен многократно отскакивать от воды, совершая прыжки на большое расстояние. В этом явлении мы видим, как быстрое вращение камня стабилизирует его в пространстве, несмотря на удары о поверхность воды. С другой стороны, мы видим, как в этих условиях преобразуется движение камня по инерции и образуется устойчивая периодическая серия укорачивающихся скачков, пока движение не затухнет и камень не утонет. В этой механической модели можно усмотреть поучительные аналогии с предложенной моделью развития населения Земли, когда внутренние процессы приводят к возникновению периодических циклов, которые определяют развитие и устойчивость этого процесса. Поэтому подобные примеры, взятые из механики, помогают понять развитие такой сложной системы, как человечество, в результате которого население Земли в среднем устойчиво следует по статистически детерминированному пути автомодельного, самоподобного роста, управляемого внутренней динамикой роста, сцепленного с развитием благодаря разуму.

Таким образом, рост и развитие человечества обязаны сознанию человека, его культуре и развитой системе передачи знаний как вертикально — из поколения в поколение, так и горизонтально — в пространстве нашей планеты, которое управляет этим глобальным процессом, каким бы ни был конкретный механизм роста. Поэтому, если разум выделяет человека среди всех других сопоставимых с нами видов животных, то именно в появлении разума следует искать ответ на эту загадку эволюции человека.

Его предлагают последние исследования, проведенные методами молекулярной биологии. Они показали, что, по-видимому, критическим событием стала мутация одного или двух генов HAR1 F, которые определяют организацию мозга на 5–9-й неделе развития эмбриона. Об этих исследованиях рассказывает руководитель международного проекта Кэтрин Поллард в статье «Что нас делает людьми?», опубликованной в журнале «В мире науки».

Рост численности человечества определяется внучто такое внезапное точечное изменение в тренними процессами его развития.

стало причиной развития социального сознания и культуры, приведшие к необычайному численному росту человечества. Вследствие этой мутации после длительной эпохи антропогенеза появились речь и язык, а человек овладел огнем и каменными орудиями. С тех пор биологическая природа человека изменилась мало, несмотря на стремительный процесс нашего социального развития. Поэтому понимание последнего столь значимо сегодня, когда выяснилось, что именно нелинейная динамика роста населения человечества, основанная на информационном коллективном механизме роста и подчиняющаяся собственным внутренним силам, определяет не только наше взрывное развитие, но и его предел.

Таким образом, на основе такого феноменологического подхода впервые удалось предложить теорию роста и количественно описать важнейшие явления развития человечества, как взаимодействующего сообщества. Это привело к понятию феноменологического принципа демографического императива, гласящего, что рост определяется внутренними процессами развития человечества, в отличие от популяционного принципа Мальтуса, согласно которому рост населения ограничен внешними ресурсами.

Это очень существенный вывод, имеющий далеко идущие последствия при определении путей развития человечества, когда не количественный рост, а его качественное развитие становится центральным фактором нашей социальной эволюции. Более того, отсюда вытекает существенный политический вывод:

борьба за ресурсы больше не может рассматриваться как главная цель развития.

Современный исторический опыт ряда развитых стран, в первую очередь севера Европы и Японии, указывает на справедливость этого заключения. Таким образом, рост, пропорциональный квадрату числа людей, не определяется развитием независимых единиц или даже групп людей и зависит только от коллективного взаимодействия всего человечества. Более того, в рамках такого подхода рост рассматривается как нелокальное поведение всего человечества, эволюционирующего как целое, как суперорганизм. Это можно описать понятием антропосферы, а система распространяющихся и развивающихся знаний осуществляется посредством того, что И. П. Павлов назвал второй сигнальной системой.

Эта концепция, выдвинутая Павловым еще в 1932 г., рассматривает как присущую только человеку систему условно-рефлекторных связей, которая определяет принципиальное различие в работе головного мозга животных и человека. Вторая сигнальная система формируется в высших отделах центральной нервной системы, работает на основе первой сигнальной системы и активизируется при воздействии в первую очередь речевых раздражителей. Если мозг животного отвечает лишь на непосредственные зрительные, звуковые и другие раздражения или их следы, когда возникающие ощущения составляют образ действительности, то человек обладает помимо того способностью обобщать словом бесчисленные сигналы первой сигнальной системы. При этом слово, по выражению Павлова, становится сигналом сигналов при переходе от слов к языку. Таким образом, первая и вторая сигнальные системы — различные уровни единой высшей нервной деятельности, когда в природе человека вторая сигнальная система играет ведущую роль. Анализ и синтез, осуществляемые корой больших полушарий головного мозга, благодаря наличию второй сигнальной системы связаны уже не только с отдельными конкретными раздражителями, но и их обобщениями, представленными в словах и понятиях.

Способность к обобщенному отражению явлений и предметов обеспечила человеку неограниченные возможности ориентации в окружающем мире и в конечном итоге позволила создать науку.

Формирование второй сигнальной системы происходит только под влиянием общения человека с другими людьми, т. е. определяется воспитанием и образованием, полученным в обществе. Для полноценного развития личности необходимо своевременное и правильное развитие обеих сигнальных систем. Это созвучно и представлениям В. И. Вернадского о ноосфере и нашло свое выражение в концепциях современного общества знаний, развитых во Всемирном докладе ЮНЕСКО.

В заключение заметим, что в прошлом связь между Западом и Востоком на Евразийском суперконтиненте осуществлялась торговыми путями, из которых важнейшим был Великий шелковый путь. По этой разветвленной сети не только перемещались товары и пряности, но распространялись знания, идеи и религиозные представления. В частности, из Индии через Хайберский проход пришел буддизм и двинулся на запад к Калмыкии, а на восток, северным путем, — в Монголию, Китай и Японию. Другая сеть караванных путей связывала страны и культуры Африки с Европой. В далеком прошлом шли эти процессы обмена и диффузии, в которых значительную роль играли переселения народов, происходившие и под влиянием изменений климата. Так развивалось информационное единство человечества, на что указывают и взаимовлияние культур и языков мира.

Для понимания развития человечества рассмотрим в первую очередь пределы области режима самоподобного роста, ограниченного двумя главными особенностями. Во-первых, в далеком прошлом рост оказывается слишком медленным. Поэтому, чтобы исключить эту особенность роста из рассмотрения, когда время делается бесконечно долгим, а население все медленнее стремится к нулю, следует предположить, что в эпоху антропогенеза минимальная скорость роста не может быть меньше появления одного гоминида за характерное время. Этого простого предположения достаточно для того, чтобы ввести минимальную скорость роста и описывать процессы антропогенеза как линейный рост популяции людей, одаренных разумом. Даже такая наивная гипотеза оказывается результативной и приводит к разумной оценке длительности той далекой от нас эпохи. Более того, выясняется, что можно принять микроскопическое время, равное = 45 годам, одинаковым как в прошлом, так и в настоящем времени, что указывает на постоянство этой константы, определяемой природой человека от его появления вплоть до времени демографического перехода.

Демографический переход состоит в смене режима роста режимом стабилизации населения.

45 лет как длительности эффективной репродуктивной жизни человека. Ввиду невозможности дальнейшего продолжения самоподобного роста во время демографического взрыва в режиме с обострением рост завершается демографическим переходом при резком изменении всего хода нашего развития. Таким образом, демографический переход состоит в смене режима роста режимом стабилизации населения.

Это важнейшее явление в развитии населения страны впервые было открыто и сформулировано французским демографом Адольфом Ландри применительно к населению Франции:

В XVIII в. Франция пережила не только свою великую политическую революцию, которая совершилась в 1789 г., но и демографическую революцию. Политическая революция от мечена такими яркими событиями, как штурм Бастилии или уничтожение привилегий; в течение нескольких лет многое не обратимо изменилось и сменило существующий порядок.

Но ничего столь же сенсационного, что отметило бы наступление другой революции, не произошло. Ее развитие было незаметным и относительно медленным. Тем не менее она в не меньшей степени является революцией, поскольку тогда, когда происходит изменение режима, революция и происходит. Это верно в демографии, как и любой другой области. Внезапность изменений не является обязательной. Действительно, говоря о демографической революции, при которой происходит смена неограниченного воспроизводства на ограниченное, есть все основания придерживаться данного определения без каких-либо добавлений.

Для населения мира переход показан на рис. 5, а для отдельных стран — на рис. 6. Если демографы исследовали этот феномен в масштабе страны и определяли его как переход, то мы обратимся к переходу как глобальному событию и, согласно определению Ландри, как к глобальной демографической революции.

На этих рисунках видно, что суммарный глобальный демографический переход происходит практически одновременно во всем мире, несмотря на разницу в истории и экономике стран, из которых состоит человечество. Действительно, переход в так называемых развитых странах протекает медленнее и только на 50 лет опережает переход для всего населения Земли. Эта синхронность и эффективное сужение перехода, несомненно, являются мощным свидетельством глобальной системности процессов роста народонаселения на Земле, обострившихся в эпоху демографической революции. Это дает новое объяснение и понимание процессу глобализации, который так теперь привлекает внимание современников, потому что происходит за время порядка.

Однако человечество в масштабе своего векового и самоподобного развития в целом всегда было глобальной системой.

Таким образом, речь идет о новом подходе к пониманию всего хода глобальной истории человечества, неизменного в течение 1,6 млн лет — от возникновения человечества до современного кризиса в его развитии. До самого демографического перехода этот рост был динамически самоподобным и протекал так, что относительная — логарифмическая скорость роста была постоянной и тем самым характеризовала усредненное развитие всей популяции людей — всего человечества. Результатом этого развития стала демографическая революция, при которой произошли резкое изменение всего векового развития человечества и его взрыв в наше время.

Демографическая революция и переход к несомненно, самое крупное за всю историю потрясение в развитии человечества. При этом изменения коснутся всех сторон нашей жизни, а мы волей случая стали свидетелями этого величайшего переворота. Поэтому всесторонний анализ должен быть в центре внимания всех людей, и никакие события — ни эпидемии или войны, ни даже изменения климата — несоизмеримы с теми, которые ныне разворачиваются. Эти события отвечают современным представлениям о роли разума и сознания человека, которые лежат в основе теории роста, как модели коллективного поведения системы народонаселения Земли.

В итоге приведенное выше описание глобальной истории человечества позволяет разбить ее на три эпохи. Первая эпоха А — это эпоха антропогенеза длительностью 4–5 млн лет. Она привела к появлению исходной популяции Homo с численностью порядка ста тысяч. В результате начинается эпоха В — взрывного развития по гиперболической траектории и благодаря квадратичному росту достигается предел ~ K2, а человечество в это время расселяется по всей Земле. Затем, после демографической революции и стремительного наступления эпохи С, следует ожидать быстрого перехода к стабилизации населения нашей планеты.

Для каждой из этих эпох рост описывается асимптотически: линейное в начале, гиперболическое в течение эпохи В и постоянное при выходе из демографического перехода. При завершении демографической революции население Земли достигнет ~ 11 млрд, после чего следует ожидать стабилизации населения нашей планеты. Естественно, что это глобальное расписание нашего прошлого только в общих чертах описывает рост человечества, которое тем не менее при минимальном числе констант в модели, дает вполне приемлемую картину нашего роста и развития.

Однако важно отметить, что в представленной картине не отражены процессы, связанные с динамикой расселения людей, ресурсов и всего, что связано с экономикой, с системой жизнеобеспечения человека. Их отсутствие в данной модели требует пояснения, поскольку многие авторы именно эти факторы считали основными, определяющими рост и развитие человечества. Но если мы обратимся к динамике роста человечества, то увидим, что экономика, по существу, является производной от роста и развития, системно связанных между собой, а не их причиной, и поэтому в первом приближении пространственные переменные и ресурсы не должны учитываться.

http://www.dynacon.ru/content/articles/1988/

«МИРОВАЯ НАУКА И БУДУЩЕЕ РОССИИ»

(аналитический доклад В. В. Иванова и Г. Г. Малинецкого Изборскому клубу)

ПРЕАМБУЛА

В настоящее время проблемы развития науки находятся в центре общественного внимания. Острую дискуссию в обществе[1] вызвало обсуждение в Государственной думе законопроекта «О Российской академии наук, реорганизации государственных академий наук и внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», подготовленного Правительством РФ[2], который призван сформировать новый облик российской науки и определить судьбу фундаментальных исследований на десятилетия вперёд.

Экономика и предпринимательство определяют сегодняшний день общества и государства;

технологии и уровень образования – завтрашний (5-10 лет). Фундаментальная наука и инновационная активность – послезавтрашний (10 лет и далее). Говоря о сегодняшних проблемах отечественной науки, мы обсуждаем и планируем будущее России.

В настоящее время сложились два подхода к определению места науки в современном обществе. Либо наука представляет собой существенную часть «мозга общества», решает важные для страны проблемы, позволяющие изменить к лучшему её перспективы и место в мире, расширить коридор возможностей. В этом случае перед российской наукой со стороны государства и общества нужно ставить масштабные задачи и добиваться их выполнения. Либо наука является частью «джентльменского набора» «приличных стран», которым необходимо подражать в основном из-за соображений престижа, тогда начинается борьба за цитируемость, места в рейтингах, приглашения зарубежных учёных, которые должны научить нас «как надо работать», а основной целью провозглашается интеграция отечественной науки в мировое научное пространство.

Важнейшая метафора в этой проблеме – цикл воспроизводства инноваций[3] (рис.1).

Для исследователя наука является целью и смыслом деятельности. Для общества – это средство, позволяющее обеспечить его благополучную, безопасную жизнь и достаток сейчас и в обозримой перспективе. В ответ на вызовы, с которыми сталкивается общество, оно, опираясь на науку, добытое знание, создаёт новые товары и услуги (результат внедрения изобретений, нововведений, которые сейчас часто называют инновациями), порождает новые организационные стратегии, цели, меняет мировоззрение и идеологию.

Необходимость делать это быстро и масштабно привела во второй половине XX века к созданию национальных инновационных систем (НИС), которые в простейшем виде могут быть представлены так, как на рис. 2.

Сначала осмысливается область наших знаний и технологий, угрозы, вызовы и возможности, которые может дать исследование неведомого. Это очень важный процесс, требующий диалога и взаимопонимания между властью, учёными и обществом.

Затем проводятся фундаментальные исследования, цель которых – получение нового знания о природе, человеке и обществе. Трудность планирования таких работ связана с тем, что зачастую неясно, каких усилий и какого времени потребует следующий шаг в неведомое. Параллельно с этим готовятся специалисты, ориентированные на получение и использование нового знания. Условно будем считать, что блок фундаментальной науки и образования обходится в 1 рубль.

Рис. 1. Цикл воспроизводства инноваций Затем полученное знание в ходе научно-исследовательских работ (НИР) воплощается в изобретения, действующие образцы, новые стратегии и возможности. Этим занимается прикладная наука, которая обходится около 10 рублей. Именно в этом секторе и делается около 75% всех изобретений.

После этого в результате опытно-конструкторских разработок (ОКР) создаются на основе результатов прикладных исследований технологии производства товаров, услуг, изделий, дающих новые возможности обществу и государству. Эти товары и услуги выводятся на национальные или мировые рынки крупными государственными или частными высокотехнологичными компаниями. Стоит это около 100 рублей.

Далее созданное реализуется на рынке или используется во благо общества другим способом. Часть полученных при этом средств затем вкладывается в фундаментальные и прикладные исследования, в систему образования и опытно-конструкторские разработки. Круг замыкается.

Описанный круг воспроизводства инноваций, являющийся ядром национальной инновационной системы, можно сравнить с автомобилем. Систему целеполагания и выбора приоритетов можно сопоставить с ветровым стеклом. (В России она отсутствует – в правительственных документах называется слишком много приоритетов. На них просто нет ресурсов.) В машине имеется руль. В стране должны осуществляться координация усилий, ресурсов, анализ полученных результатов и выработка на этой основе управленческих воздействий. В СССР эту функцию исполнял Государственный комитет по науке и технике при Совете Министров. В РФ подобной структуры нет – около 80 ведомств могут заказывать исследования за счёт федерального бюджета, никоим образом не координируя свои планы и не сводя воедино полученные результаты… Фундаментальная наука и система образования выполняют скорее роль навигатора, показывающего карту возможностей общества. По счастью, они пока сохранились.

Прикладные исследования играют роль мотора. Они были почти полностью уничтожены в самом начале 1990-х годов правительством Ельцина–Гайдара. Последний вошёл в историю крылатой фразой о том, что «наука подождёт». В последние 20 лет гайдаровская стратегия и была по большей части реализована. Российская наука всё ещё «ждёт»!

Роль «колёс» играют крупные высокотехнологичные компании. Их в России практически нет.

Проблема в том, что для движения «инновационного автомобиля» нужны все составные части.

Попытки несистемных действий к позитивным результатам не приводят. Сколько ни реформируй «навигатор», без двигателя и колёс машина не поедет. Если не использовать руль, то получается растрата научного бюджета России в особо крупных размерах. Если игнорировать фундаментальную науку и заказчиков, способных вывести результаты прикладных разработок на российский и мировой рынок, то двигатель будет работать вхолостую. Истории «Роснано» и «Сколково» это подтверждают.

Системный характер развития науки и технологий проявляется и в том, что они оказываются очень тесно связаны с другими сферами жизнедеятельности, поэтому приходится говорить о синтезе усилий в разных сферах, о политике инновационного развития (ПИР) см. рис. 3.

Последняя представляет собой совокупность политики социального развития, научной, образовательной и промышленной политики, опирающихся на имеющиеся ресурсы и в максимальной степени использующих конкретные конкурентные преимущества государства – людские, географические, финансовые, энергетические и иные ресурсы. Эти ресурсы направляются на развитие науки, образования, наукоёмкого производства. В результате этого создаются новые технологии и виды продукции, позволяющие обеспечить темпы роста качества жизни и устойчивость социально-экономического развития на уровне ведущих стран мира в этой области[4].

О результатах развития науки и технологий позволяет судить число людей на Земле и средняя продолжительность жизни. И с этой точки зрения достижения человечества грандиозны.

Число людей на планете растёт стремительно: каждую секунду в мире рождается 21 и умирают человек. Ежедневно население Земли увеличивается на 250 тысяч человек, и практически весь этот прирост приходится на развивающиеся страны. За год нас становится больше приблизительно на миллионов человек. Рост населения мира требует возрастающего как минимум в том же темпе производства пищи и энергии, добычи полезных ископаемых, что приводит к возрастающему давлению на биосферу планеты[5].

Однако еще более, чем абсолютные цифры, впечатляют глобальные демографические тенденции.

Священник, математик и экономист Томас Мальтус (1766-1834) в конце XVIII века выдвинул теорию роста народонаселения. В соответствии с ней число людей в разных странах увеличивается в одинаковое число раз за равные промежутки времени (то есть в геометрической прогрессии), а количество продовольствия увеличивается на одинаковую величину (то есть в арифметической прогрессии). Это несоответствие, по мысли Т. Мальтуса, должно приводить к опустошительным войнам, уменьшающим число людей и возвращающим систему к равновесию.

В условиях избытка ресурсов численность всех видов: от амёб до слонов, — растёт, как и предполагал Мальтус, в геометрической прогрессии. Единственным исключением является человек. Численность нашей популяции в течение последних 200 тысяч лет росла по гораздо более быстрому (так называемому гиперболическому) закону – красная кривая на рис. 4. Этот закон таков, что если бы тенденции, сложившиеся в течение сотен тысяч лет сохранились, то нас стало бы бесконечно много при tf = 2025 год (в теории, которая рассматривает такие сверхбыстрые процессы, эту дату называют моментом обострения, или точкой сингулярности).

Что же выделило человека из множества других видов? Это способность создавать, совершенствовать и передавать технологии. Выдающийся польский фантаст и футуролог Станислав Лем определил их как «обусловленные состоянием знаний и общественной эффективностью способы достижения целей, поставленных обществом, в том числе и таких, которые никто, приступая к делу, не имел в виду»[6].

В отличие от всех других видов мы научились передавать жизнесберегающие технологии в пространстве (из одного региона в другой) и во времени (от одного поколения другому), и это позволяло нам расширять в течение сотен веков свой ареал обитания и экологическую нишу.

Технику, техносферу (от греч. techne – искусство, мастерство) мы все чаще рассматриваем как созданную нами искусственно «вторую природу». В конце XVIII века выдающийся французский математик Г. Монж объединил технические и теоретические знания (полученные в результате фундаментальных исследований) в высшем образовании и деятельности инженеров, заложив тем самым основы современной инженерии.

Скорость роста численности людей на планете в течение сотен тысяч лет росла по одному и тому же закону. И удивительно быстро, на времени жизни одного поколения, эта тенденция «ломается» – скорость роста народонаселения в мире в целом резко уменьшается (синяя кривая на рис. 4). Это составляет главное содержание переживаемой эпохи. Такого крутого поворота в истории человечества ещё не было.

Какое будущее ждёт человечество? Ответ на этот вопрос дают модели мировой динамики. Первая такая модель, связывающая численность человечества, основные фонды, имеющиеся ресурсы, уровень загрязнённости, площадь сельскохозяйственных угодий, была построена американским ученым Дж. Форрестером в 1971 году по заказу Римского клуба[7], объединяющего ряд политиков и предпринимателей. Предполагалось, что взаимосвязи между исследуемыми величинами будут такими же, как в период с 1900 по 1970 год. Компьютерные исследования построенной модели позволили дать прогноз на XXI век. В соответствии с ним мировую экономику ожидает коллапс к 2050 году.

Упрощая ситуацию, можно сказать, что замыкается петля отрицательной обратной связи: исчерпание ресурсов – понижение эффективности производства – уменьшение доли ресурсов, направляемых на охрану и восстановление окружающей среды, – ухудшение здоровья населения – деградация и упрощение используемых технологий – дальнейшее исчерпание ресурсов, которые начинают использоваться с ещё меньшей отдачей.

Позже сотрудником Дж. Форрестера Д. Медоузом и его коллегами был построен ряд более подробных моделей мировой динамики, подтвердивших сделанные выводы. Через 30 лет, в 2002 году, результаты прогнозов детально сравнивались с реальностью – соответствие оказалось очень хорошим[8]. С одной стороны, это означает, что модель верно отражает главные факторы и взаимосвязи, с другой – что радикальных технологических сдвигов, которые бы позволили человечеству свернуть с опасной неустойчивой траектории, не произошло.

Если в 1970-х годах выводы, сделанные учёными, представлялись неожиданными, то сейчас они кажутся очевидными.

За год человечество добывает объём углеводородов, на создание которого у природы уходило более миллиона лет. Каждая третья тонна нефти сегодня добывается на морском или океанском шельфе вплоть до глубины 2 км. В 1980-х годах был пройден важный рубеж – ежегодный объём добываемой нефти превысил ежегодный прирост разведанных геологами запасов (см. рис. 5).

Если весь мир захочет жить по стандартам Калифорнии, то одних полезных ископаемых на Земле хватит на 2,5, других – на 4 года… Край совсем близко.

В чём же дело? В неэффективном социально-экономическом укладе. Стремительное развитие науки и технологий породило иллюзию неограниченных возможностей, шансов на построение «общества потребления», неоправданные ожидания общества на лёгкое решение трудных социальноэкономических проблем с помощью знания и технологий.

В 2002 году американский исследователь Матис Вакернагель предложил ряд методик оценки понятия экологического следа – земельной территории, необходимой для получения нужного количества ресурсов (зерна, продовольствия, рыбы и т.д.) и «переработки» выбросов, производимых мировым сообществом (сам термин был введен Уильямом Ризом в 1992 году). Сравнив полученные значения с территориями, доступными на планете, он показал, что человечество уже расходует на 20% больше, чем допускает уровень самоподдержания (см рис. 6).

В недавно вышедшей книге Эрнста Ульриха фон Вайцзеккера, Карлсона Харгроуза, Майкла Смита «Фактор 5. Формула устойчивого роста» доказывается, что если страны БРИКС (Бразилия, Россия, Индия, Китай, Южная Африка) будут потреблять так же, как США, то человечеству потребуется пять таких планет, как наша. Но Земля у нас одна… Есть ли выход? Да, и выход этот был найден группой исследователей из Института прикладной математики АН СССР (ныне ИПМ им М.В Келдыша РАН) под руководством профессора В.А.

Егорова в 1973 году.

Исследуя модели мировой динамики, учёные показали, что это возможно. Необходимое условие для того, чтобы не оставить потомкам огромную свалку или пустыню, – создание в мире двух гигантских отраслей промышленности. Первая занимается переработкой созданных и создаваемых отходов с целью их многократного использования. Вторая приводит в порядок планету и занимается рекультивацией земель, выведенных из хозяйственного оборота. Недавно построенная академиком В.А. Садовничим и иностранным членом РАН А.А. Акаевым модель показывает, что при благоприятном сценарии человечеству после 2050 года придётся тратить более четверти валового глобального продукта на сохранение окружающей среды.

Человечество стремительно идёт к технологическому кризису. Перед наукой и техникой ещё никогда не стояло таких масштабных и срочных задач.

В течение ближайших 15-20 лет учёным необходимо найти новый набор жизнеобеспечивающих технологий (включая производство энергии, продовольствия, рециклинга отходов, строительства, здравоохранения, охраны окружающей среды, управления, мониторинга и планирования, согласования интересов и многих других). Современные технологии обеспечивают нынешний уровень жизни для человечества в лучшем случае в течение ближайших десятилетий. Нам придётся обратиться к возобновляемым ресурсам, к новым источникам развития и создать технологии, которые позволяют развиваться хотя бы в течение веков. Сравнимого вызова перед наукой ещё не было.

Научные и технологические перспективы первой половины XXI века Единственное, чему научила меня моя долгая жизнь: что вся наша наука перед лицом реальности выглядит примитивно и по-детски наивно – и всё же это самое ценное, что у нас есть.

А. Эйнштейн В этом пункте следует разделить технологии и связанные с ними прикладные исследования и фундаментальную науку.

Сложность динамики общества связана с тем, что в его развитии существенную роль играют процессы, разворачивающиеся на разных характерных временах. На глобальные демографические перемены, о которых речь шла выше, накладываются циклы технологического обновления. В начале XX века выдающийся экономист Николай Дмитриевич Кондратьев показал, что хозяйство странлидеров развивается длинными волнами продолжительностью 45-50 лет. На основе развитой теории была предсказана Великая депрессия 1929 года, сыгравшая огромную роль в истории XX века.

Развивая эти идеи, академики Д.С. Львов и С.Ю. Глазьев разработали теорию глобальных технологических укладов (ГТУ), дающую новый взгляд на макроэкономику и долгосрочное прогнозирование технологического развития.

При переходе между укладами ключевую роль играют некоторые изобретатели, меняющие облик экономики, а с ней и мира в целом, а также научные достижения, сделавшие эти нововведения возможными. При переходе от первого ко второму укладу — это паровой двигатель и термодинамика, от второго к третьему – электродвигатель и электродинамика, от третьего к четвёртому – атомная энергия и ядерная физика, от четвёртого к пятому – компьютеры и квантовая механика.

Происходящая в настоящее время смена общественно-экономических формаций кардинально меняет и структуру перспективного технологического уклада. Его основу составят фундаментальные исследования, а ядро – технологические секторы, представляющие собой совокупность технологий, ориентированных на приоритеты социально-экономического развития России и базирующихся на результатах фундаментальных исследований (рис. 7).

Заметим, что и ключевое изобретение, и основополагающая научная теория для данного технологического уклада создаётся в ходе развития предыдущего, иногда за 50 лет до того, как они меняют мир.

Ещё Н.Д. Кондратьев считал, что именно переходы между укладами являются причинами финансовоэкономических кризисов, войн и революций. Это и есть одна из тех неравномерностей в развитии мировой системы, о которых писали классики марксизма. В самом деле, переход к следующему укладу – это пересдача карт Истории – возможность создать и захватить новые рынки, разработать новые типы оружия, изменить облик войны и конкуренции. И, конечно, геополитические субъекты не упускают шанс поучаствовать в этой «гонке нововведений».

Где же находится мир сейчас? В кризисе, на пути в новый технологический уклад.

Локомотивными отраслями последнего, вокруг которых будет строиться вся остальная промышленность, могут статьбиотехнологии, нанотехнологии, новое природопользование, новая медицина, робототехника, высокие гуманитарные технологии (позволяющие коллективов), полномасштабные технологии виртуальной реальности.

выполняют роль ориентиров, точек сборки, усилий многих и организаций. На их основе предприниматели судят о запросах государства, чиновники — о приоритетах развития, военные и инженеры — о будущих возможностях, университеты — о потребностях специалистов. Пример одного из обобщённых прогнозов, составленного несколько лет назад, представлен на рис. 8[9]. Разумеется, это не значит, что перечисленные достижения будут получены именно в эти сроки, однако в будущее легче двигаться, имея подобный компас, чем без него. К сожалению, сейчас в России подобная работа всерьёз ведётся только отдельными энтузиастами.

2010- Гибридная электростанция на основе топливных элементов и газовых Около 2018-го Практические методики квантового шифрования Ближе к 2020-му Автомобили без управления человеком 2020е Квантовые компьютеры Лечение онкологических заболеваний 2030-е Около 2025-го Эффективные технологии опреснения воды 2025-2027-е Массовая коммерческая эксплуатация поездов на магнитной подушке 2030Ближе к 2030-му Гиперзвуковой самолёт 2040-е 2030-й Достижения положительной энергии на термоядерных установках Ближе к 2040-му Средняя продолжительность жизни больше 120 лет Кроме того, развитие науки и технологий не только прогнозируют в странах-лидерах, его планируют и направляют. Яркий пример – Национальная нано-технологическая инициатива, обоснованная более чем 150 экспертами и доложенная Конгрессу США нобелевским лауреатом Ричардом Смолли (одним из авторов открытия фуллерена С60).

Эта инициатива была выдвинута президентом Б. Клинтоном и одобрена конгрессом в 2000 г[10]. К сожалению, уровень проработки, организация и полученные результаты реализации аналогичной инициативы в России разительным образом отличаются от полученных в США и ряде других стран[11].

Будучи реалистами, мы можем предположить возможность прорывов именно в тех областях мирового технологического пространства, где наиболее велики заделы и очень быстро происходят изменения.

Таких сфер три.

В 1960-е годы один из основателей фирмы Intel Гордон Мур обратил внимание на следующую закономерность в развитии вычислительной техники: каждые два года степень интеграции элементов на кристалле удваивается, а с ней растёт и быстродействие компьютеров. Эта закономерность, получившая название «закона Мура», действует уже более полувека (рис. 9). Нынешние компьютеры считают в 250 миллиардов раз быстрее, чем первые вычислительные машины. Ни одна технология до этого не развивалась в таком темпе.

В технологическом развитии известен эффект, иногда называемый успехом по касательной. Его обычно иллюстрируют примером из истории железных дорог США. Во время железнодорожного бума в этой стране наибольшие выгоды и дивиденды достались не тем, кто производил паровозы, и не тем, кто строил железные дороги, а… фермерам, получившим возможность подвозить зерно из американской глубинки в крупные города. По-видимому, и в современной компьютерной индустрии в обозримом будущем нас ждёт «успех по касательной» и неожиданные приложения, которые могут наполнить нынешнее инновационное движение в этой сфере новым смыслом.

Другая область, в которой происходит технологический прорыв, связана с расшифровкой генома человека. Основной массив фундаментальных знаний, который привёл к взрывному технологическому росту, был получен в ходе выполнения программы «Геном человека» (на которую в США было затрачено 3,8 млрд долларов).

В ходе выполнения этой программы стоимость расшифровки генома уменьшилась в раз[12] (рис. 10).

Создание отрасли индустрии, выросшей около этого научного и технологического достижения, уже очень существенно повлияло на систему здравоохранения, фармацевтику, сельское хозяйство, оборонный комплекс. В США ежегодно подвергаются аресту 14 миллионов человек, у них берутся пробы ДНК, которые затем вносятся в базу данных. К этой базе потом криминалисты обращаются при поиске преступников… Достижения, связанные с проектом «Геном человека», стали фактором геоэкономики и геополитики. В феврале 2013 года Барак Обама в обращении к согражданам заявил: «Настало время выйти на новый уровень исследований и разработок, невиданный с момента космической гонки… Сейчас не время потрошить инвестиции в науку и инновации… Каждый доллар, который мы вложили в создание карты человеческого генома, вернул 140 долларов в нашу экономику – каждый доллар!»

Ещё одно поле перспективных технологий и прикладных исследований можно охарактеризовать словами междисциплинарность и самоорганизация. Именно эти два понятия отличают перспективный технологический уклад от предыдущих. До 1970-х годов и наука, и технологии, и организации двигались в основном в сторону все большей специализации (дисциплинарная организация науки, отраслевое управление промышленностью и т.д.).

Однако затем ситуация стала стремительно меняться – одни и те же принципы и технологии оказались универсальными, применимыми для решения огромного количества разных задач. Классический пример – лазер, с помощью которого можно резать сталь и сваривать роговицу глаза. Другой пример технологии, сфера применения которой стремительно растёт, – методы адитивного производства (трёхмерная печать, 3D принтеры). С её помощью сейчас «печатают» пистолеты вместе с патронами, дома, форсажные камеры и даже протезы конечностей[13].

С другой стороны, во многих случаях решения научных и технологических проблем изначально ищутся на стыке нескольких подходов. Так, во всём мире реализуются нанотехнологические инициативы, которые направлены на развитие всего блока наноинфобиокогнитивных (NBIC – NanoBioInfoCognito) технологий. Однако последнее десятилетие показало, что и этого недостаточно, что к этому синтезу надо добавить и социальные технологии (SCBIN – SocioCognitoInfoBioNano).

Простейшие примеры – роботизированные биотехнологические лаборатории, в которых анализы и исследования делают роботы (лаборатория работает под лозунгом «Люди должны думать. Машины должны работать»). В телемедицине появилась возможность использовать роботов для хирургических операций и проводить их в ситуации, когда врач находится в тысячах километров от больного.

Философия техники активно развивалась в XX веке[14], однако бурное, во многом парадоксальное развитие технологий во второй половине XX и в XXI веке позволяет говорить об экологии технологий.

Последние развиваются, взаимодействуют, поддерживают и вытесняют друг друга, порой «закрывают» прежние способы производства или организации. Наряду с классической дарвиновской эволюцией, в основе которой лежит триада наследственность – изменчивость – отбор, здесь в игру вступают цели развития, социальная и экономическая целесообразность, управление рисками, фундаментальные физические ограничения и пределы способностей самого человека[15].

В XIX веке господствовала иллюзия огромных возможностей организации, как в социальном пространстве, так и в области технологий. Но данные психологии говорят о том, что человек в состоянии следить только за 5-7 величинами, медленно меняющимися во времени. Он может, принимая решение, учитывать только 5-7 факторов. Наконец, активно, творчески он может взаимодействовать лишь с 5-7 людьми (с остальными опосредованно или стереотипно). И это накладывает очень серьёзные ограничения на организации, которые мы можем создавать, и на задачи, которые с их помощью могут решаться.

Главная идея нанотехнологий – как её сформулировал нобелевский лауреат Ричард Фейнман в году – состоит в том, чтобы делать совершенные материалы, не имеющие дефектов на атомном уровне, что придаёт им удивительные свойства. (Например, углеродные нанотрубки в 6 раз легче и в 100 раз прочнее стали; аэрогели – прекрасные теплоизоляторы – в 500 раз легче воды и всего вдвое тяжелее воздуха.) Сейчас учёные научились манипулировать отдельными атомами (например, можно выложить поздравление атомами ксенона на монокристалле никеля и увидеть его).

Но если речь идёт о создании материалов, то число атомов, которые должны стоять на своих местах, должно быть сравнимо с числом Авогадро NA 6*1023. И организовывая их, размещая их «сверху вниз», от макроуровня к микроуровню, сделать это невозможно. (Потребуется больше времени, чем существует вселенная.) Как же быть? Ответ и главная надежда в обоих случаях одна. Это самоорганизация. Нам нужно научиться двигаться не «сверху вниз», а «снизу вверх», – создавать такие условия, при которых атомы сами займут те положения, в которых мы хотим их видеть. И в некоторых случаях это удаётся сделать!

Однако чтобы следовать эти идеям, надо очень хорошо представлять механизмы самоорганизации и соответствующие модели (чтобы получать именно то, что хотим). Именно поэтому теория самоорганизации, илисинергетика (от греческого – «совместное действие»), всё чаще рассматривается как ключ к новым технологиям[16].

В том, что касается фундаментальных исследований, степень неопределённости гораздо выше, чем в пространстве технологий. Однако и здесь можно выделить ряд векторов, определяющих наиболее вероятные области научных прорывов.

Чтобы заглянуть в будущее, представить, чем будут заниматься учёные в ближайшие 20-30 лет, в какие направления будут вкладываться главные усилия, можно посмотреть среднюю цитируемость работ в различных областях знания в настоящее время. Цитируемость статей показывает, насколько большими и активными являются сообщества, работающие в различных научных дисциплинах.

Со школьных времён у большинства остаётся представление, что математика – самый большой и сложный предмет, физика и химия примерно в два раза меньше и проще, а биология в два раза меньше и проще физики и химии.

Однако «взрослая наука» выглядит сегодня совершенно иначе (рис. 11)[17]. Возьмём «наследниц»

школьной биологии – молекулярную биологию и генетику (цитируемость 20,48), биологию и биохимию (16,09), микробиологию(14,11), фармацевтику с токсикологией (11,34) – они в 12 раз превосходят физику (8,45), в 8 раз химию (10,16) и в 27 – математику (3,15) или информатику (3,32).

Рис. 11. Научные приоритеты в естественных науках в России и в мире.

Интересно сравнение приоритетов отечественной и мировой науки (Россия / мир). Вероятно, XXI век будет веком человека. Развитие возможностей и способностей людей и коллективов станет магистральным направлением прогресса. С ним будут связаны и главные возможности, и основные угрозы, поэтому весьма показателен перечень «аутсайдеров» научного пространства России, в которых отрыв от мирового уровня по показателю цитируемости статей особенно велик. Это общественные науки (1,02 / 4,23), а также психология и психиатрия (2,54 / 10,23). Здесь мы отстали от мировых показателей вчетверо. И завершают список междисциплинарные исследования, где отставание становится пятикратным.

Многие специалисты, прогнозирующие будущее науки, обращают внимание на крутой поворот, который происходит в развитии научного знания на наших глазах[18]. Можно предположить, что организация цели и идеалы науки XXI века будут очень сильно отличаться и от классических, и от современных (неклассических образцов).

Книга Джонатана Свифта (1667-1745) – писателя, общественного деятеля, мыслителя, работавшего в жанре фантастической сатиры, современника Исаака Ньютона, – «Путешествия в некоторые отдалённые страны света Лемюэля Гулливера, сначала хирурга, а потом капитана нескольких кораблей», – определила два главных направления развития естественных наук. Во-первых, это «путешествие к лилипутам», в мир микромасштабов. На этом пути появились молекулярная и атомная физика, квантовая механика, ядерная физика, теория элементарных частиц. Во-вторых, это «путешествие к великанам», в мир мегамасштабов, в космос, к далёким галактикам, к астрофизике и космологии.

Заметим, что здесь противоположности сходятся – сегодня исследования вещества на сверхмалых и сверхбольших масштабах смыкаются друг с другом.

Действительно, вынесенные в космическое пространство телескопы «Хаббл» и «Кеплер» позволили открыть сотни различных планет, вращающихся вокруг звёзд, находящихся на огромных расстояниях от нас. Эти инструменты показали, что для объяснения наблюдаемой картины эволюции вселенной необходимо вводить представление о тёмной материи и тёмной энергии, на долю которых приходится от 80 до 95% вещества космоса.

Вернёмся к аналогии с Гулливером. Насколько важны для него оказались знания, полученные у лилипутов и великанов? У человечества есть свои характерные размеры, на которых разворачиваются наиболее важные для него процессы. Сверху они ограничены диаметром Солнечной системы, снизу – ядерными масштабами (~10-15 см).

Путь, начавшийся с Демокрита, ведущий вглубь, к анализу всё более мелких составляющих материи, по-видимому, завершается. «Анализ» в переводе с греческого – «дробление, расчленение». И, приступая к нему, исследователи обычно держат в сознании следующую стадию – синтез, выяснение механизмов и результатов взаимодействия между изученными сущностями и, в конечном счете, самоорганизацию, коллективные явления – самопроизвольное возникновение упорядоченности на следующем уровне организации.

Видимо, здесь область нашего незнания особенно близка, а перспективы наиболее впечатляющи.

Двадцать лет назад были, без претензий на полноту, сформулированы три сверхзадачи науки XXI века, которые будут, вероятно, порождать исследовательские программы и представлять, используя терминологию А. Эйнштейна, сочетание «внутреннего совершенства» (следование внутренней логике развития научного знания) и «внешнего оправдания» (социального заказа, ожиданий общества)[19].

Обратим внимание на них.

Теория управления рисками. Важнейшим условием успешного управления является карта угроз для объекта управления. Роль науки здесь огромна. Новейшая история, множество событий XXI века показали, что при высоком темпе социально-экономических и технологических перемен управляющие воздействия приводили к совершенно иным результатам, чем планировалось.

Нейронаука. Одна из главных научных загадок, ответ на которую, вероятно, будет дан в XXI веке, – это понимание тайны сознания и принципов функционирования мозга. В самом деле мозг является загадкой в технологическом смысле – скорость переключения триггера в микросхеме в миллион раз меньше, чем скорость срабатывания нейрона в мозге. Информация в нервной системе передается в миллион раз медленнее, чем в компьютере. Это означает, что принципы работы мозга кардинально отличаются от тех, на основе которых построены существующие вычислительные машины[20].

Чтобы прояснить эти и многие другие вопросы, связанные с нейронаукой, в 2013 году в США был начат большой исследовательский проект «Картирование мозга», рассчитанный на 10 лет с бюджетом более 3 миллиардов долларов. Цель проекта, – используя нанотехнологии, томографы нового поколения, компьютерные реконструкции и модели, — выяснить структуру мозга и динамику протекающих в нём процессов. Аналогичный проект начинается в Европейском сообществе.

Третья задача – построение математической истории, включая модели мировой динамики. Эта исследовательская программа была выдвинута С.П. Капицей, С.П. Курдюмовым и Г.Г. Малинецким в 1996 году. Ее реализация подразумевает следующее:

· полномасштабное математическое моделирование исторических процессов с учётом появившихся компьютерных технологий и больших баз данных, касающихся настоящего и прошлого человечества;

· анализ на этой основе альтернатив исторического развития, подобно тому, как это делается в точных науках, где теории и модели позволяют спрогнозировать ход процессов при различных параметрах, начальных и краевых условиях (при этом у истории появляется сослагательное наклонение);

· построение на основе этих моделей алгоритмов исторического и стратегического прогноза (при этом у истории появляется и повелительное наклонение).

Большинство научных дисциплин прошли последовательность этапов: описание – классификация – концептуальное моделирование и качественный анализ – математическое моделирование и количественный анализ – прогноз. Вероятно, в XXI веке историческая наука (опираясь на свои достижения, результаты других дисциплин и компьютерного моделирования) выйдет на уровень прогноза.

Следуя идеям В.И. Вернадского, прозорливо предвидевшего возможности и угрозы XX века, человечеству с течением времени придётся всё в большей степени брать на себя ответственность за планету и за своё развитие. И здесь без математической истории не обойтись. Это понимание появляется у всё большего количества исследователей[21].

«Вот они, две первейшие надобности России: 1. Поправить, хоть довести бы сперва еще перед Д.А.

Толстым, лет 25 сему назад, состояния просвещения русского юношества, а потом идти все вперед, помня, что без своей передовой, деятельной науки своего ничего не будет и что в ней, беззаветной, любовный корень трудолюбия, так как в науке-то без великих трудов сделать ровно ничего нельзя и 2. Содействовать всякими способами, начиная от займов, быстрому росту всей нашей промышленности до торгово-мореходной включительно, потому что промышленность не только накормит, но и даст разжиться трудолюбцам всех разрядов и классов, а лодырей принизит до того, что самим им будет гадко лодырничать, приучит к порядку во всем, даст богатство народу и новые силы государству».

Д.И. Менделеев, «Заветные мысли». 1905 г.

Об отношении к науке в нашей стране можно судить по тому, как менялось отношение к академии.

Это организация, первоначально называвшаяся Академией наук и художеств, была основана января (8 февраля) 1724 года в Петербурге указом Петра I. Именно 8 февраля сейчас и празднуют День науки в России. Пётр считал, что необходимо срочно освоить ряд технологий и наук, получивших развитие в Западной Европе, – строить корабли, ставить крепости, лить пушки, а также научиться навигацкому делу и ведению бухгалтерии, а затем развивать своё.

В первые годы деятельности академии, также созданной по западноевропейским образцам, в ней работали великий математик Леонард Эйлер и выдающийся механик Даниил Бернулли. В 1742 году в Академию наук (АН) был избран великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов. С его приходом обозначились важные черты этого научного центра – широкий фронт исследований и живой отклик учёных на потребности государства.

С 1803 года высшее научное учреждение России становится Императорской академией наук, с 1836го – Императорской Санкт-Петербургской АН, с февраля 1917-го по 1925-й – Российской АН, с июля 1925-го – АН СССР, с 1991 года по настоящее время – РАН.

В XIX веке в Академии были организованы Пулковская обсерватория (1839 год), несколько лабораторий и музеев, в 1841 году были учреждены отделения физико-математических наук, русского языка и словесности, историко-филологических наук. В составе академии работали выдающиеся математики, физики, химики, физиологи; среди них П.Л. Чебышов, М.В. Остроградский, Б.В. Петров, А.М. Бутлеров, Н.Н. Бекетов и И.П. Павлов.

К концу XIX – началу XX века работы российских учёных получают мировое признание. Самым известным химиком в мире сейчас является Дмитрий Иванович Менделеев, открывший Периодический закон. Нобелевскими лауреатами были создатели теории условных рефлексов И.П. Павлов (медицина, 1904 год) и почётные члены Петербургской академии И.И. Мечников (теория иммунитета, медицина, 1908 год) и И.А. Бунин (литература, 1933 год).

Наука СССР была одной из самых передовых в мире, прежде всего в сфере естественнонаучных дисциплин. Это позволило вывести нашу страну в течение XX века с позиций второстепенного полуфеодального государства в ряд ведущих промышленных держав, создать вторую (по объёму ВВП) экономику мира. Многое в советские годы пришлось начинать с нуля. В стране, где около 80% населения было неграмотным, просто не было кадров для развития полноценной науки.

В 1934 году академия переводится из Ленинграда в Москву и становится «штабом советской науки».

Члены академии координируют целые отрасли исследований, получают большие полномочия и ресурсы. На них возлагается большая ответственность. История показала дальновидность этого решения, связанного с новым обликом академии. Работы советских ученых сыграли огромную роль в Великой Отечественной войне.

На финансирование науки выделялись значительные средства. В 1947 году зарплата профессора в раз превышала зарплату самого квалифицированного рабочего. В 1987 году журнал Nature сообщал, что на НИОКР СССР тратил 3,73% от своего бюджета, Германия – 2,84%, Япония – 2,77%, Британия – 2,18-2,38% (по разным источникам).

Большую роль в развитии науки в СССР сыграло резкое увеличение её финансирования в начале 1960-х годов. Численность научных работников с 1950 по 1965 год увеличилась более чем в 4 раза, а с 1950 по 1970 год более чем в 7 раз. С середины 1950-х годов рост численности научных кадров был линейным – страна выходила на передовые рубежи. С 1960 по 1965 год численность научных сотрудников была увеличена втрое. Рост национального дохода также был очень быстрым и, по оценкам западных экспертов, шёл в основном за счёт увеличения производительности труда. Именно тогда страна и создавала экономику знаний!

Имея бюджет на науку 15-20% от американского, советские учёные успешно соревновались с ними на всех научных направлениях. В 1953 году СССР занимал второе место в мире по числу студентов на тысяч жителей и третье место по интеллектуальному потенциалу молодёжи. Сейчас по первому показателю РФ обогнали многие страны Европы и Латинской Америки, по второму – мы находимся на 40-м месте в мире.