научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

"МЫ ЯВЛЯЕМСЯ СВИДЕТЕЛЯМИ ВЕЛИКОГО СЛИЯНИЯ НАУК"

Глава НИЦ "Курчатовский институт" Михаил КОВАЛЬЧУК

Глава НИЦ "Курчатовский институт" Михаил КОВАЛЬЧУК в интервью газете "Известия" рассказал, почему в современном мире стирается грань между физико-математическими и гуманитарными науками, как развивается междисциплинарное образование в России и чем компьютерная томография вместе с другими современными технологиями может быть полезной российским музеям.

- Михаил Валентинович, вы неоднократно говорили о необходимости конвергенции различных научных направлений. С чем это связано?

- Это уже не необходимость, а реальность. К этому нас привели внутренние закономерности развития науки, процесса познания человеком окружающего мира. За свою историю человечество прошло сложный путь: от пассивного созерцания до активного преобразования природы. Первобытный человек обожествлял окружающий мир, древние греки этот мир уже анализировали, пытались объяснить, воспринимая его как единое целое. Именно тогда начал формироваться общий массив знаний о природе и человеке, который назывался натурфилософией. Демокрит, Архимед и прочие великие греки были именно натурфилософами, когда пытались понять структуру вещества, предсказывая атомистическую модель. Затем, по мере развития человечества, усовершенствования технических устройств, вычленения и быстрого развития отдельных научных дисциплин, основанных на экспериментальном подходе, единый массив науки - натурфилософия - разделился. Из первой - "натуральной" его части развивались биология, физика, химия и прочее, а из философии, ставшей "инкубатором" для гуманитарных дисциплин, - психология, социология, история, лингвистика и т.д. Человек начал искусственно разделять на сегменты единый массив знаний для его упрощения, понимания, более подробного изучения явлений, объектов, их анализа. Узкая специализация, с одной стороны, позволила детально изучить и понять многие процессы, а с другой - привела к утрате целостной картины мира. Созданная человеком узкоспециализированная наука породила отраслевые технологии и определила отраслевую организацию промышленности.

В ХХ веке, при реализации космического и атомного проектов, стала очевидной необходимость расширить отраслевые рамки для создания таких сложных объектов, как самолет, подводная лодка, космический корабль, атомная электростанция. Они уже создавались путем интеграции, но пока готовых технических решений из разных отраслей. В конце XIX века появились трансграничные дисциплины - биохимия, геохимия, биофизика и пр. Затем возникли области знания, связавшие науки о природе с науками о человеке: кибернетика, бионика, позднее - генная инженерия и др. Внутренние закономерности развития науки привели к обратному процессу - уже не разделения, а нового слияния наук.

- То есть процесс обратного слияния обозначился недавно?

- К этому, с одной стороны, привел весь ход развития науки и технологий, с другой - еще десятилетие назад мы не понимали так глубоко механизмы функционирования окружающего мира, как понимаем сегодня. Где-то мы дошли до логического предела, разбирая единую природу на дисциплины и создавая узкоспециализированную науку, образование, отраслевую экономику. В микроэлектронике есть понятие "предел миниатюризации". Здесь можно провести параллель с процессами, о которых я говорил выше. Образно говоря, сегодня у человечества в руках коробка с перемешанными пазлами, из которых нужно сложить новую картину единого мира и принципиально новое технологическое лицо цивилизации. Отмечу, что образца, по которому должна складываться такая картинка, нет. Поэтому мы движемся порой на ощупь, но уже значительная часть панно из пазлов сложена. Сегодня в научных исследованиях, технологиях мы переходим от анализа различных явлений, предметов, материалов - к их синтезу. Это сложный взаимосвязанный процесс. Анализ будет развиваться и дальше, но на новом этапе междисциплинарной науки главным становится синтез.

Мы - свидетели великого слияния наук. И это касается не только взаимопроникновения отдельных наук в естественно-научном или гуманитарном "блоках". Эти два условных массива, отколовшихся от некогда единой натурфилософии, вновь сближаются, идет слияние естественно-научных и гуманитарных знаний.

- Какие примеры вы можете привести?

- Один из сложнейших объектов научного познания - мозг человека. Как традиционно изучались его деятельность, сознание, принятие решений? В упрощенном виде схема такова. Испытуемому задавались определенные вопросы и изучались реакции. Первая реакция - вербальная, ответ на вопрос. Это предмет лингвистики - гуманитарной науки, которая через языковые функции изучает и сознание, мозг. Далее вопрос вызывает определенную психологическую реакцию - эмоции, изменение настроения, даже поведения. Этим занимается психология. Социология изучает поведение человека в обществе, его взаимоотношения с другими людьми, группами людей. Так совокупность трех гуманитарных наук - лингвистики, психологии и социологии - стала основой для развития когнитивных исследований, которые еще недавно были чисто гуманитарными. Но сегодня рассмотреть те же процессы с помощью естественно-научных методов (позитронно-эмиссионной томографии, ядерно-магнитного резонанса, энцефалографии). Мы помещаем испытуемого внутрь позитронно-эмиссионного или ядерно-магнитного томографа и сообщаем ему какую-то информацию и видим на экране компьютера определенные участки мозга, возбуждаемые в той или иной ситуации, это уже чисто естественно-научное исследование. Так когнитивные исследования в той же мере, в какой они были исследованиями гуманитарными, сегодня становятся естественно-научными. Такая же конвергенция гуманитарного и естественно-научного знания видна и на примере генетики.

Дисплей- Что предшествовало такому переходу?

- Как я уже говорил, это - отражение процессов синтеза, слияния наук. Но невозможно сложить сотни дисциплин сразу. Сегодня новый мировой тренд научного развития - конвергенция нано-, био-, информационных и когнитивных наук и технологий - НБИК-конвергенция. Нанотехнологии - это метод направленного конструирования материалов любого вида, в основном неорганических, на атомарном уровне. Биология, биотехнологии вводят органические компоненты, сочетание нано- с био- позволяет получить искусственный биологический, или гибридный, материал - например, полупроводник с детектором из фоточувствительного материала типа белка фотородопсина. Информационные технологии делают эту систему интеллектуальной - то есть не просто датчиком, который что-то измеряет, но и обрабатывает сигнал, дает на него "ответ". А когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, дают нам алгоритм "одушевления" этих систем. Долгое время, развивая науку и технологии, человечество копировало живые системы, их принципы, механизмы в виде простых модельных систем. Сегодня через конвергенцию наук и технологий можно не просто моделировать, а конструировать, создавать природоподобные системы. В их основе - соединение современных технологий, прежде всего микроэлектроники, с конструкциями, созданными живой природой. Такие технологии, устройства будут иметь отличающиеся от современных механизмы генерации и потребления энергии, гораздо более экономичные, действующие по законам живой природы, через гибридные материалы и системы на их основе. Это одна из задач НБИК-конвергенции. Наука вышла на междисциплинарный уровень. Это - залог даже не процветания, а выживания стран в XXI веке. Для новой системы организации науки нужна и новая, междисциплинарная, система образования. Насущная потребность в подготовке специалистов совершенно нового типа была осознана в начале 2000-х годов, когда во всем мире, была запущена программа нанотехнологий. Из нее и выросла идея конвергенции нано-, био-, информационных и когнитивных технологий, позднее к ним прибавились и социогуманитарные. Думаю, к этой группе наук присоединятся еще какие-то.

- А есть ли уже такие конвергентные специалисты?

- Подвижки начались более 10 лет назад, когда в МГУ при поддержке ректора Виктора Антоновича Садовничего удалось организовать первую междисциплинарную кафедру нанотехнологий. Базой стал физико-математический блок, к которому мы начали добавлять и другие естественные дисциплины, без которых междисциплинарное образование невозможно. Это прежде всего химия, поскольку мы работаем с веществами. Обязательно - биология, информационные, когнитивные науки. Это стало неким толчком - подобные кафедры стали открываться во многих университетах страны.

Затем в 2008 году на базе Курчатовского института в московском физтехе (МФТИ) мы организовали первый в мире факультет конвергентных НБИК-наук и технологий, где ежегодно подготавливаем порядка 60 человек. Это базовые физики, которые затем получают знания по биологии, химии, информатике, когнитивным наукам, философии. Получаются широко эрудированные физики с элементами "лирики".

Однако реализовать такую междисциплинарную подготовку в вузе без работы со школами практически невозможно. В 2010 году совместно с департаментом образования правительства Москвы мы начали проект непрерывного междисциплинарного образования. Запускали мы его на базе московской школы № 2030, сегодня в этом проекте участвуют уже 37 московских школ.

- А почему "непрерывного"?

- Еще при организации кафедры нанотехнологий в МГУ стало ясно, что если между изучением одной и той же дисциплины в школе и вузе проходит 2-3 года, то ее приходится изучать практически заново.

Поэтому мы составляли учебный план так, чтобы "протягивать" непрерывную цепочку естественно-научного блока уже с начальных классов, формировать видение природы как единого целого. Так воспринимает ее ребенок еще до изучения всех отдельных наук. Задача междисциплинарного образования - не разрушить образ целостного мира природы, когда начинается специализация по предметам. Важно заложить, что науки - физика, химия, математика - лишь метод познания.

- Такой проект успешен?

- Вполне. Уже около 25000 школьников участвовали и участвуют в его реализации. Около 300 московских преподавателей вовлечено в проект. Важно и то, что наши школьные центры оснащены современным учебным оборудованием. Проект уже вышел за рамки Москвы. Междисциплинарные методики Курчатовского проекта используются в центре одаренных детей "Сириус" в Сочи, планируем создание подобных центров в регионах ЦФО, Ленинградской и Московской областях.

- Можно привести конкретный пример взаимодействия физических и математических наук с гуманитарными?

- В 2015 году мы начали работать с Государственным историческим музеем, Институтом археологии РАН, Крымским федеральным университетом. Мы провели целый комплекс интересных работ: изучали средневековые кресты-энколпионы, угасшие тексты древних рукописей, изучали содержимое сфероконических сосудов, пигменты древних наскальных рисунков и т.д. Затем начали взаимодействовать с ГМИИ им. А.С. Пушкина, сделали ряд исследований с предметами их коллекции. В ходе общения и работы с Мариной Девовной Лошак (директор ГМИИ им. А.С. Пушкина) особое внимание обратили на египетские мумии из коллекции музея. Сейчас планируем интересную работу по изучению этих памятников далекого прошлого. Может быть задействован целый комплекс исследований - от компьютерной томографии до построения 3D-модели, что позволяет "раскрыть" запеленутую мумию и посмотреть, что находится внутри. Нужно подключить антропологов, медиков. Важны и химические исследования бальзамирующего состава, геномный анализ. Это поможет узнать, какие были болезни в то время и как они эволюционировали.

Для музеев подобные проекты очень интересны, ведь используя 3D-модель, можно рядом с экспонатом поставить специальный экран, чтобы посетители могли осмотреть в подробностях его содержимое. Эту технологию можно использовать для создания материальных и полноценных ростовых 3D-копий мумии.

- Сейчас очень распространено использование 3D-принтинга в различных областях промышленности. Возможно ли их применение и в природоподобных технологиях?

- Появление такого принтинга и является по своему типу природоподобной технологией. Сегодня мы рубим дерево, чтобы потом сделать из него бревно. Или из добытого металла выплавляем слиток, а затем делаем нужную деталь. При таком способе производства существенная часть материалов и энергии идет на создание отходов и загрязнение окружающей среды. Аддитивных технологий множество, объединяет их одно: построение модели происходит путем добавления материала, в отличие от традиционных технологий, где создание детали происходит путем удаления "лишнего" материала. Пример из недавнего прошлого, когда возникла необходимость идентифицировать останки царской семьи. Была проведена томограмма черепов, сделана их компьютерная модель, которая затем превратилась в пластиковую. Далее, используя методику компьютерного наложения, ученые сравнили каждый череп с фотографиями членов царской семьи. Это именно аддитивные, стереолитографические технологии - за несколько часов на 3D-установке можно вырастить любую модель. То есть стереолитография - технология аддитивного производства моделей, позволяющая детально изучать и антропологические объекты, ее можно использовать для реставрационных работ, в медицине. В антропологии она применяется для дополнения костными участками скелетов и фрагментов останков. С помощью аддитивных технологий можно создавать модели оперируемых органов человека на основе томографии больного органа и изготавливать их методом стереолитографии. На изготовленной модели хирург разрабатывает технологию операции.

В 2009 году за комплекс работ по развитию лазерно-информационных технологий для медицины Государственная премия в области науки и технологий была присуждена: физику - академику В.Я. Панченко, нейрохирургу - академику А.А. Потапову, хирургу-онкологу - академику В.И. Чиссову. Это тоже аддитивные технологии. Был создан прибор, который позволяет для больного с черепно-мозговой травмой - после компьютерной томографии - сделать полную копию черепа и из пластика создать необходимый имплант, цифровая модель которого может быть направлена в любую удаленную точку.

Сегодня аддитивные технологии используются повсеместно: научно-исследовательские организации с их помощью создают уникальные материалы и ткани, промышленные гиганты используют 3D-принтеры для ускорения прототипирования новой продукции.

Мы итерационно приближаемся к пониманию целостности окружающего мира, механизмов и законов его функционирования.

Павел ПАНОВ, "Известия"

Опубликовано в Лаборатория
Прочитано 254 раз
Оцените материал
(0 голосов)
Другие материалы в этой категории: « КОМУ НУЖНА ВТОРАЯ МАМА? С ПЕРВЫМ 3D-ДВИГАТЕЛЕМ! »

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх