МИРОВАЯ НАУКА И БУДУЩЕЕ РОССИИ

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

Преамбула >>

Наука, технологии и будущее >>

Научные и технологические перспективы первой половины XXI в. >>

Русская, советская, российская наука >>

Российская наука и путь в будущее >>

Выводы >>

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

Рис. 2. Организационная структура НИС на макроуровне.

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.

Рис. 3. Составляющие политики инновационного развития.

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].

Наука, технологии и будущее

Блажен, кто посетил сей мир

В его минуты роковые!

Его призвали всеблагие

Как собеседника на пир.

Ф.И. Тютчев

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 18 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 90 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.

Demography

Рис. 4.

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 явление получило название глобального демографического перехода. Этот переход и 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).

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 социально-экономических 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).

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 стран-лидеров 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 финансово-экономических 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 стать биотехнологии, нанотехнологии, новое природопользование, новая медицина, робототехника, высокие гуманитарные технологии (позволяющие наиболее эффективно развивать потенциал отдельных людей и коллективов), полномасштабные технологии виртуальной реальности.

Рис. 7.

Мировой финансово-экономический кризис 2008-2009 годов и его последующие волны с системной точки зрения связаны с тем, что отрасли пятого технологического уклада уже не дают прежней отдачи, а отрасли шестого ещё не готовы к вложению гигантских средств, имеющихся в мире.

Технологические прогнозы 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.

2010-2020-е

Около 2012-го

Гибридная электростанция на основе топливных элементов и газовых турбин с КПД свыше 60%

Около 2015-го

Коммерческие высокотемпературные сверхпроводящие кабели. Телемедицина

Около 2018-го

Практические методики квантового шифрования

Ближе к 2020-му

Автомобили без управления человеком

2020-2030-е

2020-2025-е

Квантовые компьютеры Лечение онкологических заболеваний

2022-й плюс-минус 5 лет

Выращивание и замена искусственных человеческих органов

Около 2025-го

Эффективные технологии опреснения воды

2025-2027-е

Массовая коммерческая эксплуатация поездов на магнитной подушке

2030-2040-е

Ближе к 2030-му

Гиперзвуковой самолёт

2030-й

Достижения положительной энергии на термоядерных установках

2030-е

Водородные технологии

Около 2032-го

Лунная колония

Около 2037-го

Полёт на Марс

Ближе к 2040-му

Средняя продолжительность жизни больше 120 лет

Рис. 8. Технологический прогноз на первую половину XXI века.

Кроме того, развитие науки и технологий не только прогнозируют в странах-лидерах, его планируют и направляют. Яркий пример – Национальная нанотехнологическая 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.

Рис. 9. Закон Мура.

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 20 000 раз[12] (рис. 10).

238502_photo

Рис. 10. Стоимость расшифровки генома человека по годам.

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

ПОДЕЛИТЬСЯ
Георгий Малинецкий
Малинецкий Георгий Геннадьевич (р. 1956 г.) ― российский математик, заведующий отделом моделирования нелинейных процессов Института прикладной математики РАН им. Келдыша. Профессор, доктор физико-математических наук. Лауреат премии Ленинского комсомола (1985) и премии Правительства Российской Федерации в области образования (2002). Вице-президент Нанотехнологического общества России. Постоянный член Изборского клуба. Подробнее...