Материалы портала «Научная Россия»

Прекрасен наш союз

Прекрасен наш союз
13 марта в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» прошло совещание-семинар «Естественно-научные методы в гуманитарных науках», в ходе которого был подписан рамочный договор о сотрудничестве между Курчатовским институтом и Государств

13 марта в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» прошло совещание-семинар «Естественно-научные методы в гуманитарных науках», в ходе которого был подписан рамочный договор о сотрудничестве между Курчатовским институтом и Государственным историческим музеем.

Семинар вызвал большой интерес, собрав представителей самых разных научных направлений и специальностей: физиков, историков, географов, археологов, реставраторов из Государственного исторического музея, ГМИИ им. А.С. Пушкина, Государственного Эрмитажа, СПбГУ, Института археологии РАН и других научных и культурных организаций. Пожалуй, это было первое мероприятие подобного уровня, где представители точных, гуманитарных наук и культуры обсуждали конкретные пути взаимодействия для решения важных проблем современной науки. Участники семинара попытались найти точки соприкосновения, конвергенции современных технологических возможностей и все возрастающей потребности в развитии высокотехнологичных исследований со стороны гуманитарных наук, обсудили важность взаимодействия для новых научных прорывов.

Семинар такой направленности не случайно проводится именно в Курчатовском институте. В настоящее время здесь активно развивается новое научное направление, связанное с конвергенцией нано-, био-, инфо-, когнитивных и социогуманитарных (НБИКС) наук и технологий, что открывает огромные возможности для исследований представителям гуманитарных направлений – искусствоведам, археологам, антропологам, психологам. Об этом в своем докладе подробно рассказал директор НИЦ «Курчатовский институт» член-корреспондент РАН М.В. Ковальчук.

Kovalchuk«Мы сегодня присутствуем при слиянии гуманитарного и естественно-научного знания, – сказал, открывая семинар, Михаил Валентинович, – и в этом смысле наша встреча подготовлена глубинными процессами, происходящими в области познания, поскольку наука лежит в основе сегодняшней жизни, определяет лицо современной цивилизации. Исторический музей – один из крупнейших музеев нашей страны, где собраны уникальные объекты – от дольменов и мумий до оружия, монет, тканей. Ключевые задачи музея – изучение и обеспечение их сохранности. Для выполнения этих задач необходимо в том числе решение материаловедческих задач, знание атомарной структуры и процессов, происходящих на атомарном уровне в различных материалах. Уникальные возможности и технологии, которыми располагает Курчатовский институт, могут помочь и в вопросах исследований артефактов, их сохранности, реставрации, решить проблемы учета и хранения музейных предметов».

«На территории нашей страны находится около 2 тыс. федеральных музеев, – рассказал директор Государственного исторического музея Алексей Константинович Левыкин. – В общей сложности в них хранится 81 млн музейных предметов». С одной стороны, это произведения искусства, культуры, а с другой – свидетельства нашей истории, всей цивилизации. К сожалению, эти редчайшие материалы подвергаются вредному воздействию окружающей среды, времени, разрушаются, поэтому музейные работники испытывают острую потребность в развитии естественно-научных методов в различных областях музееведения. Для того чтобы сохранять, реставрировать и показывать на достойном уровне наши коллекции, нужны современные технологии и глубинные знания. «Именно этим и вызван наш интерес к тому, что так красиво названо конвергенцией наук и технологий. Для нас важны возможности изучения предметов, в том числе и на молекулярном уровне. Это может помочь найти, например, новые методы реставрации или восстановления каких-то утраченных надписей или частей артефактов», – подчеркнул А.К. Левыкин.

На семинаре присутствовал специальный представитель президента РФ по международному культурному сотрудничеству Михаил Швыдкой. Он отметил, что сегодня существует некоторое недопонимание между представителями двух направлений некогда единой науки. Сегодняшнему естественно-научному знанию не хватает более широкого представления о том, какие процессы идут в гуманитарных науках. А им, в свою очередь, не хватает понимания того, что происходит в естественно-научной сфере. Тем не менееMain_hall_Kurchatov_Institute, по его словам, гуманитарии в высшей степени заинтересованы в сотрудничестве с естественно-научной областью. Поэтому «сам факт проведения такого семинара и то сотрудничество, которое в ваших стенах рождается между гуманитариями и людьми, занимающимися естественными науками, должно привести к очень важному общественному результату», – заключил Михаил Швыдкой.

В семинаре также участвовал начальник департамента приоритетных направлений науки и техники управления президента по научно-образовательной политике администрации президента РФ Денис Секиринский, который заметил, что значительных результатов в исторической науке удалось добиться в основном благодаря использованию современных естественно-научных методов. «Я бы хотел обратиться с призывом задуматься о приоритетах в гуманитарных и общественных науках». Насколько они могут быть связаны с естественно-научными приоритетами? Нужны ли какие-то особые подходы для определения этих приоритетов?

Исследования междисциплинарного характера сегодня активно поддерживаются и российскими научными фондами. Об этом рассказали председатель Совета РФФИ В.Я. Панченко и председатель совета РГНФ В.Н. Фридлянов. В семинаре также участвовали заместитель министра культуры РФ Г.П. Ивлиев, вице-президент Русского географического общества Н.С. Касимов, другие ученые и специалисты.

Участники совещания-семинара в своих выступлениях говорили о различных исследованиях, в том числе предметов живописи, с помощью рентгеновских методов, развитии подводной археологии, исследованиях археологических артефактов Крыма и многом другом.

 

***

«От атомного проекта к конвергенции естественно-научного и гуманитарного знания»

В рамках совещания-семинара Михаил Валентинович Ковальчук выступил с докладом, в котором ярко и доходчиво рассказал об уникальных естественно-научных методах исследований, развиваемых в НИЦ «Курчатовский институт», которые могут существенно повлиять и на развитие гуманитарных наук.

 

Об атомном перевороте

Михаил Валентинович начал с небольшого экскурса в историю. В XX в. случился один из величайших переворотов за всю историю человечества – речь идет об атомном проекте. Как в эпоху Ренессанса, обозначившего слом эпох, переход цивилизации на качественно иной уровень, подобное же произошло в середине XX в., когда было создано атомное оружие. Благодаря цивилизационному разлому, который нам удалось удачно преодолеть, мы стали ведущей атомной, космической державой, что в итоге позволило нам сохранить себя как суверенное государство.

На первый взгляд, советский атомный проект был ориентирован на моноцель – создание атомной бомбы, ядерного щита страны, что и было достигнуто в кратчайшие сроки. Но когда решается столь масштабная задача, ее плоды определяют лицо цивилизации на многие десятилетия, происходят глобальные изменения в научной картине мира. Именно создание атомного оружия привело к цивилизационному прорыву, продвинуло экономику, технологии, породило новую энергетику.

Создав сначала ядерную бомбу, затем термоядерную, ученые повернулись к мирному атому. Первая в мире атомная станция, созданная под научным руководством И.В. Курчатова, заработала в Обнинске в 1954 г. Затем логика развития атомной энергетики привела к созданию термоядерной энергетики – от процесса деления атомного ядра к управляемому термоядерному синтезу. Курчатовский институт в конце 1950-х гг. стал родоначальником уникальных установок - токамаков, где впервые в мире удалось удержать магнитным полем раскаленную до десятков сотен миллионов градусов плазму. А сегодня усилиями мирового сообщества на юге Франции строится международный термоядерный реактор ITER, в основе которого лежит наша идея, и Россия играет в проекте одну из ключевых ролей.

Родившийся из атомной бомбы атомный реактор стал основой первой в мире АЭС, а затем был установлен на первую советскую атомную подводную лодку «Ленинский комсомол», обеспечив ей немыслимые ранее характеристики. В 1959 г. под научным руководством Курчатовского института был создан первый в мире атомный ледокол «Ленин». А сегодня крупнейший ледокол «Арктика» находится на стапелях в Санкт-Петербурге, и мы имеем самый мощный в мире ледокольный флот. Кроме того, на ядерных энергетических устройствах, которые наш институт разрабатывает совместно с «Росатомом», будут базироваться полеты в дальний космос.

kurchatov_Institute_infrastructure_2В рамках всех этих работ требуется обрабатывать огромные массивы данных, создавать модели – так появился компьютер, а позднее и суперкомпьютер. Были необходимы также принципиально новые материалы с определенными свойствами, разработанные для экстремальных условий.

 

О самой совершенной технологии

Сегодня мы обладаем уникальными возможностями в области материаловедения – в понимании материалов на атомарном уровне и конструировании новых материалов. В свое время для атомного проекта необходимо было научиться выделять различные изотопы и работать с ними. Для этого в Курчатовском институте была создана совершенная технология по обогащению изотопов, которую за 60 лет никто в мире не превзошел. Сегодня это основа ядерной медицины и диагностики, позитронно-эмиссионной томографии, лучевой терапии и т.д. У нас есть все технологии работы с изотопами. Подавляющее большинство методов, определяющих возраст предмета, кстати, базируются на изотопах.

kurchatov_Institute_infrastructureЗатем мы начали строить ускорители и нейтронные реакторы, в результате создали уникальную исследовательскую базу, сегодня в полной мере работающую в Курчатовском институте. Мы находимся в здании, в котором установлен единственный на постсоветском пространстве и один из 15 в Европе специализированный источник синхротронного излучения. Источники излучения дают возможность различными методами исследовать строение вещества, его структуру, свойства. Эти совершенные, дополняющие друг друга методики необходимы в современной археологии, антропологии, искусствоведении.

 

О вызовах времени

В последние десятилетия во всем мире происходит стагнация науки, культуры. Причина простая: отсутствие видимых вызовов. Технологических прорывов нет – наша цивилизация продолжает почивать на лаврах атомного и космического проектов. Мне могут возразить: а как же микроэлектроника? Да, сегодня это самая совершенная технология из освоенных человечеством, но в ней мы уже дошли до пределов миниатюризации, до некоего логического конца. Нужен принципиальный, качественный прорыв.

В действительности человечество столкнулось с масштабным вызовом, имеющим глобальный цивилизационный характер. Он неявен, не основан на полярном противостоянии, как это было в атомном проекте. Этот вызов связан с доступом в первую очередь к энергетическим ресурсам, а также другим природным ресурсам, включая питьевую воду, лес, пахотную землю и др. Экономическая модель мира, которая действует сегодня, была запущена после Второй мировой войны, и она связана с расширенным воспроизводством и потреблением, а по сути – с ускоренным истреблением природных ресурсов. А с включением в индустриальную сферу таких стран, как, например, Китай и Индия, проблема исчерпаемости ресурсов перешла в абсолютно практическую плоскость и стала, по сути дела, проблемой выживания человеческой цивилизации. И мы уже сейчас становимся свидетелями вступления человечества в период острой борьбы за обладание ресурсами. Именно в этом причина мирового кризиса, его основа.

 

О том, как появилась наука

Будем считать, что осознанно наука началась 300 лет назад, во времена Ньютона. Тогда было единое знание – натурфилософия, или естествознание. И был естествоиспытатель, или натурфилософ, который занимался изучением окружающего мира во всех его проявлениях.

По мере изучения окружающего мира, для упрощения его понимания, начали искусственно делить единую природу, вычленять из нее сегменты, в которых легче было разобраться. Так возникли физика, химия, биология. Натурфилософия глобально разделилась на две ветви: естествознание и философию. Первое породило естественные науки, вторая – гуманитарные. И дальше за три сотни лет внутри этих блоков возникло множество дисциплин. Таким образом, мы построили уникальную узкоспециализированную систему науки и образования, а также отраслевую экономику, с которой сегодня живем. В результате, с одной стороны, на базе узкой специализации была создана цивилизация, плодами которой мы пользуемся, а с другой стороны, человечество зашло в мировоззренческий тупик.

 

О выборе приоритетов

Именно конвергенция наук и технологий, построение на этой базе новой природоподобной технологической сферы – единственный путь для человечества в решении проблемы выживания, перехода на новый уровень развития. О каких науках идет речь? Несколько десятков лет назад появились информационные технологии, и все решили, что это просто еще одна технология. На самом деле впервые появилась технология принципиально иного – наддисциплинарного - уровня. Сегодня без информационных технологий нет прогресса ни в одной области знаний: от медицины до управления космическими кораблями. Информационные и появившиеся вслед за ними нанотехнологии стали «обручем», который объединил все науки и поставил их на путь конвергенции – сближения, возвращения друг к другу. С помощью нанотехнологий мы научились манипулировать атомами – первоосновой материального мира, осознанно создавая из них новые материалы. Впервые появились технологии-интеграторы: IT-технологии и нанобиотехнологии.

Невозможно сложить все сотни дисциплин сразу. Поэтому сегодня существует новый мировой тренд научного развития – единая новая наука и новая технология под названием НБИК (NBIC) – нано-, био-, инфо-, когно-. Все это базируется на социогуманитарных науках, поскольку процесс конвергенции, слияния наук и технологий не ограничивается только естественно-научными дисциплинами, он намного глубже. Поэтому мы в Курчатовском институте несколько лет назад к установившейся аббревиатуре НБИК добавили букву «С», включив социогуманитарное направление, - и получили таким образом НБИКС-технологии.

Поясню на примере исследований мозга. Как традиционно изучалась его деятельность? Испытуемому задавали определенные вопросы и анализировали его реакции. Первая – ответ на вопрос, вербальная. Этим занимается лингвистика – гуманитарная наука, которая изучает в том числе сознание, мозг. Вопрос вызывает определенную реакцию – эмоции, изменение настроения, поведения. Это изучают гуманитарные дисциплины: психология и социология. Но теперь у нас есть возможность исследовать те же процессы, поместив испытуемого внутрь позитронно-эмиссионного томографа ПЭТ или ядерно-магнитного ЯМР томографа и показав ему какую-то информацию. В этом случае мы можем наблюдать конкретные участки мозга, возбуждаемые в той или иной ситуации. А это уже естественно-научные исследования. Таким образом, когнитивные исследования в той же мере, в какой они были гуманитарными, сегодня становятся естественно-научными. Происходит слияние, срастание гуманитарного и естественно-научного знания.

Сегодня весь ход развития науки и технологий привел к необходимости их конвергенции. В каком-то смысле мы возвращаемся к Ньютону и опять становимся натурфилософами, но уже на уровне глубинного знания. Поэтому главный вызов сегодня – конвергенция наук и технологий. Это принципиально новая научная основа для создания следующего, природоподобного технологического уклада.

 

О НБИКС-технологиях

В Курчатовском институте создан центр НБИКС-технологий. Нанотехнологии – это методология конструирования в основном неорганических материалов путем атомного манипулирования. Биотехнология вводит сюда биоорганику, и мы можем построить гибридный материал – неорганическую подложку, на поверхности которой находится биоподобный детектор, например фоточувствительный белок родопсин. Затем информационные технологии превращают неорганическую подложку в интегральную схему. Мы создаем некий детектор с биоприемником и с интегральной схемой, которая не только что-то измеряет, но и выдает сигнал обратной связи – это известные микроэлектромеханические системы (МЭМС). И, наконец, когнитивные технологии, основанные на изучении сознания, принятии решений, фактически создают базу для создания алгоритма оживления, одушевления создаваемых систем. И все это через когнитивные исследования базируется на социогуманитарных технологиях.

Например, мы решили создать искусственный глаз. Для этого нужно собрать десятки разных специалистов – медиков, биологов, химиков, кристаллографов, физиков, инженеров и т.д. Только их каждодневная работа в одном коллективе, единая цель даст возможность решить эту проблему. Главная идея НБИКС-конвергенции – воссоздать природоподобные технологии на основе соединения достижений микроэлектроники с образцами живой природы. Современная наука уже способна воспроизводить системы и процессы живой природы – например, синтезировать клетки, искусственные ткани и органы. В этом смысле НБИКС-конвергенция имеет ярко выраженную направленность на человека. Ведь речь идет о новых материалах и системах, необходимых прежде всего для медицины (включая диагностику, терапию, доставку и изготовление лекарств, замену поврежденных тканей и целых органов), для транспорта, связи, жилья, охраны окружающей среды. Еще одно важнейшее направление НБИКС-конвергенции – воссоздание природоподобной генерации энергии и крайне экономного природоподобного энергопотребления. Такие исследования также полным ходом идут сейчас в Курчатовском институте. Фактически это и есть конвергенция наук и технологий, первый этап НБИКС-проекта – нового прорыва XXI в.

 

О наших возможностях

Современная междисциплинарная база Курчатовского института – это единственный на постсоветском пространстве специализированный источник синхротронного излучения, нейтронный исследовательский реактор, суперкомпьютер, технологический комплекс микроэлектроники, токамаки. Такое сочетание высокотехнологичных установок на площадке одного института не имеет аналогов.

У нас восемь ресурсных центров, в которых сосредоточено самое современное оборудование. Сейчас активно идет создание технологического корпуса, который будет все это переводить в практику.

Чем это полезно для гуманитарных наук? Например, есть объект, которому много тысяч лет. Неважно, какой он – органический, биоорганический, неорганический. Мы пускаем на него пучок рентгеновского излучения или нейтронов, который пронизывает этот материал, и можем его зафиксировать, увидеть поглощение, определить толщину, коэффициент поглощения и т.д. Но часть этого проходящего излучения может отразиться при определенных условиях. И тогда мы можем увидеть отраженные в нем лучи, структуру. Часть поглотится, и поглощение будет «выделено» веществом в виде флуоресцентного кванта или электрона, имеющего характеристическую энергию. Это своеобразный «лейбл» вещества. Сочетание дифракции и спектроскопии дает возможность определить, в каком положении находится атом в любом веществе и каков тип этого атома. В применении к проблеме сохранности музейных объектов мы можем увидеть и изучить происходящие в них процессы деградации на атомном уровне, понять, почему так происходит, и принять решение, как на это можно повлиять.

 

Mamont_UkkaО мамонтенке Юке и сгоревших свитках

Синхротронное излучение - это базовая диагностика для многих направлений, от медицины и археологии до наук о Земле. Работа с органическими и неорганическими соединениями, создание трехмерных моделей, исследование объектов на атомарном уровне – это лишь малая часть возможностей, которые дает синхротрон. Мы можем с его помощью видеть, как устроены атомарная структура или молекула, можем наблюдать поверхность на уровне мембраны, ее дефекты, примеси и прочее. Объектом исследования могут быть различные археологические артефакты, органические останки, содержащие генетические материалы для анализа ДНК, произведения искусства, архитектуры, живописи, ювелирные украшения. При этом можно работать с объектами очень малых масштабов, что очень важно. Это дает возможность проводить исследования, не рискуя утратить оригинальный объект, ведь достаточно лишь нескольких частиц, чтобы получить нужный результат.

Говоря о возможностях синхротрона, можно вспомнить о свитках, сгоревших при извержении Везувия 24 августа 79 г., но сохранившихся в виде застывшего пепла. С помощью синхротронного излучения удалось прочитать надписи на этих свитках, сделанные 2 тыс. лет тому назад. Еще один пример – компьютерная томография статуи Будды, которая завершилась удивительной находкой мумии монаха внутри нее.

Сейчас активно развиваются также аддитивные технологии, которые позволяют осуществлять вместе с компьютерными технологиями реконструкцию объектов. Около 20 лет назад, например, с помощью таких технологий были идентифицированы останки царской семьи. Подобные технологии позволяют воспроизводить в принципе любые модели. Это важно, например, не только в медицине, но и в реставрационных работах и т.д.

Из недавних примеров. В Курчатовском институте мы изучали мозг мамонтенка Юки, который пролежал во льду 40 тыс. лет. Была сделана томограмма, а затем стереолитографическая копия его мозга, которая позволила увидеть его структуру и сделать 3D-модель.

Нет сомнений, что такая конвергенция современных естественно-научных методов и гуманитарного знания готовит нам в самом ближайшем будущем много новых интереснейших открытий и находок.

Подготовила Ольга Беленицкая

государственный исторический музей исследования конвергенция курчатовский институт мамонтенок юка

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий