Для чего нужны научные открытия
Важность и значимость проведения научных исследований в современной науке
Научные исследования представляют собой уникальный процесс, на протяжении которого изучаются действующие теории, основные проблемы и разрабатываются совершенно новые методы их решения. Итогом научного исследования является подтверждение или опровержение изначально выдвинутой автором гипотезы.
Научные исследования представляют собой уникальный процесс, на протяжении которого изучаются действующие теории, основные проблемы и разрабатываются совершенно новые методы их решения. Итогом научного исследования является подтверждение или опровержение изначально выдвинутой автором гипотезы.
Написание научной работы сопровождается изучением большого объема информации и получением новых знаний и навыков.
Научное исследование: работа и творчество в одном лице
Проведение научного исследования основывается на таких действиях, как:
— определение ее симптомов и причин;
— выявление свойств и воздействия проблемы на объект исследования;
— изучение теоретических аспектов по поставленной проблеме и выбранной теме исследования: выявление истоков, закономерностей, развитие и оценка текущего состояния;
— определение стандартных, оптимальных или неординарных методов решения проблемы;
— оценка эффективности предлагаемых мероприятий.
Научное исследование – это целенаправленный процесс, то есть работа, предусматривающая выполнение конкретных действий (обязанностей) и пр. Здесь автору требуется глубоко изучить выбранную тему, определить границы «дозволенного» с помощью постановки цели, задач, предмета и объекта.
Таким образом, научное исследование позволяет получить новые знания, укрепить имеющийся багаж знаний и навыков, а также проявить свои творческие способности в части обработки текста, выбора методов исследования, интерпретации полученных результатов и пр.
Нужна помощь преподавателя?
Мы всегда рады Вам помочь!
Научное исследование как главный элемент научных открытий
Наука – это познавательный вид деятельности человека, которые направлены на разработку новых теорий, методик и иных открытий. Совершить столь колоссальный прорыв невозможно без исследования, которое предполагает выполнение конкретных действий в целях получения новых данных.
Научное исследование предполагает анализ текущей ситуации, конкретизацию существующих проблемы и выявление оптимальных способов их решения. В целях поиска нового способа воздействия на проблему исследователи используют следующие меры: наблюдение, эксперимент, опрос, анализ, сравнение и др.
Фактически, научные исследования являются не только толчком для развития и рождения чего-то нового, но и неким способом фиксации открытия, так как весь ход проделанной работы будет зафиксирован в виде ВКР, диссертации, монографии, научной статьи и пр.
Роль научных исследования в современной науке и жизни общества
Научные исследования призваны разработать что-то новое. Именно научные труды являются теоретической базой, своего рода «инструкцией» для новых технологий и изобретений. С помощью результатов таких проектов ученые могут создавать товары и продукты лучшего качества с наименьшей себестоимостью, новые методики лечения болезней, способы противостояния стихийным бедствиям и пр.
Каждое научное исследование обладает своей ценностью. Данный критерий выражается в теоретической или практической значимости проекта, его новизне. Эти постулаты автор работы описывает во введении и заключении. Они характеризуют вклад исследователя в развитие науки и отрасли: как полученные результаты и предлагаемый метод может применяться в жизни, что он принесет, что ожидать и пр.
В ходе исследования автор может досконально изучить интересующий его вопрос, собрать доказательную базу, а затем на основе полученной информации аналитических данных разработать уникальный метод (алгоритм).
Таким образом, научное исследование способствует развитию науки и выступает в качестве главного механизма для свершения новых открытий.
Трудности с учебой?
Помощь в написании студенческих и
аспирантских работ!
Важность исследований для общества и человечества
Содержание:
В важность исследования Научный вывод состоит в том, что это ключ к получению новых знаний и решению проблем, которые позволяют продвигать общество и выживать человеку. Без исследований не было бы никаких очень важных достижений для людей, таких как лекарства, телескопы, средства транспорта, средства массовой информации или путешествия в космос.
Однако сегодня многие люди до сих пор не знают, зачем нужны научные исследования. На государственном уровне многие страны не вкладывают достаточно средств в эту сферу; а некоторые люди даже зашли так далеко, что категорически отвергли науку.
В этой статье мы увидим важность научных исследований в нескольких различных областях, чтобы мы могли немного лучше понять, для чего используется этот способ сбора данных и какое влияние он оказывает на различные области нашей жизни.
Для чего нужны научные исследования?
— Приобретение новых знаний
Научные исследования необходимы для получения новых знаний; на самом деле это самый надежный способ сделать это. Эти знания можно получить в разных областях науки; медицина, физика, биология, химия, математика и др.
Например, в биологии может быть обнаружен новый тип клетки и ее функции в организме человека. В химии может быть открыт новый химический элемент, его свойства и возможности его применения.
— Борьба с болезнями
Например, открытие пенициллина и антибиотиков помогло нам снизить смертность от инфекций, вызванных бактериями, которые когда-то были одной из основных причин ежегодной смертности.
Сегодня исследования больше сосредоточены на решении таких проблем, как рак или нейродегенеративные заболевания, поскольку за последние десятилетия их объем значительно сократился.
— Борьба с изменением климата
Один из главных аргументов против науки заключается в том, что ее достижения в значительной степени вызвали изменение климата. Однако многие люди не понимают, что это также наш главный инструмент для решения этой проблемы.
Таким образом, развитие и совершенствование возобновляемых источников энергии, исследования ядерного синтеза или создание механизмов для уменьшения количества CO2 в атмосфере могут полностью решить проблему изменения климата в ближайшие десятилетия.
— Улучшение качества жизни
Важность научных исследований проявляется как можно более четко в их влиянии на нашу повседневную жизнь. Открытия последних столетий полностью изменили наше понимание мира и устранили многие проблемы, с которыми приходилось сталкиваться нашим предкам.
— Создание новых возможностей
В прежние времена план жизни большинства людей был очень прост: работать от рассвета до заката в поле, чтобы получить достаточно еды, чтобы пережить еще один сезон. Однако сегодня научные исследования предоставили нам гораздо больше свободы в выборе того, чем мы хотим заниматься.
Легкий доступ к продуктам питания, повышение качества жизни и создание таких технологий, как Интернет или современные транспортные средства, сыграли фундаментальную роль в создании образа жизни, которым пользуются жители этих стран сегодня. развит.
— Увеличение продолжительности жизни
Ожидаемая продолжительность жизни постепенно увеличивалась со времен промышленной революции. Раньше это было около 35 лет жизни; в то время как в некоторых частях мира сегодня приближается 80 лет.
— Помощь для éуспех в бизнесе
Исследования играют жизненно важную роль в бизнесе. Многие успешные компании, например, производящие потребительские товары или товары массового потребления, инвестируют в исследования и разработки (известные как НИОКР).
Исследования и разработки также позволяют предлагать новые продукты и услуги, решающие новые проблемы. Например, фармацевтические компании должны вкладывать средства в исследования, чтобы открывать новые лекарства, которые лечат болезни, от которых до сих пор нет лекарства.
Причины важности научных исследований
Но почему наука так важна и как она может так существенно повлиять на столь много разных областей? В этом разделе мы увидим основные причины, объясняющие важность исследования.
— Это позволяет нам адаптироваться к миру
Благодаря этим знаниям, полученным в результате научных исследований, мы можем создавать решения для борьбы с наиболее распространенными проблемами в нашей окружающей среде.
Например, понимание иммунной системы и вирусов помогло нам создать вакцины, которые используются для искоренения многих очень опасных заболеваний.
— Помогает нам мыслить логически
Например, применение научного метода и исследования новых строительных материалов, воздействия гравитации и ископаемого топлива позволили нам запускать ракеты в космос со всеми изменениями, которые это внесло в нашу повседневную жизнь.
— Развивает наши умственные способности
Применение научного метода предполагает очень необычное мышление в других сферах жизни. Помимо прочего, исследование требует непредвзятости, изучения всех вариантов, творческого подхода к поиску новых объяснений и решений и способности всегда сохранять объективность.
Таким образом, научные исследования во многих случаях становятся инструментом улучшения умственных способностей людей, которые им занимаются. Благодаря науке такие гении, как Исаак Ньютон или Альберт Эйнштейн, смогли изменить мир, используя только свое мышление.
— Открывайте новые возможности
В мире науки говорят, что исследования развиваются по экспоненте. Это означает, что когда делается новое открытие, оно открывает двери для многих других, которые могут произойти в будущем.
Так, паровая машина первоначально использовалась для создания автоматических швейных машин; но позже это позволило нам сделать новые открытия, которые побудили нас строить автомобили, самолеты и даже космические челноки.
— Позволяет объединить усилия многих людей
Конечным преимуществом использования научного метода является то, что, поскольку это организованный набор шагов и техник, им может следовать любой, а его результаты понятны любому, кто с ним знаком.
Таким образом, исследования основываются на предыдущей работе, что позволяет быстрее добиться значительного прогресса.
Важность исследований в повседневной жизни
Несмотря на то, что часто мы думаем о науке как о чем-то очень далеком, что происходит только в университетах и лабораториях, правда в том, что она является важным элементом нашей повседневной жизни. Практически все, что мы делаем в повседневной жизни, зависит от научного метода и его достижений.
От современных средств передвижения до мобильных телефонов, компьютеров и Интернета, до способов, которыми мы получаем нашу еду, одежду и жилье, почти ни один из элементов нашей повседневной жизни не возник бы, если бы не научное исследование.
Важность исследований для развития знаний
Наука не только непосредственно отвечает за улучшение жизни людей. В других областях он также сосредоточен на продвижении знаний и понимания окружающего мира.
В этом смысле чистые и естественные науки оказывают наибольшее влияние на наше понимание Вселенной. Например, благодаря физике сегодня мы довольно приблизительно понимаем, как работает наша среда; а такие науки, как биология и психология, помогают нам понять живые существа и самих себя.
Общественное влияние
Несмотря на то, что социальные движения были очень важны в таких областях, как получение прав и повышение качества нашей жизни, наука оказала в этом отношении не меньшее влияние, чем они.
Например, создание новых сельскохозяйственных технологий позволило значительной части населения перестать работать на полях, что привело к повышению качества жизни и установлению 40-часовой рабочей недели. Нечто подобное происходит с созданием богатства, которое все больше и больше растет по мере новых научных открытий.
Интересные темы
Важность маркетинговых исследований.
Ссылки
Какой была повседневная жизнь ольмеков?
Комплекс неполноценности: 5 советов по его преодолению
Зачем человечеству нужна наука?
Редакция ArtMisto открывает новую рубрику научно-популярных статей, где наши друзья из проекта 15х4 будут публиковать материалы, посвященные научным открытиям, техническому прогрессу, новым технологиям и их взаимодействию с окружающей средой.
Текст: Андрей Филатов
Сегодня, в первом материале нашей новой рубрики, попробуем разобраться, в чем все-таки состоит польза науки для обычного человека.
Первое что приходит на ум — наука объясняет фундаментальные принципы устройства мира.
Из этого следует, что благодаря науке человек способен лучше понимать мир, в котором живет. Но чтобы совершить хоть сколько-нибудь значимое открытие, недостаточно теоретических знаний, нужно еще и создать оборудование, на котором возможно их применить.
Современный мир устроен так, что на создание новой технологии необходимо финансирование, а финансирование для проведения исследований в должном объеме могут получать и эффективно использовать только две отрасли: научная, и военная. Однако открытия военной отрасли чаще всего попадают под гриф «секретно», и только спустя многие годы становятся достоянием общественности (не говоря о том, что зачастую стоят тысячи человеческих жизней). Научные открытия и технологии, в свою очередь, практически сразу становятся доступны коммерческому сектору.
Рентгеновские детекторы некоторое время использовались в военной промышленности в разведывательных целях (на спутниках шпионах, для контроля проведения испытаний ядерного оружия). Как и многие другие, эти технологии были засекречены, но как только астрономы стали изучать небесную сферу в рентгеновском диапазоне, компанией-производителем астрономических детекторов был создан прибор для досмотра багажа, которым и сейчас пользуются в каждом аэропорту. При разработке Большого адронного коллайдера были отработаны технологии создания сверхпроводящих магнитов (которые также являются основной деталью аппаратов МРТ). Как следствие, затраты на производство магнитов резко сократились, и значительное количество клиник во всем мире смогли закупить более доступные аппараты МРТ. Итак, создание современного крупного научного инструмента влечет за собой целый ряд технологических открытий, которые доступны коммерческому сектору.
Можно возразить, многие крупные коммерческие компании, вроде Apple,тратят серьезные суммы на разработку новых технологий и тоже являются двигателями технологического прогресса. Это вполне правдивое замечание, но тут стоит рассказать одну историю. В конце 80-х в жизнь людей пришли первые беспроводные технологии, а ведущим игрокам IT-индустрии стало ясно, что создание беспроводной связи между портативными устройствами это очень перспективное направление.
Ответ в мотивации: труд над поставленной исключительно коммерческой задачей не может мотивировать работать также эффективно, как занятие интересным и любимым делом
Вторую важную роль науки в современном обществе можно сформулировать следующим образом: занимаясь наукой, люди находятся в сверхмотивированном состоянии, которое позволяет совершать грандиозные открытия, даже не осознавая их значение для общества.
Наука для каждого
Если с ценность науки для человечества в целом вполне ясна, то самое время задаться вопросом, есть ли польза для отдельно взятого человека, не связанного непосредственно с научной деятельностью? Ответ на этот вопрос правильней начинать издалека. Зачастую, крупные международные компании нанимают в свои исследовательские отделы людей именно из научной среды. Можно предположить, что работники науки имеют обширный запас знаний в своей области, но это далеко не ключевой фактор. Причина в том что, работая в научном сообществе, человеку необходимо решать задачи, которые до него еще никто не решал, и без какой-либо гарантии, что у них вообще есть решение. Н еобходимость постоянно обрабатывать огромные потоки новой информации формируют особый склад ума, который условно называют критическим и аналитическим мышлением. Именно эти качества, доведенные до совершенства, помогают находить ответы на казалось бы, нерешаемые вопросы.
И тут не лишним будет вспомнить, что работа нашего мозга очень напоминает работу мышц: для поддержания высокой мозговой активности его нужно постоянно тренировать.
При решении сложных задач или изучении нового материала, в мозге формируются нейронные связи, которые в дальнейшем помогут более продуктивно обрабатывать любую информацию, с которой мозгу придется столкнуться
С этой точки зрения наука выступает в роли идеального тренажёра для ума, позволяя становиться не только образованнее, но и фактически умнее.
«Создают то, чего не было раньше» Как ученые влияют на жизни миллионов людей
В последние десятилетия общество стремительно меняется, а вместе с ним и наука. Интерес к научным достижениям и их возможностям неуклонно растет, поэтому сегодня для исследователя важно не только сделать открытие, но и правильно о нем рассказать. Меняются и условия работы — ученые чаще используют цифровые технологии, улучшить которые в ближайшем будущем поможет прогресс в области создания квантовых компьютеров. «Лента.ру» и Homo Science рассказывают, как изменится деятельность ученых и методы научных открытий в будущем.
Пандемия COVID-19 существенно изменила уклад нашей повседневной жизни, сделала ученых самыми востребованными ньюсмейкерами, превратила их в самостоятельных инфлюэнсеров, которым внимают миллионы людей. В то же время руководители, принимающие стратегические решения, все чаще обращаются к отраслевым специалистам, ожидая, что их данные помогут предпринять верные шаги для стабилизации ситуации.
Ученый обязан публиковаться, представлять свои знания и результаты в научном сообществе. Наукометрия — не пустой звук, статус ученого нужно подтверждать
Научный и технический прогресс требует гораздо больше времени, чем ожидает обыватель. Три статьи Эйнштейна, выпущенные в 1905 году, или, например, публикации Уотсона и Крика об открытии структуры ДНК прогремели на весь мир, но, как правило, одна статья в научном журнале редко что-то меняет в жизни ученого и всего человечества. Трудно предсказать, какие именно исследования принесут плоды. Даже знаменитый физик Генрих Герц считал открытые им электромагнитные волны совершенно бесполезными и не мог предсказать, какое значение электромагнетизм приобретет в будущем.
Фундаментальная наука не может принести немедленных результатов, однако часто происходит так, что теоретические изыскания со временем находят применение. Любые технологии, в том числе те, что спасают человеческие жизни, опираются исключительно на фундаментальные знания, и именно кропотливая работа ученых создает задел для технологического развития и более комфортной жизни в будущем.
Доступно и популярно
«Наука помогает людям не только понять законы вселенной и все, что есть в ней здесь и сейчас, но и сделать прогноз, заложить прочный фундамент на будущее», — отмечает советник частного учреждения «Наука и инновации» Госкорпорации «Росатом», кандидат технических наук Екатерина Солнцева.
То, насколько важно общественное доверие к науке, становится понятно в периоды катастрофических событий вроде пандемии COVID-19. Люди, которые не понимают, как работает человеческий иммунитет, как действует вакцина, могут стать косвенными виновниками распространения заболевания, отказываясь от прививок без достаточных на то оснований. Схожая проблема возникает и при обсуждении климатического кризиса: далекие от науки люди считают, что роль человечества в глобальном потеплении переоценена, несмотря на то, что климатологи утверждают прямо противоположное.
Именно поэтому для ученых становится обязательной публичная активность. К примеру, научные фонды, выделяющие гранты, часто требуют, чтобы результаты работы освещались в СМИ. Как правило, этим занимаются пресс-службы научных учреждений, но некоторые ученые сами берутся за популяризацию своей области знаний, пишут книги для широкого круга читателей, выступают с публичными лекциями. Многие ученые стали настоящими иконами массмедиа и поп-культуры, как, например, астроном Карл Саган, физик Стивен Хокинг, биолог Ричард Докинз.
В России популяризация науки стала активно развиваться в 2010-х годах: появились научные блогеры, профессиональные научные журналисты и даже ученые, вокруг которых сформировалась своя фан-база. Проводятся фестивали науки и другие мероприятия, способные пробудить у общественности интерес не только к простым, но и к достаточно сложным научным темам вроде квантовой механики.
Далеко не каждый ученый может уделять время публичным лекциям, поскольку почти все оно уходит на профессиональную деятельность и обучение молодых специалистов. Однако молодые люди, которые хорошо разбираются в научных достижениях и цифровых технологиях, вполне способны взять на себя роль посредников между исследователями и обществом.
Некоторые популяризаторы активно следят за качеством информации, критикуют коллег за допущенные неточности и искажение фактов, рассказывают широкой публике, как тренировать критическое мышление, как распознавать фейки в социальных сетях и новостных изданиях.
Мне кажется, неважно, будет ли это сам ученый или коммуникатор, способный донести сложные научные термины до обывателей простым языком. Важно, чтобы это было сделано правильно, своевременно, интересно и без искажения фактов
Взрыв данных
Стремительное развитие цифровых технологий существенно расширило исследовательские ресурсы и инструментарий ученых. На повседневной основе они используют в работе не только данные экспериментов, но и результаты, полученные с помощью компьютерного моделирования. Речь идет о возможности выполнять вероятностные расчеты такой сложности, которые ранее были недоступны.
В связи с этим число публикаций растет с каждым годом. Национальный научный фонд США провел масштабное исследование, которое показало, что за последнее десятилетие объем научных статей и докладов на конференции рос на четыре процента в год. Согласно подсчетам компании Altmetric, в 2020 году, когда мир столкнулся с коронавирусом, ежегодное число научных публикаций во всем мире резко выросло и составило более трех миллионов, причем самые цитируемые статьи были связаны с исследованием SARS-CoV-2 и отслеживанием пандемии COVID-19.
Очевидно, что объем данных, которые приходится учитывать исследователю, тоже растет. В современной физике обрабатываемое количество информации намного больше, чем в банковской сфере. Что такое Big Data для современной физики, прекрасно продемонстрировала Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН). Ежегодно Большой адронный коллайдер (БАК) производит 90 петабайт данных (один петабайт равен квадриллиону байт), а еще 25 петабайт — в ходе других экспериментов ЦЕРН. Общий объем информации, который хранится в информационных центрах ЦЕРН, уже превысил 300 петабайт. Для обработки этого колоссального количества данных используется несколько подходов.
Во-первых, создаются коллаборации, объединяющие сотни вычислительных центров по всему миру. Так называемые распределенные вычисления могут производиться не только суперкомпьютерами, но и тысячами добровольцев с персональными компьютерами.
Еще в 2004 году был запущен проект LHC@Home, который в настоящее время объединяет усилия около десяти тысяч волонтеров по всему миру, в том числе в России. Однако данные, получаемые на БАК, продолжают расти, из-за чего в скором времени может потребоваться увеличение пропускной способности сети в несколько раз. Чтобы справиться с взрывным ростом информации, которую необходимо обработать для получения ценных результатов, нужны новые подходы — например, разработка новых алгоритмов высокопроизводительных вычислений.
Это актуально не только для физики частиц, но и для других научных областей — например, молекулярной биологии и фармацевтики. Свойства жизненно важной биологической молекулы зависят от того, в какую трехмерную структуру она свернется. С размером молекулы экспоненциально растет число возможных конфигураций, и на то, чтобы предсказать правильную структуру методом перебора, у компьютера могут уйти сотни тысяч лет непрерывной работы. Решить эти проблемы могут, например, технологии машинного обучения.
Сейчас почти невозможно предсказать, что именно нужно будет знать исследователю даже в недалеком будущем. Именно поэтому появляются ученые, которые одинаково хорошо разбираются как в своей специальности, так и в вычислительных методах. Хорошим примером такого междисциплинарного подхода является биоинформатика, которая объединяет в себе не только компьютерные науки и машинное обучение, но и генетику, молекулярную и эволюционную биологию, химию и кибернетику. Компетентные ученые, занятые в этой области, могут и создавать новые алгоритмы, и со знанием дела использовать уже имеющиеся, получая ценные результаты.
Новаторские исследования, проводимые на стыке различных наук, имеют больше шансов выделиться из океана публикуемых статей, попасть в престижные научные журналы и получить признание мирового научного сообщества. Чтобы оставаться в тренде, ученые должны не только поддерживать прочные связи с коллегами и выступать на конференциях, но и осваивать новые методы исследований и быть в курсе последних научных достижений. Только так можно остаться конкурентоспособным в эпоху больших данных.
Цифровая революция
По оценкам эксперта в области искусственного интеллекта Ли Кайфу, через 15 лет ИИ сможет заменить до 40 процентов профессий. В то же время большинство экспертов сходятся во мнении, что это не станет угрозой для ученых. Хотя компьютеры могут делать открытия, характеризуя явления и генерируя научные объяснения, полностью заменить исследователей они не в состоянии.
Искусственный интеллект, по-видимому, всегда будет конечен, и его все равно нужно будет слегка направлять в нужное русло. В работе исследователя требуется нечто большее — интуиция, творчество и разум, который является бесконечным
Действительно, искусственный интеллект более приспособлен к одним аспектам научной деятельности и менее — к другим. Лучше всего у него получается обработка числовой информации, но о творческом мышлении говорить пока не приходится.
Как научить тому, чего еще нет? Именно этим занимаются настоящие ученые: они открывают новое, а не просто ведут обработку статистики. Они создают новые модели — то, чего не было раньше
По мнению лауреата Нобелевской премии Роджера Пенроуза, сознание человека зависит от неалгоритмических физических процессов, что делает его воспроизведение с помощью искусственного интеллекта практически невозможным. Философ Дэвид Гиллиес подчеркивает, что у людей есть «политическое превосходство» над ИИ: он создан и разработан человеком для того, чтобы решать его проблемы. Разрешение компьютером определенного ряда проблем создает новые проблемы, которые ИИ уже не будет способен решить.
Этот подход называется генеративным моделированием (ГМ), и он заключается в поиске наиболее вероятного объяснения наблюдаемых данных. Например, астрофизики использовали ГМ для исследования эволюции галактик, при этом задача состояла в том, чтобы найти в данных скрытые закономерности. ИИ определил, что чем больше плотность окружения галактик, тем краснее становятся сами галактики.
Чтобы объяснить, почему это происходит, ученые вмешиваются в модель и изменяют некоторые параметры, а потом исследуют результат. Меняя скорость формирования звезд, ученые сумели изменить цвет галактик в модели, что указывает на связь этих параметров. Это похоже на обычную симуляцию, однако для этой модели не требуются предварительные знания о процессах, происходящих в галактиках. Данные сами показывают то, что ученые хотят знать. Это похоже на то, как человек определяет пол другого человека по лицу, не строя для этого подробные теоретические модели.
Астрофизик Кевин Шавинский называет генеративное моделирование третьим способом изучения Вселенной — наряду с наблюдением и экспериментом. Однако многие ученые рассматривают ИИ лишь как «усердного ассистента», готового взять на себя рутину и оставляющего исследователю простор для творчества. ИИ также способен значительно ускорить научные исследования, что очень важно в эпоху больших данных.
С компьютерным моделированием тесно связано еще одно направление цифровых технологий — создание цифровых двойников. Так называются виртуальные копии физических объектов или процессов, которые точно воспроизводят свойства оригинала. Ученые создают цифровых двойников, чтобы предсказывать, как поведет себя та или иная система в определенных условиях. Например, можно создать виртуальную копию какого-либо материала, чтобы посмотреть, как на него будет действовать высокая или низкая температура, давление или сильная деформация.
Цифровые технологии значительно изменят науку будущего, предоставляя ученым новые инструменты для познания Вселенной. Компьютерное моделирование, ИИ и роботизированные системы сделают исследовательские процессы более интересными, позволят талантливым ученым сделать еще больше открытий и ускорят научный прогресс.
Квантовая революция
Одним из перспективных направлений является разработка квантовых компьютеров, которые способны дать толчок развитию многих сфер науки. Например, такие машины могут улучшить понимание искусственным интеллектом естественного языка, дать ему возможность анализировать целые предложения и фрагменты текста вместо отдельных слов. Квантовый компьютер способен совершить революцию в разработке синтетических лекарств и биоактивных материалов, а также значительно ускорить обработку больших данных. От обычных компьютеров квантовые машины отличаются принципиально иной архитектурой, которая позволяет им проводить множество вычислений одновременно.
Квантовый компьютер имеет серьезное преимущество в вычислительной мощности. Представьте, что на обычном компьютере нужно сделать вычисление из десяти последовательных шагов, обработать полученный результат на первом шаге, запустить второй шаг моделирования, снова обработать результат, запустить третий — и так далее. В квантовом компьютере нужно будет сделать только один шаг со всеми условиями, и программа позволит смоделировать все возможные результаты эксперимента
Считается, что квантовые компьютеры могут предоставить ученым и медицинским специалистам возможность решать задачи, на которые даже с помощью самых мощных суперкомпьютеров уйдут тысячи лет. Ученые надеются, что квантовые вычисления и моделирование ускорят разработку вакцин против инфекционных заболеваний, помогут предотвращать эпидемии, позволят быстрее создать препараты от рака и нейродегенеративных нарушений, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона.
Квантовые компьютеры могут быть полезны не только в биологии или моделировании процессов, они также помогут в разработке катализаторов для утилизации углекислого газа из атмосферы, что позволит бороться с изменением климата. Они ускорят решение задач, сложность которых растет экспоненциально, — например, так называемой задачи коммивояжера, которая заключается в поиске оптимального маршрута. Соответственно, с помощью квантовых вычислений можно оптимизировать потоки данных в сети, что имеет огромное значение, например, для обработки петабайтов данных, полученных в ЦЕРН и других ускорительных лабораториях.
Однако, как отмечает информатик-теоретик Скотт Ааронсон, квантовые компьютеры в том виде, в котором они есть сейчас, представляют собой «ненатуральные» устройства — иными словами, наилучшего эффекта от их использования можно достичь лишь при ограниченном наборе применений, в частности, связанных с моделированием квантовых систем. «Несмотря на то что квантовые компьютеры сохранят свое теоретическое превосходство, их практический вклад будет невелик», — предупреждает исследователь.
«Полезный» же квантовый компьютер, который будет решать важные задачи, с которыми иначе бы справиться не удалось, потребует наличия гораздо большего количества кубитов, чем имеют нынешние прототипы. Впрочем, по заявлениям одного из разработчиков квантовых компьютеров PsiQuantum, производить универсальные устройства — пока размером с целую комнату — начнут уже в ближайшие годы.
В России разработкой таких компьютеров занимается Национальная квантовая лаборатория, основанная под эгидой «Росатома». Полноценное устройство для квантовых вычислений планируется создать к 2024 году, стоимость проекта составляет 24 миллиарда рублей. Сегодня в России уже имеются прототипы, состоящие из нескольких кубитов.
Квантовые компьютеры не смогут полностью заменить обычные компьютеры, но расширят возможности ученых в моделировании сложных процессов. Поскольку стоимость таких машин очень велика, далеко не каждое научное учреждение сможет его себе позволить, не говоря уже о том, чтобы приобрести персональный квантовый компьютер. Решить эту проблему может удаленный доступ через облачные платформы. В этом случае пользоваться квантовыми компьютерами смогут как государственные организации и корпорации, так и научные центры и университеты.
В настоящее время наука как никогда ранее важна для человечества. Не имея специализированных знаний о природе, нельзя справиться с вызовами современности — пандемией, изменением климата и другими кризисами. В то же время происходит взрывной рост объемов данных, который влияет на развитие новых информационных технологий. Многие молодые люди понимают, что научная карьера может быть перспективной и актуальной, однако для этого нужно много и упорно работать, быть открытым ко всему новому и одновременно развивать критическое мышление. Ученый будущего должен постоянно осваивать новые технологии и взаимодействовать с коллегами, чтобы быть в курсе современных тенденций. Только в этом случае наука будет развиваться, улучшая жизнь человечества.
Но наука будущего — это не только мир профессиональных ученых. Общество должно понимать, насколько важны научные открытия и разработки. Научная безграмотность не только делает людей уязвимыми для опасной дезинформации, например, о вреде или бесполезности вакцин, но и ставит под угрозу само развитие науки.