Часть ii. человечество на рубеже новой эры
Глава 7. УСКОРЕНИЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ
Десятилетия, прошедшие после второй мировой войны, ознаменовались дальнейшим ускорением темпов научно-технического развития. Между двумя мировыми войнами период времени, требующийся для удвоения объема научных знаний, составлял около 24 лет, в 1945—1964 гг. — 14 лет, к концу века для разных сфер знания он составил не более 5—7 лет.
ТЕХНОЛОГИИ НОВОЙ ЭПОХИ
Крупнейшее из открытий XX века, овладение ядерной энергией, в большой мере использовалось в военных целях. Открытие в начале 1950-х гг. термоядерных реакций (слияния легких ядер в более тяжелые при сверхвысоких температурах) и в СССР и США было обращено на создание водородных бомб. Они были в сотни раз разрушительнее, чем урановые и плутониевые. Лишь в 1956 г. в Великобритании был построен ядерный реактор, который был признан годным для коммерческой эксплуатации. Ядерная энергетика к концу века обеспечивает не более 8% мирового производства энергии. Большая часть производится за счет сжигания нефти (40%), угля (25%), газа (18%). ГЭС и иные источники энергии обеспечивают лишь 7% ее производства. Геотермальные (использующие внутреннее тепло Земли), приливные (энергия морских приливов), солнечные, ветряные электростанции пока еще остаются редкостью.
Транспорт, космонавтика и новые конструкционные материалы. Продолжалось развитие средств транспорта. В 1990-е гг. в мире насчитывалось свыше 500 млн. автомобилей (около трети из них — в США), их ежегодный выпуск достиг 30 млн. штук.
На протяжении XX века постоянно увеличивалась грузоподъемность судов. В 1970-е гг. появились танкеры водоизмещением более 500 тыс. тонн. Быстроходность кораблей возросла вдвое за последние 50 лет. С овладением ядерной энергией появились корабли и подводные лодки с атомными силовыми установками, способные годами бороздить морские просторы без захода в порты. Получили развитие, пока ограниченное, транспортные средства на воздушной подушке, способные передвигаться не только по воде, но и по суше.
Значительно возросло значение транспортной авиации. В Англии в 1949 г. был создан первый прототип пассажирского реактивного самолета «Комета». Однако основное применение на авиалиниях нашли советские реактивные самолеты «ТУ-104» (выпускались с 1955 г.) и американские «Боинг-707» (с 1958 г.). В 1970 г. в США был создан гигантский самолет «Боинг-747», способный поднимать на борт до 500 пассажиров. В 1950-е гг. военная авиация освоила сверхзвуковые скорости, а в 1970-е гг. появились первые пассажирские самолеты, летающие на сверхзвуковых скоростях: советский «ТУ-144» (1975 г.) и англо-французский «Конкорд» (1976 г.).
Послевоенное развитие ракетной техники было, главным образом, подчинено стремлениям СССР и США создать более эффективные средства доставки ядерного оружия, чем бомбардировщики. Первым свои достижения в этой сфере продемонстрировал Советский Союз, запустивший в 1957 г. первый искусственный спутник Земли (США осуществили такой запуск в 1958 г.), а в 1961 г. выведший на орбиту вокруг Земли космический корабль с человеком на борту. В 1961 г. в США была принята программа «Аполлон» — пилотируемого полета на Луну, успешно завершенная в 1969 г. Автоматические космические зонды достигли Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, вышли за пределы Солнечной системы.
Соперничество в космосе позволило значительно повысить надежность космических аппаратов, удешевить их, что создало условия перехода к систематическому освоению околоземного космического пространства. В СССР и США были разработаны космические аппараты многоразового пользования, хотя советский «Буран» не нашел практического применения. Орбитальные станции и искусственные спутники Земли стали выполнять не только военные, но и гражданские функции, использоваться для научных экспериментов, астрономических наблюдений, трансляции радио и телепередач, поддержания связи (первый спутник связи был запущен в 1962 г.), метеорологических наблюдений, геологоразведки и гак далее. Возникает перспектива создания постоянно действующих орбитальных комплексов, где в условиях невесомости будут создаваться новые биологически активные и кристаллические вещества для медицины, биохимии, электроники.
Авиация и космонавтика создали стимул для поиска новых конструкционных материалов. В конце 1930-х гг. с развитием химии, химической физики, изучающей химические процессы с использованием достижений квантовой механики, кристаллографии стало возможным получать вещества с заранее заданными свойствами, обладающими большой прочностью, стойкостью. В 1938 г. почти одновременно в Германии и США были созданы искусственные волокна — капрон, перлон, нейлон, синтетические смолы, позволившие разработать качественно новые конструкционные материалы. Их производство приняло особенно большие масштабы после второй мировой войны. Только за период с 1951 по 1966 г. ассортимент продукции химической промышленности увеличился в 10 раз. Не стояла на месте и металлургия, освоившая производство особо прочной легированной стали (с добавками вольфрама, молибдена), титановых сплавов, использующихся в авиации и космонавтике.
Биохимия, генетика, медицина. Химия не обошла своим вниманием и сельское хозяйство, где с началом XX века началось применение минеральных удобрений, увеличивающих плодородие почвы. Во второй половине века широко стали применяться химические методы борьбы с вредителями сельского хозяйства (ядохимикаты), сорняками. Создание веществ, выборочно уничтожающих одни виды растений и безвредных для других, стало возможным благодаря развитию биологии, биохимии. Новое значение приобрели осуществленные в начале века исследования немецкого ученого А. Вейсмана и американского ученого Т. Моргана, которые, опираясь на работы чешского натуралиста Г. Менделя о наследственности, заложили основы генетики — науки о передаче наследственных факторов в растительном и животном мире. Опыт работ 1920—1930-х гг. по совершенствованию агротехнических приемов (в частности, Л. Бербанка по селекции семян, совершенствованию сортов культурных растений) в сочетании с удобрениями, пестицидами, совершенствованием технических средств обработки земли позволил с 1930-х по 1990-е гг. в 2—3 раза повысить урожайность многих культур.
Работы в области генетики, исследования механизма наследственности привели к развитию биотехнологий. Генетические исследования в СССР, связанные с именем академика Н.И. Вавилова, были свернуты, после того как генетику объявили лженаукой, а те, кто ее разрабатывали, погибли в советских лагерях смерти. Лидерство в этих исследованиях перешло к США. В 1953 г. ученые Кембриджского университета Д. Уотсон и Ф. Крик открыли молекулу ДНК, несущую в себе программу развития организма. В 1972 г. в Калифорнийском университете исследовались возможности изменения структуры ДНК, что открывало путь к созданию искусственных организмов. Первый патент в этой области, за создание методом генной инженерии микроорганизма, ускоряющего переработку сырой нефти, был выдан в 1980 г. американскому ученому А. Чакрабарти. В 1988 г. Гарвардский университет получил патент за выращивание, с помощью генетических манипуляций, живой мыши. Началось выведение новых пород животных и растений. Они гораздо лучше, чем базовые виды, приспособлены к неблагоприятным климатическим условиям, обладают иммунитетом ко многим заболеваниям и т.д.
На пороге XXI века были открыты возможности клонирования — искусственного выращивания из одной клетки точного биологического подобия организма донора. Вопросы этичности столь глубокого вмешательства в природные процессы, потенциальной опасности генетических экспериментов, последствия которых не всегда предсказуемы, обсуждались неоднократно, но это не привело к их прекращению.
Развитие биохимии и генетики сказалось на развитии медицины. Еще в конце XIX века были открыты микроорганизмы, являвшиеся причиной заболевания холерой, сибирской язвой, туберкулезом, дифтеритом, бешенством, чумой, малярией, сифилисом, исследованы пути передачи этих болезней, изобретены методы лечения многих из них. Начали разрабатываться методы санитарии и гигиены, профилактики и предупреждения эпидемий, включая вакцинацию (прививки) против некоторых болезней, появились новые лекарства — аспирин и пирамидон. В 1920—1930-е гг. были выделены и получены искусственно витамины (в 1927 г. витамины В и С, затем D и А). Еще большим подспорьем для медицины стали антибиотики — вещества, способные останавливать развитие болезнетворных микробов, наиболее известным из которых является пенициллин, выделенный из плесени (назван так А. Флемингом в 1929 г.). Химическим (синтетическим) аналогом пенициллина стали стрептоцид, сульфидин, сульфазол. После второй мировой войны с открытием вирусной природы многих заболеваний стали разрабатываться антивирусные препараты.
Углубление знаний о природе живой материи раскрыло возможности трансплантации (пересадки) органов, лечения наследственных, обусловленных генетическими факторами заболеваний. Новые возможности перед медициной раскрыли достижения ядерной физики, электроники. В диагностике уже в 1930-е гг. стали использоваться рентгеновские аппараты, электрокардиографы, электроэнцефалографы и т.д. В последней трети века были созданы аппараты искусственной почки и вживляющийся кардиостимулятор. Новые технологии, в частности использование лазерного скальпеля, расширили возможности хирургии.
Электроника и робототехника. Огромное влияние на облик мировой цивилизации оказали достижения в области электроники. Их база была заложена в прошлом веке. Первый в мире радиоприемник был изобретен в 1895 г. русским ученым А.С. Поповым, патент на передачу электрических импульсов без проводов в 1896 г. получил итальянский инженер Г. Маркони. Надежность и дальность приема радиопередач значительно возросла с изобретением в 1904 г. американцем Дж. Флемингом диода — двухэлектродной лампы — преобразователя частот электрических колебаний и в 1907 г. созданием американским конструктором Ли де Форестом триода, усиливающего слабые электрические колебания. В 1919—1924 гг. в России, США, Франции, Великобритании, Германии, Италии вступили в строй мощные радиовещательные станции, способные осуществлять международное вещание. С середины 1920-х гг. начались эксперименты в области передачи изображения с помощью электронных сигналов, телевидения. В Англии первые телевизионные передачи начались в 1929 г., в СССР — в 1932 г. (звуковое телевидение с 1934 г.), в Германии — с 1936 г. В годы второй мировой войны конструкторская мысль сконцентрировалась на совершенствовании радиолокации, позволяющей обнаруживать заблаговременно корабли и самолеты противника.
Послевоенные годы ознаменовались настоящим прорывом в области электроники. Она, используя достижения химии, стала применять стекловолокно для передачи сигналов, кристаллографии, позволившей создать лазеры, имеющие очень широкий спектр применения. Наибольшее прикладное значение имело изобретение ЭВМ — электронно-вычислительных машин (компьютеров). Первые ЭВМ появились после второй мировой войны. В них использовались такие же диоды и триоды, как в ламповых радиоприемниках. Одна из таких машин, построенных в США в 1946 г., ЭНИАК, весила 30 тонн и занимала площадь 150 кв. м, в ней было использовано 18 тыс. электронных ламп. Несмотря на огромные размеры, на ней можно было проводить лишь простые вычисления, доступные ныне каждому владельцу карманного калькулятора.
Второе поколение ЭВМ создавалось в конце 1940-х гг., после изобретения транзисторов (полупроводников), заменивших электронные лампы. Транзисторы нашли широкое применение в бытовой электронике (радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах), с их миниатюризацией удалось увеличить объемы памяти и быстродействие ЭВМ.
Третье поколение ЭВМ развилось в 1960-е гг., после создания так называемых интегральных схем, плат, на которых размещалось несколько десятков компонентов, преобразующих и обрабатывающих информацию. В 1970-е гг. с совершенствованием технологии на одной плате помещались десятки тысяч компонентов. ЭВМ на интегральных схемах включали в себя миллионы полупроводников, их быстродействие достигло 100 млн. операций в секунду.
Четвертое поколение ЭВМ было создано с изобретением в 1971 г. микропроцессора на кремниевом кристалле — чипе, размером менее 1 кв. см, заменяющем тысячи полупроводников. Один такой кристалл мог хранить до 5 млн. бит информации, что позволило перейти к созданию портативных компьютеров, предназначенных для индивидуальных пользователей.
Пятое, современное, поколение ЭВМ способно воспринимать и воспроизводить не только числовую информацию, но и снимки, графики, речевые сигналы, вести диалог с человеком на базе заложенного программного обеспечения. Повсеместное распространение компьютеров, создание в фирмах, промышленных, коммерческих, научных центрах, государственных структурах банков данных компьютеризированной информации обеспечило новые возможности связи — создания локальных, а затем и глобальных компьютерных сетей связи (самой известной из них является Интернет). Они позволяют моментально получать и передавать любую информацию, вести двусторонние и многосторонние диалоги с другими пользователями компьютеров.
Шестое поколение компьютеров будет иметь в качестве материального носителя памяти уже не кристаллы, а молекулы полимерного или биологически активного вещества (биочипы), что ставит в практическую плоскость создание искусственного интеллекта, способного к самопрограммированию.
Развитие компьютерных технологий способствовало созданию промышленных роботов, число которых к началу 1990-х гг. в мире достигло 300 тысяч. Распространение робототехники раскрыло огромные возможности совершенствования производственного процесса.
Вопрос о том, какие из изобретений и открытий XX века, в какой сфере знания наиболее важны, лишен смысла, поскольку большинство из них взаимосвязаны. По подсчетам американских инженеров микрочипы используются не только в компьютерах и роботах, а в 24 тысячах наименований выпускаемой в США продукции, включая все виды бытовой электроники. Каждый вошедший в последние десятилетия в обиходное употребление предмет бытовой техники, холодильник, телевизор и т.д. является материализованным воплощением множества направлений научно-технического прогресса, который не только изменил условия быта и отдыха людей, но сказался на всем облике современного общества, тенденциях его развития.
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Охарактеризуйте основные направления развития новых технологий. Приведите примеры воздействия достижений в одной из областей науки и техники на их развитие в других областях.
2. Какие общественные потребности вызвали скачок в развитии электроники, создании ЭВМ? Определите значение внедрения компьютерных технологий для современного общества.
3. Какие из направлений научно-технического прогресса конца XX века, с вашей точки зрения, окажутся наиболее перспективными в третьем тысячелетии?
4. Попробуйте сделать прогноз относительно темпов ускорения развития научных знаний в следующем веке.