Можно выделить следующие открытия в естествознании, которые привели к научным революциям в XX в.:
Физика: в ней постепенно выделяются три основных направления: исследование микромира (микрофизика), макромира (макрофизика) и мегамира (астрофизика). Были проведены фундаментальные исследования в области атомов:
разработка модели атома;
доказательства изменяемости атома;
доказательства существования разновидностей атома у химических элементов.
следствием фундаментальных физических открытий оказалась разработка структуры атома в целом. Вскоре была открыта и другая элементарная частица - положительный электрон. Планетарная модель атома Резерфорда. Он вывел гипотезу о строении атома и извлек энергию из атомных ядер. Модель объясняет основы закономерности заряженных частиц.
Другая фундаментальная теория современной физики - теория относительности, в корне изменившая научные представления о пространстве и времени. В 1915 году Эйнштейн ввел понятие относительности и вывел важную формулу, связавшую энергию и массу. Теория относительности объяснила суть гравитации – она возникает вследствие искривления четырехмерного пространства, а не результате взаимодействия тел в пространстве.
Открытие черных дыр. В 1915 году Карлом Шварцшильдом была выдвинута гипотеза о существовании области во времени и пространстве, гравитация которой настолько велика, что ее не могут покинуть даже объекты, движущиеся со скоростью света — черных дыр.
Теория Большого взрыва. Это космологическая общепринятая модель, в которой описано ранее развитие Вселенной, находившейся в сингулярном состоянии, характеризующемся бесконечной температурой и плотностью вещества. Начало модели было положено Эйнштейном в 1916 году.
Квантовая механика: корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля. В 1924 году было выяснено, что корпускулярно-волновой дуализм присущ всем частицам, а не только фотонам. Бройль представил их волновые свойства в математическом виде. Теория позволила развить концепцию квантовой механики, объяснила дифракцию электронов и нейтронов. Квантовая теория Планка. Он вывел формулу, определяющую форму спектральной кривой излучения и универсальную постоянную. Открыл мельчайшие частицы – кванты и фотоны, с помощью которых Эйнштейн объяснил природу света. В 20-х годах Квантовая теория переросла в квантовую механику.
Генетика и биоинформатика. Генетика: механизм воспроизводства жизни. В 1900 г.Х. де Фризом, вторично были открыты законы наследственности, установленные Менделем. После этого быстрыми темпами стало происходить развитие генетики. Утвердилось понятие хромосомы, как структурного ядра клетки, содержащего ДНК. Американским ученым Томасом Морганом была сформулирована хромосомная теория наследственности. Открытие структуры новой спирали ДНК. 1953 году была получена новая модель строения молекулы, путем объединения сведений рентгеноструктурного анализа ДНК Розалин Франклин и Мориса Уилкинса и теоретических разработок Чаргаффа. Ее вывели Френсис Крик и Джеймс Уотсон.
Внутри биологии активно развивается новое направление научных исследований — биоинформатика. В основе биоинформатики — слияние биологии и информационной технологии. В результате ряда исследований ученые получили сегодня возможность определять, что происходит в организме человека на уровне генома, как работают и управляются гены. Можно, например, взять отдельно геном человека, а отдельно геном его раковой опухоли и посмотреть, чем они друг от друга отличаются, одинаковы ли эти различия даже для одного вида рака. Может, нужно переосмыслить то, что мы называем раком? Раньше рак определялся по месту нахождения — рак желудка, рак легких и т. п. Дальше ученые стали его диагностировать гистологически, т. е. по изменениям, которые происходят в тканях. «Теперь стало ясно, — комментирует результаты научной программы заместитель директора Института проблем передачи информации РАН М. Гельфанд, — что надо смотреть изменения на уровне работы генома. Это даст возможность определять некоторые раки на ранних стадиях. В перспективе накопление знаний о геноме приведет к появлению индивидуальной медицины. Когда лечение будет назначаться в зависимости от генома данных, целевая группа для лекарств будет сужаться. Для фармацевтических компаний это невыгодно. И эта научная проблема, безусловно, связана с технологическими проблемами. Другая группа проблем — общество не готово к жизни в геномную эпоху из-за тяжелейшей естественнонаучной безграмотности. Поэтому в геномную эпоху одна из первостепенных задач — научить людей обсуждать все эти сложные процессы в точных терминах» (Esquire. 2009. Июнь, № 45). В этом комментарии ученого фактически сформулирована одна из магистральных задач, которую должна решать научно-познавательная журналистика: дать знания, которые помогут нам адаптироваться к новой «геномной эпохе». И такая информация все чаще появляется и грамотно комментируется в российских СМИ. Так, привлекая в очередной раз внимание читателей к проблеме клонирования статьей с оригинальным, построенным на языковой игре заголовком «КЛОНДАЙК» (Огонек. 2011. № 25), научный обозреватель общественно-политического журнала «Огонек» Е. Кудрявцева перевела акцент с сенсационных результатов, полученных генетиками (клонированные овечка Долли, собака Снаппи, мышь Машка, мул Айдахо Джем и др.), на раскрытие природы сложных биотехнологических процессов и осмысление возможных последствий (как негативных, так и позитивных), к которым приводят эксперименты с эмбриональными клетками. Отметим, В 1996 ученым удалось получить первый клон овцы, названной Долли. Яйцеклетку выпотрошили, вставили в нее ядро взрослой овцы и подсадили в матку. Долли стала первым животным, которому удалось выжить, остальные эмбрионы разных животных погибли.
Статья Кудрявцевой начинается с забавной аналогии, и после нее журналист сразу переходит к формулировке конечной цели всех исследований, связанной с созданием индивидуальной медицины будущего, репродуктивной медицины: «Очередной виток эйфории вокруг чудесных клеток начался после прочтения генома человека — семь лет назад. К этому времени в обществе интерес к клонированию в общем-то почил в бозе вместе с овечкой Долли, которая в 2003 году скончалась, не прожив и половины своего овечьего века. Общее представление о клонировании среди рядового населения оказалось прочно ограничено сагой о „Звездных войнах“ и фильмом со Шварценеггером „Шестой день“, где навязчивый клон, созданный подпольной корпорацией, пытается занять место настоящего человека. Подспудные опасения усилились после заявления „отца“ Долли — профессора Йена Уилмата из Эдинбурга, который признал, что созданные с помощью клонирования существа в 80 процентах случаев имеют серьезные отклонения в здоровье, и заявил о недопустимости воссоздания человека существующими методами клонирования.
Однако прошлое и будущее клонирования не составляют основу материала. Главное внимание журналист уделяет двум группам проблем, существующим в настоящем: собственно научным и этическим. Собственно научные проблемы возникают и в связи с получением учеными новой информации, и в связи с обработкой результатов проведенных экспериментов. Так, благодаря расшифрованному геному человека стало известно, что в эмбриональных стволовых клетках, которые могут делиться бесконечно, работает несколько генов, которые в какой-то момент организм странным образом отключает. После этого стволовые клетки начинают проникать в разные ткани организма и практически теряют свои уникальные свойства. Наблюдая за этим, японский исследователь Синьи Яманаки выделил 24 гена, которые, на его взгляд, играют главную роль в сохранении вечной молодости, и постепенно проверял их свойства, встраивая в геном клеток. «Рутинное перебирание возможных комбинаций увенчалось успехом: спустя два года работы весь мир узнал о „магическом коктейле Яманаки“ — наборе из четырех генов, которые заставили взрослые клетки кожи выключить механизм старения и вернуться обратно в состояние эмбриональных. Потом оказалось, что для чуда достаточно двух генов, а потом их заменили на белки, которые эти гены производят. Осмысляя последние результаты ученых в изучении природы стволовых клеток, Фукуяма отмечает, что стволовые клетки — это передний край современных биомедицинских исследований. «Стволовые клетки способны стать клетками любой ткани организма, и поэтому обещают возможность генерации целиком частей тела для замены изношенных в процессе старения. В отличие от пересаженных донорских органов такие клонированные части тела будут генетически идентичны клеткам телареципиента.
Нанотехнологии. Это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с совокупностью теоретического обоснования, практических методов исследования, анализа и синтеза, а также методов производства и применения продуктов с заданной атомной структурой путем контролируемого манипулирования отдельными атомами и молекулами. Впервые, как отмечает научный обозреватель журнала «Вокруг света» В. Решетов, о возможности миниатюризации в работе с отдельными атомами заговорил американский физик Ричард Фейнман5 . В своей знаменитой лекции «Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики», прочитанной в 1959 г., он аргументировано показал, что законы квантовой механики не препятствуют созданию нужных людям структур из совсем небольшого числа атомов. В те годы, когда практически единственным инструментом, позволявшим хоть что-то разглядеть в наномасштабе, был электронный микроскоп, идеи Фейнмана казались фантастикой. Однако уже в 1974 г. японский физик Норио Танигучи вводит в обиход термин нанотехника, а через три года нобелевский лауреат Илья Пригожин заявил: «Мы знаем, где дверь в эту комнату», на полу которой, по словам Фейнмана, «полно игрушек». Сегодня многие связывают рождение новой наноэпохи с 1981 г., когда немецкие физики Герд Бинниг и Генрих Рорер создали зондовый туннельный микроскоп, позволяющий не только видеть, но и переносить с места на место отдельные атомы. Какое особое научное открытие, произошедшее в конце XX в., заставило правительства промышленно развитых стран срочно пойти на штурм основной технологии XXI в.? Пожалуй, именно открытие фуллеренов и углеродных нанотрубок стало ключевым фактором для осознания важности такого рода исследований. Фуллерены — полициклические структуры сферической формы, состоящие из атомов углерода. Это новая модификация углерода, для которой, в отличие от трех ранее известных модификаций (алмаза, графита и карбина), характерна не полимерная, а молекулярная структура, т. е. молекулы фуллеренов дискретны, состоят из отдельных частей. Свое название эти вещества получили по имени американского инженера и архитектора Ричарда Букминстера Фуллера, конструировавшего полусферические архитектурные сооружения, состоящие из шести- и пятиугольников. Первоначально возможность существования структуры, состоящей из 60 углеродных атомов (C60-фуллерена), в 1978 г. была обоснована лишь теоретически. Однако в 80-е годы прошлого века астрофизическими исследованиями установлено присутствие чисто углеродных молекул различного размера на некоторых звездах («красных гигантах»). Впервые фуллерены C60 и C70 были синтезированы в 1985 г. английским химиком и астрофизиком Х. Крото и американским химиком Р. Смолли из графита под действием мощного лазерного пучка (Нобелевская премия по химии 1996 г.). Получить C60-фуллерен в количествах, достаточных для исследований, удалось в 1990 г. физикам Д. Хаффману (США) и В. Кретчмеру (Германия), которые провели испарение графита с помощью электрической дуги в атмосфере гелия. В 1992 г. были обнаружены природные фуллерены в углеродном минерале — шунгите (свое название этот минерал получил от названия поселка Шуньга в Карелии) и других породах, сформировавшихся в докембрийскую эру . Сегодня умеют массово выращивать однослойные и многослойные углеродные нанотрубки длиной в сотни микрон. Сотрудники Техасского университета в Далласе из 1 см2 такого «леса» вытягивают несколько метров высокопрочной почти невидимой нити толщиной в несколько микрон.
Приближение к созданию искусственного интеллекта. Нанотехнологии дали новый импульс для изучения проблем искусственного интеллекта. О нашем интеллекте наука имеет достаточно серьезные знания. Даже подсчитано, что по современным представлениям уровень интеллекта на 40–50% определяется наследственностью и на 50–60% средой. Это технология создания интеллектуальных машин, впервые получившая определение в 1956 году Джоном Маккарти. Согласно ему, исследователи для решения конкретных задач могут использовать методы понимания человека, которые биологически могут не наблюдаются у людей.
Рассматривая возможные последствия происходящей на наших глазах биотехнологической революции, Ф. Фукуяма обращает внимание на две группы проблем, которые должны вызывать тревогу и к которым должно быть привлечено внимание демократической общественности:
— религиозные соображения. Биотехнологии ставят человека на место Бога при создании людей (или при их уничтожении — в случае аборта). Генная инженерия «рассматривает человека не как чудесный акт божественного творения, но как сумму ряда материальных причин, которые человек может понять и на них воздействовать (манипуляции с генами). Все это есть неуважение к достоинству человека, а значит — нарушение воли Бога» ;
— светские соображения: а) экономические — т. е. «риск, что будущий прогресс биотехнологий приведет к непредвиденным затратам или долговременным негативным последствиям, которые способны перевесить предполагаемые выгоды». Так, возможное с помощью биотехнологий продление жизни безусловно скажется на дисбалансе внутренней структуры общества. Подобный дисбаланс в некоторых странах Азии уже зафиксирован, когда по результатам УЗИ, определявшего пол ребенка, родители принимали решение, сохранять ли его: во многих азиатских культурах иметь сына — неоспоримое преимущество в смысле социального престижа и обеспечения старости. Это сдвинуло соотношение полов и вызвало негативные социально-экономические последствия; б) этические соображения. Например, возможность родителей программировать генетические свойства своего ребенка (интеллект, внешний вид). Однако решение, которое кажется благоприятным родителям, может в будущем нанести вред их детям.
Все новейшие исследовательские программы тесно соприкасаются с нашей будничной жизнью, и журналистика, чутко улавливая этот компонент их проблематики, пытается подчеркнуть и сохранить его, разъясняя и комментируя собственно научную информацию.
