Современные проблемы науки

Л. Н. Ясницкий, Т. В. Данилевич

Современные
п р о б л е м ы
н
а
у
к
и

Учебное пособие

Р е к о м е н д о в а н о  
НМС по математике и механике 
УМО по классическому университетскому 
образованию РФ 
в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по группе 
математических и механических специальностей

Москва
БИНОМ. Лаборатория знаний
2014

3-е издание (электронное)

УДК 001
ББК 72.87
Я81

Ясницкий Л. Н.
Я81
Современные
проблемы
науки
[Электронный
ресурс] : учебное пособие / Л. Н. Ясницкий, Т. В. Данилевич. — 3-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан.
(1 файл pdf : 297 с.). — М. : БИНОМ. Лаборатория
знаний, 2014. — Систем. требования: Adobe Reader XI ;
экран 10".
ISBN 978-5-9963-2502-3
Рассмотрены
вопросы
становления
и
эволюции
науки,
психологии
познания,
а
также
способы
передачи
знаний
и
образование
как
фундаментальная
категория
науки.
Обсуждаются взаимоотношения науки и философии, науки
и религии, науки и искусства, науки и квазинауки. Особое
внимание уделено проблемам взаимоотношения науки и производства,
негативным
последствиям
научно-технического
прогресса. Изложены и проанализированы современные методы получения научных знаний (технологии математического
моделирования и искусственного интеллекта, включая обучение их практическому применению в различных областях
человеческой деятельности).
Книга
предназначена
для
студентов-магистрантов
всех
специальностей, а также для
читателей, интересующихся
наукой, ее проблемами и современными методами получения
научных знаний.
УДК 001
ББК 72.87

Деривативное
электронное
издание
на
основе
печатного
аналога: Современные проблемы науки : учебное пособие /
Л. Н. Ясницкий, Т. В. Данилевич. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. — 294 с. : ил.

В
соответствии
со
ст. 1299
и
1301
ГК
РФ
при
устранении
ограничений, установленных техническими средствами защиты
авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя
возмещения убытков или выплаты компенсации

ISBN 978-5-9963-2502-3
c○ БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008

2

Говорят, что между противоположными мнениями
находится истина. Ни в коем случае! Между ними
лежит проблема.

В. Гете

ПРЕДИСЛОВИЕ

Магистратуры в российских вузах — сравнительно новое явление.
Учебники и учебные пособия для магистрантов с самого появления
магистратур и по настоящее время были и остаются нерешенной
проблемой. При относительно небольшой численности магистерских
групп для их обучения используется довольно широкий спектр
магистерских программ. В результате преподавателям и студентаммагистрантам приходится обращаться к большому количеству специальной литературы по разным научным направлениям.
Авторы этого учебного пособия обратили внимание на то,
что дисциплина «Современные проблемы науки . . . » с различными вариациями присутствует в Государственных образовательных
стандартах магистров практически всех специальностей, будь то
«Физико-математическое образование», «Социально-экономическое
образование», «Технологическое образование», «Информатика и вычислительная техника», «Физика», «Техническая физика», «Механика», «Прикладная механика», «Естественно-научное образование»
и др.:

Специальность
(направление)

Квалификация
(степень)

Наименование
дисциплины

1
2
3

080800. Прикладная
информатика

Магистр прикладной
информатики

Современные проблемы прикладной
информатики

510300. Механика
Магистр механики
Современные проблемы механики

510400. Физика
Магистр физики
Современные проблемы физики

511200. Математика.
Прикладная математика

Магистр математики
Современные проблемы математики

Предисловие

Окончание таблицы

1
2
3

511300. Механика,
прикладная математика

Магистр механики
Современные проблемы механики

511600. Прикладные
математика и физика

Магистр прикладных
математики и физики

Современные проблемы естествознания

511800. Математика,
компьютерные науки

Магистр математики
Современные проблемы математики
и компьютерных наук

523300. Прикладная
информатика

Магистр прикладной
информатики

Современные проблемы прикладной
информатики

540100. Естественнонаучное образование

Магистр естественнонаучного образования

Современные проблемы науки

540200. Физико-математическое образование

Магистр физико-математического образования

Современные проблемы науки

540400. Социальноэкономическое образование

Магистр социальноэкономического образования

Современные проблемы науки

540500. Технологическое образование

Магистр технологического образования

Современные проблемы науки и образования

540600. Педагогика
Магистр педагогики
Современные проблемы науки

552800. Информатика
и вычислительная
техника

Магистр техники и
технологии

Современные проблемы информатики
и вычислительной
техники

552900. Технология, оборудование
и автоматизация машиностроительных
производств

Магистр техники и
технологии

Современные проблемы науки в машиностроении

553000. Системный
анализ и управление

Магистр техники и
технологии

Современные проблемы системного
анализа и управления

553100. Техническая
физика

Магистр техники и
технологии

Современные проблемы технической
физики

553300. Прикладная
механика

Магистр техники и
технологии

Современные проблемы науки в области прикладной
механики

Предисловие
5

Содержание этих стандартов, хотя и различается в частностях, но
имеет довольно значительную инвариантную составляющую. Этим
и воспользовались авторы, подобрав и выстроив материал книги так,
чтобы она была пригодна сразу для многих магистерских специальностей, а также могла представлять интерес для широкого круга
читателей, интересующихся современной наукой и ее проблемами.
Логическая цепочка изложения материала книги «Современные
проблемы науки» отражает закономерности рождения, развития
и становления науки в ее историческом ракурсе. Книга состоит
из десяти глав, которые постепенно подводят читателя к проблемам науки сегодняшнего дня, проблемам, без решения которых
невозможно дальнейшее существование и развитие цивилизации.
Природой человека заложен дар познания, который, эволюционируя во времени, развился в страсть знания и создал ученых, смыслом
жизни которых стала наука. О качествах человека, движимого
стремлением понять, повествует глава «Психология познания».
Смогли ли мы далеко уйти от тех условий, в которых жил
первобытный человек, если бы не имели способов передачи знаний?
В становлении науки и образования громадная роль принадлежит
возникновению письменности и книгопечатания. Наряду с устным
народным
творчеством
и
умениями,
передаваемыми
потомкам
дедами и отцами, главенствующая роль принадлежит книге. XXI век
захлестнул поток информации. На помощь пришли ЭВМ. Эволюция
методов хранения и обработки информации прослеживается в главе
«Способы передачи знаний».
В своем стремлении к истине наука проходит через знание.
Знание человек получает в процессе образования. Технический век
ставит перед образованием свои требования, выполнить которые
невозможно без модернизации всей системы образования в стране.
Сегодня перед образованием, как никогда прежде, стоят проблемы
качественной подготовки специалистов высокого уровня, способных
решать сложные задачи экономического развития, бизнеса, проектной инженерии, исследовательской, организационной деятельности
и др. На это нацелена современная реформа образования, а также
«Болонский процесс». Глава «Роль образования в становлении
науки» дает характеристику образования в России с момента первых
«цифирных школ» до сегодняшнего дня.
Наука была, есть и будет неотъемлемой частью культуры любой
страны. Более того, она проникает во все сферы человеческой
деятельности, будь то духовно-этические, или чисто технические
аспекты. Глава
«Наука — часть духовной культуры» посвящена

Предисловие

взаимоотношениям науки и философии, науки и религии, науки
и искусства.
Следуя взгляду В. И. Вернадского на историю науки, в книгу
введены главы, отражающие процесс ее становления. Человек, став
разумным, осваивал, изучал Природу, дабы употребить этот дар
в своем неисчерпаемом желании «жить лучше», в своем вечном
стремлении познать Мир, Себя, Бога. За время своего существования
человечество прошло несколько этапов,
в
которых рождалась,
становилась и утверждалась Наука. История науки — это часть
истории цивилизации. Но можно ли говорить о науке, не рассказав
о тех людях, чей гений заключен в каждом предмете нашего
бытия? Глава «Наука: этапы развития» — о зарождении науки, об
ученых — основоположниках научных направлений, о трудностях,
через которые шла и идет наука в своем стремлении к истине.
Сегодня прикладная наука обрела силу. Ее главенствующая
роль
в
жизни
и
развитии
современного общества
бесспорна.
Научно-технический прогресс — это ее детище. Глава «Наука и промышленные технологии» знакомит с предпосылками и условиями
внедрения научных разработок в производство, показывает механизм
привлечения инвестиций в инновации.
Научно-технический прогресс — это не только благо, но и заболевания людей, укорачивающие их жизнь, и экологический ущерб
природе, животному и растительному миру. Глава «Негативные
последствия научно-технического прогресса» — своего рода предупреждение о возможном конце существования человека на планете
Земля. В главе ставятся вопросы, на которые пока нет однозначных
ответов.
Сейчас появилось много публикаций на тему так называемых
эзотерических знаний. Рядом с официальной наукой существует
наука неофициальная, роль и положение которой во все времена
представлялись спорными. Смысл главы «Неофициальная наука» —
в словах Лапласа: «То, что мы знаем ограничено, а то, чего мы
не знаем — бесконечно».
Научная парадигма познания, выстроенная Аристотелем, измененная Галилеем, затем Ньютоном и Эйнштейном, подводит к разнообразию методологических способов научных поисков. Жизнь
подтверждает главенствующую роль математики в научных исследованиях. Об этом глава «Математическое моделирование как метод
получения научных знаний». Сегодня трудно переоценить роль метода
математического моделирования и использования вычислительной
техники практически во всех сферах человеческой деятельности.

Предисловие
7

Однако в главе внимание уделено не только успехам и достижениям,
но и на проблемам этого метода, главная из которых — трудность
оценки вычислительных ошибок. По глубокому убеждению многих
специалистов, именно эти ошибки стали одной из причин стремительно нарастающей волны техногенных катастроф. Развитие ЭВМ
и численных методов привели к парадоксальной ситуации: с одной
стороны, к возможности легкого решения сложнейших краевых
задач, а с другой — к практически непреодолимым трудностям
надежной оценки погрешности числовых расчетных результатов.
В этом состоит суть современного кризиса прикладной математики,
который на наших глазах грозит перерасти в кризис современной
цивилизации.
Выход из математического кризиса можно было бы искать
в
отказе от численных методов и
возврате к старым, более
надежным аналитическим подходам. Однако авторами предлагается
и развивается иной путь преодоления кризиса. Этот путь основан на
дальнейшем развитии и применении идей и методов искусственного
интеллекта.
Мы живем в век компьютеров и телекоммуникационных технологий. Развитие и применение математических методов, связанных с переработкой и использованием информации, привело
к появлению новой науки — информатики. Вершина информатики —
искусственный интеллект и его наиболее перспективный и быстро
развивающийся раздел — нейроинформатика. Глава «Нейроинформатика как метод получения научных знаний» содержит популярное
изложение этой научной дисциплины и ее возможностей. Причем,
эта глава тесно связана с предыдущей и является ее логическим
продолжением. Нейросетевые технологии представляются здесь как
новый способ создания математических моделей, отличающийся тем,
что компьютер берет на себя еще большее количество функций,
в том числе — интеллектуальных, которые ранее всегда считались
прерогативой исключительно человека. Это сам процесс извлечения
знаний из данных. Это само открытие законов природы и общества. Это выявление закономерностей предметных областей. Это
процесс математической формализации знаний и использования их
в математических моделях, предназначенных для решения широкого
круга практических задач.
Материал книги разделен на две части. Первая часть, давая
представление о трудностях и проблемах становления науки, помогает читателю осмыслить и понять значимость и неотвратимость
открытий, сделавших реальностью современный уровень научного

Предисловие

знания.
Задача
второй
части — научить
читателя
пользоваться
самыми современными методам получения научных знаний: методом
интеллектуального математического моделирования и нейросетевыми технологиями.
Учебный курс называется «Современные проблемы науки».
Название оправдано — из проблем и их решений соткана вся наша
жизнь. Проблемы личные, семейные, бытовые, производственные
мы решаем каждый день, и вдруг с удивлением, обнаруживаем,
что решение некоторых из них невозможно без решения проблем
города, страны и даже человечества. Проблемы науки являются
значительной частью глобальных проблем. В силу разной природы возникновения, разных причинно-следственных связей, разных
смысловых выражений и, наконец, различных целей и путей решения, эти проблемы представляют собой многоаспектные направления
деятельности ученых. Множество проблем организационного характера, финансовых, кадровых, этических, экологических, как правило,
присущи любому производственному или научному коллективу. Но
любой коллектив имеет сугубо свои проблемы, на решение которых
нацелена деятельность этого коллектива.
В науке — это проблемы научных поисков. Более того, проблемы
являются, своего рода, «двигателем» научных исследований. Известный философ и науковед Карл Поппер, к примеру, считал, что
наука начинается с проблем, а ее развитие состоит в переходе от
одних проблем к другим — от менее глубоких к более глубоким.
Проблемы возникают при столкновении различных теорий. Появившаяся противоречивая ситуация требует соответствующего решения.
Каждой исторической эпохе свойственны свои формы проблемных
ситуаций, в процессе решения которых появляются новые идеи,
догадки, гипотезы.
Учебный курс выстроен так, что первая его часть постепенно,
от
главы
к
главе,
подводит
читателя
к
проблемам,
которые
можно назвать общими для многих отраслей знаний. Вторая часть
показывает использование математических методов науки в прикладных ее отраслях. Появление и бурное развитие компьютерных
технологий, применение их в проектной инженерии при создании
самолетов, ракет, объектов ответственного назначения, привели
также к проблемам бесспорно глобальным в силу своей невероятной
значимости, поскольку нет ничего важнее, чем жизнь человека.
Это конкретный пример: проблемы отрасли знания переплетаются
с проблемами, которыми ни в коем случае нельзя пренебрегать —
проблемами этическими.

Предисловие
9

Хотя предлагаемая вниманию читателей книга является учебным пособием, ее вторая часть содержит собственные авторские
разработки, научные идеи и научные результаты, т. е., по своей
сути, вторая часть книги содержит элементы научной монографии.
Здесь высказывается и обосновывается авторская версия объяснения причин роста техногенных аварий и катастроф, с которым
столкнулась цивилизация на рубеже XX—XXI вв. (п. 9.4). Обсуждаются и предлагаются пути преодоления этой проблемы, которые
авторы видят в повышении надежности методов математического
компьютерного моделирования, применяемого в проектной инженерии. Здесь читатель может познакомиться и освоить новый
метод математического компьютерного моделирования, основанный
на точном аналитическом решении краевых задач, которое выполняет «искусственный математик» — интеллектуальная система,
имитирующая интуицию, опыт и талант математика-профессионала
(п. 9.5). Популярное изложение основ нейросетевых технологий
осуществляется на конкретных примерах их применения в медицине
(п. 10.8.1), промышленности (п. 10.8.2), криминалистике (п. 10.8.3),
экономике и бизнесе (пп. 10.8.4–10.8.6). Попытка обобщения эволюционной теории Дарвина — дополнение ее учетом социального
фактора, приводит к построению нового «социально-генетического»
оптимизационного алгоритма, позволяющего быстро и эффективно
находить глобальные экстремумы многоэкстремальных функций,
встречающихся во многих практических задачах (п. 10.9.4). Предпринимаются попытки философского осмысления новых научных
результатов: вводится и обосновывается термин «шестое чувство
нейросетей» как свойство, унаследованное нейронными сетями от
мозга (п. 10.10), высказываются оригинальные мысли о возможности
прогнозирования будущего науки и цивилизации (п. 10.12).
Авторы надеются, что курс «Современные проблемы науки»
поможет читателям более внимательно и осознанно взглянуть на
проблемы сегодняшнего дня, выстроить свою позицию и свой взгляд
на возможность их решения, главными критериями которой выступят
знания и совесть.
Авторы выражают искреннюю благодарность доценту кафедры
информатики Пермского государственного педагогического университета Изабелле Петровне Половиной за смелую идею разработки
нового курса, за моральную поддержку в трудные минуты колебаний
и сомнений.
Авторы благодарны проректору по научной работе Пермского
государственного университета, профессору Евгению Карловичу