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

5е издание, электронное

Москва
Лаборатория знаний
2021

УДК 001
ББК 72.87

Я82

Ясницкий Л. Н.

Я82
Современные
проблемы
науки
:
учебное
посо-
бие
/
Л. Н. Ясницкий,
Т. В. Данилевич. — 5-е
изд.,
электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2021. — 297 с. —
Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". —
Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный.
ISBN 978-5-00101-225-2
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 про-
изводства,
негативным
последствиям
научно-технического
прогресса. Изложены и проанализированы современные мето-
ды получения научных знаний (технологии математического
моделирования и искусственного интеллекта, включая обу-
чение 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 издание на основе печатного аналога: Совре-
менные проблемы науки : учебное пособие / Л. Н. Ясниц-
кий, Т. В. Данилевич. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний,
2008. — 294 с. : ил. — ISBN 978-5-94774-774-4.

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 978-5-00101-225-2
© Лаборатория знаний, 2015

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 студентам-
магистрантам приходится обращаться к большому количеству спе-
циальной литературы по разным научным направлениям.
Авторы этого учебного пособия обратили внимание на то,
что дисциплина «Современные проблемы науки . . . » с различ-
ными вариациями присутствует в Государственных образовательных
стандартах магистров практически всех специальностей, будь то
«Физико-математическое образование», «Социально-экономическое
образование», «Технологическое образование», «Информатика и вы-
числительная техника», «Физика», «Техническая физика», «Меха-
ника», «Прикладная механика», «Естественно-научное образование»
и др.:

Специальность
(направление)

Квалификация
(степень)

Наименование
дисциплины

1
2
3

080800. Прикладная
информатика

Магистр прикладной
информатики

Современные про-
блемы прикладной
информатики

510300. Механика
Магистр механики
Современные про-
блемы механики

510400. Физика
Магистр физики
Современные про-
блемы физики

511200. Математика.
Прикладная матема-
тика

Магистр математики
Современные про-
блемы математики

Предисловие

Окончание таблицы

1
2
3

511300. Механика,
прикладная матема-
тика

Магистр механики
Современные про-
блемы механики

511600. Прикладные
математика и физика

Магистр прикладных
математики и физики

Современные про-
блемы естествознания

511800. Математика,
компьютерные науки

Магистр математики
Современные про-
блемы математики
и компьютерных наук

523300. Прикладная
информатика

Магистр прикладной
информатики

Современные про-
блемы прикладной
информатики

540100. Естественно-
научное образование

Магистр естественно-
научного образования

Современные про-
блемы науки

540200. Физико-мате-
матическое образова-
ние

Магистр физико-мате-
матического образова-
ния

Современные про-
блемы науки

540400. Социально-
экономическое обра-
зование

Магистр социально-
экономического обра-
зования

Современные про-
блемы науки

540500. Технологиче-
ское образование

Магистр технологиче-
ского образования

Современные про-
блемы науки и обра-
зования

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 пробле-
мам науки сегодняшнего дня, проблемам, без решения которых
невозможно дальнейшее существование и развитие цивилизации.
Природой человека заложен дар познания, который, эволюциони-
руя 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, проект-
ной 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 про-
мышленные 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 забо-
левания людей, укорачивающие их жизнь, и экологический ущерб
природе, животному и растительному миру. Глава «Негативные
последствия научно-технического прогресса» — своего рода преду-
преждение 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, изме-
ненная Галилеем, затем Ньютоном и Эйнштейном, подводит к раз-
нообразию методологических способов научных поисков. Жизнь
подтверждает главенствующую роль математики в научных исследо-
ваниях. 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 стреми-
тельно 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 тех-
нологий. Развитие и применение математических методов, свя-
занных 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 «Нейроинформа-
тика 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 обще-
ства. 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, помо-
гает 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 нейросете-
выми 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 при-
роды возникновения, разных причинно-следственных связей, разных
смысловых выражений и, наконец, различных целей и путей реше-
ния, эти проблемы представляют собой многоаспектные направления
деятельности ученых. Множество проблем организационного харак-
тера, 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. Из-
вестный 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. Появив-
шаяся 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 при-
кладных 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 учеб-
ным 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 объясне-
ния причин роста техногенных аварий и катастроф, с которым
столкнулась цивилизация на рубеже XX—XXI вв. (п. 9.4). Обсуж-
даются и предлагаются пути преодоления этой проблемы, которые
авторы видят в повышении надежности методов математического
компьютерного моделирования, применяемого в проектной инже-
нерии. Здесь читатель может познакомиться и освоить новый
метод математического компьютерного моделирования, основанный
на точном аналитическом решении краевых задач, которое вы-
полняет «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 эво-
люционной 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). Пред-
принимаются 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 универ-
ситета 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

Предисловие

Хеннеру за предоставленную возможность использования его ме-
тодических наработок и бесценного педагогического опыта, декану
механико-математического факультета Пермского государственного
университета, профессору Вадиму Ивановичу Яковлеву за инте-
ресные беседы и поправки, касающиеся истории науки и роли
отдельных ученых в ее развитии.
С особой теплотой авторы выражают слова благодарности заведу-
ющему научно-библиографическим отделом библиотеки Пермского
государственного университета Владимиру Дмитриевичу Инзель-
бергу и старшему библиографу библиотеки Пермского государ-
ственного технического университета Раисе Николаевне Маляровой,
оказавшим помощь в поиске необходимого научно-методического,
справочного и учебного материала.
Авторы