Роль новітніх інформаційних технологій в сучасній науці. Особливості компютеризації наукового пізнання
Особливе значення для сучасної науки відіграють новітні інформаційні тих нології та компютерна техніка. Їхній вплив на науку - різноманітно. Використання компютерної техніки призводить до:
• виникнення нових методів дослідження;
• розвитку засобів і методів формалізації і математизації науки;
• виникнення нових наукових напрямів дослідження;
• зміни характеру наукового пошуку.
У силу труднощів практичного характеру або неможливості проведення натурного експерименту звичайний експеримент замінюється обчислювальним експериментом (наприклад, експериментальне дослідження проблем ядерної енергетики, ряду проблем освоєння космосу, експерименти з управління кліматом, соціальні експерименти). У подібних випадках саме обчислювальний експеримент відкриває широкі перспективи, оскільки він порівняно дешевий, легко керований, в ньому можна «створювати» умови, недосяжні в лабораторіях. При цьому «експериментування» проводиться з математичними моделями, однак його методика має певну схожість з методикою реального експерименту.
Виникнення обчислювального експерименту стало можливим, по-перше, завдяки появі компютерів, що працюють в режимі діалогу, по-друге, удосконалення теорії і практики програмування та розробки теорії чисельних методів і алгоритмів вирішення математичних завдань і, нарешті, по-третє, розвитку та удосконалення методів побудови математичних моделей, використання в цих цілях мови не тільки класичної, а й математики сучасною.
В обчислювальному експерименті ЕОМ виступає не тільки і не стільки як обчислювальний засіб на зразок арифмометра, а як досить досконалий інструмент для знакового моделювання різноманітних процесів, що допускають формального і алгоритмічного опису.
Структура обчислювального експерименту
• побудова математичної моделі досліджуваних процесів (опис їх на мові математики);
• перебування наближеного чисельного методу розвязання задачі, сформульованої при побудові математичної моделі. Тобто вибір алгоритму її рішення (послідовності логічних і математичних операцій, які необхідно здійснити для одержання результату). Від фахівця потрібно на цьому етапі обчислювального експерименту встановити розумний ступінь точності результату, який повинен бути отриманий за допомогою ЕОМ;
• програмування обчислювального алгоритму для ЕОМ ";
• розрахунок на ЕОМ;
• аналіз та інтерпретація результатів, отриманих в ході дослідження атематіческой моделі, її відповідність дійсності, зіставлення з даними спостережень і натурних експериментів.
Використання обчислювальних експериментів дозволило підвищити точність опису. Тепер не потрібно занадто спрощувати моделі досліджуваних явищ і жертвувати точністю опису. Це дозволяє уникнути прямих помилок, повязаних зі спрощеними моделями. Обчислювальний експеримент довів свою ефективність у вирішенні багатьох завдань типів у гідро-та аеродинаміки, у фізиці плазми, дослідженні глобальних наслідків «ядерної зими» і т.п. Застосування ЕОМ дозволяє полегшити, прискорити і вдосконалювати процес перевірки логіко-математичних операцій, що виробляються на попередніх стадіях математичного експерименту.
Створення аналітичного програмування зробило істотний вплив процесів компютеризації на сферу теоретичного дослідження. Воно дозволяє ЕОМ безпосередньо працювати з математичними формулами-здійснювати перетворення, викладки і т.п. (в небесної механіки, фізики плазми, гідродинаміки, квантової хімії). В математики і математичної логіки, наприклад, змогли, нарешті, вирішити топологічну проблему чотирьох фарб. Суть її полягає в тому, що необхідно довести, що не менше чотирьох фарб необхідно, щоб сусідні країни на карті завжди мали різні кольори.
Створення і застосування компютерної графіки дозволило візуалізаціро-ти багато видів наукової інформації і створило принципово нові можливості для дослідження, оскільки не завжди результати наукових досліджень можна виразити в текстовій формі. Вражаючим прикладом застосування засобів компютерної графіки є зроблене в 1984 р. американським і математиками Хоффманом і міксів велике відкриття в геометрії - доказ існування нового класу т.зв. мінімальних поверхонь (найменших поверхонь натягу).
Формується нова техніка виробництва синтезованих тривимірних зображень - іконографія, яка здатна до лаконічному та повного відображення навколишньої дійсності і наших фантазій.
Використання інтерфейсу «віртуальної реальності» відкриває нові можливості у творчості дизайнерів, скульпторів, архітекторів. Але найбільш значною є роль цієї технології в розкритті й розвитку творчого потенціалу людини. Графічний образ служить інструментом прямого впливу на інтуїтивно-подібні процеси, що відбуваються у правій півкулі головного мозку, і може сприяти усуненню "право-полушарного крену» у сучасній культурі.
Компютери включаються в науковий пошук на всіх стадіях, що призводить до підвищення ефективності і якості наукового пошуку й проведення наукового експерименту.
Сучасний науковий експеримент неможливий без обробки (досить часто трудомісткою), величезного обсягу інформації - цифрові дані, графіки, знімки і т. д. Це здійснюється за допомогою спеціалізованих автоматичних систем на основi використання ЕОМ. Експериментальні пристрої стали працювати в сполученні з компютерами, які не тільки реєструють і аналізують параметри досліджуваних систем, а й планують, готують есперімент, керують процесом її проведення, обробкою та узагальненням результатів.
Крім того ЕОМ використовуються і в інших функціях в процесі експериментальних досліджень. Наприклад, у сучасній фізиці широко використовуються лазери з перебудовується частотою. Традиційна технологія проведення експериментів з використанням таких лазерів передбачала ручне регулювання резонатора, визначає частоту випромінювання. Досить проста програма дозволяє обійтися без ручного регулювання. Експериментатор звільняється від багаторазового повторення рутинних операцій, а експеримент, раніше вимагав кількох тижнів, проводиться на протязі декількох годин.
Широко використовується ЕОМ для розшифровки експериментальної інформації в генетики, молекулярної біології. Вони використовуються для відтворення просторових структурних складних моделей молекул на основі рентгенівських знімків. Біолог розглядає білкову молекулу «через ЕОМ», подібно до того, як він раніше розглядав клітку через мікроскоп.
Центр уваги в експериментальній діяльності вченого зміщується у бік розробки та обгрунтування загального задуму і плану проведення експерименту, а потім інтерпретації отриманих результатів.
Широке застосування новітніх інформаційних технологій в сучасній науці призводить до того, що поряд з теоретичної та експериментальної діяльністю можна виділити, наприклад, як вважають багато провідних фізики, обчислювальну фізику.
Створення компютерного банку нуклеотидних послідовностей (у 1982 р. у США, потім у Європі та СРСР) призвело до народження і швидкому розвитку компютерної генетики.
Під впливом сучасних інформаційно-компютерних технологій йде процес формування нового дослідницького мислення в науці. Для нього в першу чергу характерно «зрощування» логічного й образного, синтез
понятійного і наочного, формування «інтелектуальної образності» і «чуттєвого моделювання». Перші паростки нового наукового мислення повязані з так званим «екранно-динамічним діалоговим моделюванням», яке забезпечує великі можливості для сприйняття потоків інформації та її переробки за допомогою чуттєвого уяви ученого260.
Істотні зміни в картині світу у сучасній науці дивним чином резонує із змінами, що відбуваються в організації нашого знання про них, в культурі листи. Ж. Дерріда, як відомо, розробив концепцію двох типів листи - лінійного та нелінійного. Для лінійного, тобто витягнутого в рядок листа, втіленого в книжковій культурі, характерно ієрархічну будову, послідовність елементів смислонесущіх тексту, що орієнтує на сприйняття його змісту як єдиного організованого цілого, відсікаючи, не допускаючи до тексту всі відгалуження думки, всі можливі траєкторії її руху, які не вписуються в цю організованість. При цьому, «основна функція лінійного листа розумілася й розуміється як подання, репрезентація вже існуючого сенсу. Водночас мова йде про подання сенсу як єдиного, повністю закінченого цілого »261.
Ідея нелінійного тексту, швидкість, гнучкість, реактивність і глибина нового мислення знаходять собі адекватну «гарматну» опору в розвиненому інструментарії екранної культури. На наших очах формується новий тип культури, заснованої на так званій «екранної мови», тобто на тимчасовому потоці екранних зображень на моніторі компютера, який вільно вміщує в себе поведінку і усну мову персонажів, анімаційне моделювання, письмові тексти та багато іншого. Культура компютерної сторінки дозволяє винести текст за рамки площинного зображення і створити обємне топологічний простір - гіпертекст.Характерна особливість його організації - можливість переходу від одного фрагменту тексту, носія певного сенсу, до безлічі інших смислових одиниць.