|
|
С. Б. Тараненко, А. А. Балякин, К. В. Иванов
Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии
Введение
Риск или плата?
Самая отчаянная опасность лучше верной смерти.
Артур Конан ДойльМногие эксперты — политики, экономисты, равно как и представители естественных наук, инженеры и футурологи — связывают изменения в нашей жизни со становлением нанотехнологий. Однако такие, только технологические изменения трудно назвать «принципиальными» или «фундаментальными». Речь идет не только и не столько о технике (да и техникой ли это будет называться), сколько об изменении технологического уклада, включающего изменения социального, институционального и иных порядков.
Большие надежды — всегда большие риски. О балансе надежд и рисков и пойдет речь в данной книге. Но и надежды, и риски далеко выходят за пределы технологической плоскости. Последствия технологического развития и связанных с ним изменений затронут различные стороны нашей жизни. Изменится не только наша «обыденная» жизнь, т. е. жизнь нам «привычная», базовые обстоятельства которой мы ошибочно привыкли считать чем-то само собой разумеющимся. Изменится само устройство нашей жизни: социальное и политическое, экосистемное, гуманитарное, наша культура — изменится наша цивилизация. Поэтому и риски носят принципиально разноплановый характер. Это не только и не столько риски технические: что-то взорвалось, кто-то отравился (что, без сомнения, также чрезвычайно важно), но это и риски системные, связанные с характером и степенью возможных изменений в нетехнологических областях за счет изменений технологических. Человечество с такими изменениями сталкивается давно. Их примером — далеко не единственным — являются экологические последствия, в том числе планетарного характера. Достаточно вспомнить о рукотворности многих ландшафтов современного мира — пастух и земледелец раннего этапа неолитической революции, использующий технологии подсечного земледелия, оставил нам Землю, сильно отличающуюся от той, которую знал донеолитический охотник и собиратель. И не всегда этот новый ландшафт к лучшему. Да мы и сами «мастера»: судьба Аральского моря тому свидетель. Арал — жертва ракетной техники: так случилось, что наиболее массовое ракетное топливо, гептил, остро нуждалось в соответствующем сырье, среднеазиатском хлопке. А этот хлопок, выращиваемый на полях советской Средней Азии, требовал полива. В результате вода Амударьи и Сырдарьи просто не дотекла до Аральского моря. И моря нет! Пересохло! Аральское море было четвертым по величине озером в мире. Было! В 1989 г. оно распалось на два изолированных водоема — Северное (Малое) и Южное (Большое) Аральское море. А там, откуда вода ушла, теперь соленая пустыня.
Аналогия с неолитической революцией не случайна. По мнению некоторых экспертов-футурологов[1], человечество лишь дважды в своей истории испытало столь кардинальные перемены. Это собственно неолитическая революция, а также промышленная революция, начатая в Великобритании в последней трети XVIII в. как технологическая революция (текстильная промышленность, паровой двигатель, металлургия). Но, как утверждает большинство футурологов, нанотехнологическая революция потенциально сопоставима, равномощна этим двум уже состоявшимся. В общем, если футурологи правы, поздравляем: мы живем в эпоху перемен, что древнекитайские философы считали крайне неутешительной новостью.
С революционными изменениями связано такое понятие, как неизбежность. Мы не можем отказаться от изменений — сам отказ катастрофичен: его последствия тяжелее и трагичнее возможных последствий, которые несут с собой риски перемен. Такие изменения — не риск. Это данность. Поэтому еще до того, как мы начнем анализ различных рисков, связанных с нанотехнологиями, с их проникновением в нашу жизнь, необходимо прояснить следующее. Кроме рисков и угроз то, что может случиться, а может и не случиться (а это важная особенность риска), есть наша обязательная плата за технологическое развитие, впрочем как и за любое другое развитие. Так, за прямохождение человек сегодня платит большую цену. Это не только плоскостопие или искривленный позвоночник у значительной части населения, но и сердечно-сосудистые заболевания — бич XX и, наверно, XXI в. Любое «достижение» человека — как биологического вида, как существа социального (а технологическое развитие из этой «песочницы») — всегда требовало платы. Появились антибиотики, и вот уже экологи бьют тревогу: не прокормит наша планета такое количество, страшно сказать, не умерших, лишних людей. Впрочем, эту проблему осознали еще до антибиотиков: достаточно вспомнить экономиста Томаса Роберта Мальтуса (1766–1834) с его теорией перепроизводства людей[2] (правда, следует отметить, что эту «плату» человечество ловко умеет откладывать на потом). В отличие от рисков и угроз расплата обязательно наступает. Правда, мы об этом можем заранее и не знать: либо не предвидеть, либо думать о ней как, о риске. Но расплата — это не риск, и нужно думать не о том, как ее предотвратить, а о том, адекватна ли она, готовы ли мы ее нести за те преимущества, которые извлекли. Ну не на четвереньки же нам снова вставать.
Однако мы будем различать расплату и риски только там, где сумеем. И, когда будем говорить о рисках, мы, если это не оговорено специально, будем включать и расплату, неизбежную расплату.
Кроме того, необходимо пояснить разницу между рисками и угрозами. Она условна. Но это различие как раз и позволяет нам находить тот баланс между надеждами и рисками, о которых речь шла выше. Представим, что в силу тех или иных внешних обстоятельств (под которыми мы будем понимать обстоятельства, вызванные иными причинами, чем рассматриваемое нами технологическое развитие) имеются риски, которые мы надеемся с помощью новых технологий преодолеть. Вот тогда и будем называть их угрозами. Например, проблема обеспечения безопасности — угроза; проблема потенциального голода — угроза; перечень можно продолжать достаточно долго. Но условность различия также легко понять: так, нанотехнологии способны не только преодолевать угрозы, но и косвенно порождать новые — все в этом подлунном мире взаимосвязано, и отделить причину от следствия порой не просто трудно, а принципиально невозможно — как в набившей оскомину дилемме о первичности курицы или яйца.
Итак, риски. Каковы они? Технологические риски сопутствуют человеку на протяжении всей его истории: не вовремя лопнувшая тетива первобытного охотника, оставившая его один на один с диким зверем, конечно, меньшая трагедия, чем взрыв ядерного реактора. Но, возможно, не с точки зрения данного охотника. Наша книга посвящена рискам, связанным именно с нанотехнологическим развитием. Означает ли это, что в данном случае имеет место особенность, отличие от того, что мы знали ранее, отличие от того опыта, который мы как человечество приобрели за свою не менее чем пятитысячелетнюю историю, если за отсчет принять первую письменную цивилизацию, опыт которой хоть как-то сохранился — шумерскую?
И да, и нет. И вот почему.
Почему «нет». Изменения носят, как будет показано далее, революционный характер. Физики, а вслед за ними и футурологи, называют такие изменения фазовым переходом. Изменения столь существенны, что свойства того, что получится за этим переходом, слабо связаны с тем, что было до него. Примером такого фазового перехода из физики является замерзание воды — по свойствам текучей жидкости очень трудно судить о свойствах на удивление твердого льда; если кто в этом сомневается, пусть подумает над тем, что сумел бы он предсказать, не зная заранее, что лед не тонет. Если изменения не столь существенны, хорошо работают аналогии, так называемые тренды и другие инструменты наших оценок по принципу еще одного, дополнительного, шажка — маленький шажок приводит к малым изменениям. У нас даже математика — дифференциальное и интегральное исчисление, вариационное исчисление и пр. — для этого специально приспособлена. А вот изменения, которые не являются непрерывными, изучает теория катастроф — в контексте данной книги очень обещающее название.
Следует помнить, мы по-настоящему погружаемся в область неочевидного. В буквальном смысле — глазами не увидеть. Квантовый мир, законы которого нанотехнологии приносят в наш мир, — источник быть может еще неосознанных сюрпризов и сюрреалистических бед. Вот спорили люди о том, что вокруг чего вертится: Земля или Солнце — центр мироздания. Копья ломали, на кострах чуть было не жгли, славу Богу до этого не дошло[3]. Ведь видно — Солнце вращается вокруг Земли. Очевидно — очами, т. е. глазами. И трудно было представить, что наоборот. Но представили, и оказалось, что представить можно. Нам показали модель, в которой Земля вращается вокруг Солнца, мы на нее очами-глазами посмотрели и сказали: ба! да это же ОЧЕвидно. Стоило ли спорить. С квантовым миром все по-другому. Показать нечего. Нет такой модели, которую можно увидеть глазами и которая правильно бы показывала, что там, в квантовом мире, происходит. Такая модель невозможна в принципе. Нельзя квантовые законы описать на языке законов, которые ОЧЕвидны. Так уж устроен этот мир. И весь наш опыт в этих условиях может не только оказаться бесполезным, но и сыграть с нами дурную шутку. Если у вас есть детская игрушка юла, заведите ее и толкните влево. Влево ли она отклонилась? Нет? Надо же, а вы говорите — опыт. Люди, не знающие механики твердого тела, могут быть сильно удивлены, что то, что они были готовы отстаивать как очевидное, оказалось неверным[4]. Но юлу можно продемонстрировать. Неверующие удивятся, поворчат, может, даже обидятся, но спорить перестанут. А в нанотехнологиях «юлу» не предъявишь и никого не переубедишь. Не будет же каждый человек (включая уже вполне состоявшихся, опытных) шесть лет учиться квантам — как называют квантовую механику студенты физических специальностей. Да и специалисты, знающие кванты, могут ошибаться и, как ни странно, делают это довольно часто.
Теперь почему «да». Как иначе объяснить то, что объяснить, в общем-то, нельзя? Аналогии — отличный инструмент. Он неточный, часто неверный, но убедительный. Конечно, так ничего доказать нельзя, но можно хотя бы предложить задуматься. Все то, что доказывается при помощи аналогии, потом придется действительно доказать. Аналогия недостаточна, она часто обманывает. Но при этом она дает отличный повод задуматься о том, что к нашим убеждениям стоит относиться с еще большей осторожностью, чем к столь ненадежной аналогии. Вдруг аналогия все же окажется правдивой!
Такой инструмент, как аналогия, отлично подходит именно к анализу рисков. Ведь риски тоже на добрую половину состоят из этого «а вдруг?».
Это многоликое нано
То, что тебя бранят, — не твой порок.Прекрасное обречено молве.Уильям Шекспир. СонетыЧтобы содержательно говорить о рисках и угрозах, связанных с развитием нанотехнологий, необходимо разобраться в самих технологиях, объединенных приставкой «нано». Конечно, серьезный разбор требует самостоятельной книги — авторы, не очень довольные тем, что на сегодня уже на эту тему написано как в России, так и за рубежом, уже приступили к созданию такой книги (ее рабочее название — «Многоликое нано. Надежды и заблуждения»). Но нам необходимо — здесь и сейчас — дать те минимально необходимые сведения, без которых разговор о рисках будет сводиться к разговору о рисках технологического развития и технологических рисках в целом, пропуская столь важные особенности именно нано. А эти особенности важны — уж больно отличны эти странные нанотехнологии от того, что человечество делало ранее.
Чаще всего нанотехнологии связывают с размером. В нанотехнологиях обязательно что-то маленькое, наноразмерное — сама ли «вещь» или ее функциональная «деталь», а может, что-то вообще такое, что и «деталью» назвать трудно. Заметим, что слова «вещь», «деталь» намеренно взяты нами в кавычки. Конечно, продвинутый философ легко оперирует понятием «вещь» в самых общих смыслах. Но мы-то привыкли понимать под вещью то, что можно потрогать, увидеть. Ну, в общем, как дети, познающие мир, ломая игрушки. А с нано это не всегда возможно.
Итак, размер. Размер — так определили эксперты — должен быть в диапазоне от 1 до 100 нанометров — вот отсюда и приставка «нано» ко всему остальному: к технологиям, материалам, свойствам. Эта приставка (дословно переводимая с древнегреческого как «карлик», «гном») означает одну миллиардную часть чего-либо. В данном случае — метра. Это очень маленький размер. В 1 нм (так кратко записывают нанометр) привычного нам твердого тела — кусочка льда, титановой детали реактивного самолета, куска школьного мела — умещается лишь несколько атомов.
Поразительную малость этого размера можно представить себе и так: если уменьшить Землю до размера теннисного мяча, то яблоки, растущие на ней, будут размером в 1 нм. Помните поговорку о иголке в стоге сена? Задача найти и наточить иглу (причем не вынимая ее из стога) — пустяк по сравнению с тем, что делают нанотехнологии: найти наноразмерный объект и осуществить манипуляции с ним. А это именно так — транзистор в чипе размером 10 нм уже никого не удивляет. А эти транзисторы, между прочим, собраны в сложнейшие схемы, которые работают.
Но в размере ли дело, точнее, только ли в нем? Бывает, что и в нем. Например, для электроники такой размер принципиален: чем он меньше, тем меньше электропотребление и тем выше скорость работы (тактовая частота). Но чаще дело вовсе не в размере. Просто с ним связано то, что мы вынуждены (или хотим) иметь дело с отдельными атомами и молекулами. Именно возможность манипуляции отдельными атомами и молекулами наиболее точно определяет нанотехнологии. Нанотехнологии во многом напоминают конструктор, подобный «Лего», деталями в котором служат отдельные атомы и молекулы. А уж размер деталей, само собой, маленький.
Но этот маленький размер может быть все же больше объявленных предельными 100 нм. Есть такой важный объект — молекула белка. Ее нормальное состояние — быть свернутой в глобулу (образование в виде клубка) диаметром более 300 нм. Но это настоящий нанообъект, причем один из самых важных. Именно с такими объектами связывают наиболее перспективное в нано: способность к репродукции, способность к производству по программе, заложенной в самой молекуле белка. Именно так работает наследственный механизм всего живого. Для нанотехнологий такой механизм применительно к неживой материи называют самосборкой.
Принципиальная связь нанотехнологий и механизмов живого — очень важный аспект нанобезопасности и соответствующих рисков. Именно здесь есть где разгуляться фантазии. Но — и это принципиально важно — за этими образными фантазиями, которые с успехом могут стать основой сценария увлекательного ужастика, порой стоят отнюдь не броские, но реальные угрозы, которые крайне опасно не заметить.
Итак, нано — это малый размер, атомарная «механика» и «механика» живого или «механика» подражания жизни. Но где мы можем увидеть это нано, эти нанотехнологии, в чем они «находятся»?
Простейшее (если по отношению к «нано» данное слово вообще уместно) «вместилище» нанотехнологий — это наноматериалы, а также наносырье для их производства. Новые материалы основаны на том, что придание им структуры с характерным наноразмером кардинально улучшает их полезные свойства: повышает прочность, износостойкость, снижает вес. Они могут обладать дополнительными качествами, ради которых их и создают, такими как отсутствие трения в трущихся частях, биосовместимость (что означает, например, неотторжение протеза организмом), несмачиваемость или связанная с ней способность не обледеневать и др. Все такие материалы называют конструкционными. Из них что-то делают: корпус ядерного реактора или подводной лодки, электропровода контактной сети сверхскоростного электропоезда, беговые лыжи, скользящие по асфальту как по снегу, и многое-многое другое. И с наличием (или отсутствием) таких материалов связаны те или иные возможности и те или иные риски.
При производстве этих — а также других, о которых речь чуть ниже — материалов используют наносырье. Наносырье само является нанообъектом: это наночастицы и нанопорошок, углеродные и неуглеродные нанотрубки, фуллерены, дендримеры и др. Этот — собирательно назовем его — нанопорошок состоит из частиц или волокон наноразмера. Но и сами частицы и волокна могут обладать довольно специфичными свойствами. Простейший из нанопорошков, встречающихся в природе, — асбест, применение которого несет с собой хорошо известные риски, прежде всего канцерогенность. С другими наночастицами на сегодня не все так ясно.
Кроме конструкционных материалов нанотехнологии знают материалы функциональные. Это такие материалы, в которых само «тело» материала является механизмом. Неправильно думать, что до появления нанотехнологий функциональных материалов не было. Напротив, они были и широко использовались. Это и кристалл кварца, «держащий» частоту в высокоточном генераторе или часах, это и пьезокристалл, преобразующий колебания иглы электропроигрывателя 50–70-х годов XX в. в электрический сигнал и популярную мелодию Бернеса. (Кстати, похожие кристаллы используются и в нанотехнологиях. С помощью электрического тока, подаваемого на пьезокристалл, перемещают кантилевер[5] атомно-силового микроскопа на расстояние в десятки микрон с точностью до нескольких нанометров.) Функциональные материалы разнообразны: это и электротехнические среды аккумуляторов и батареек, и катализаторы большой химии, и даже порох.
Однако расцвет функциональных материалов приходится на нано. С появлением нанотехнологий они стали по-настоящему важны и разнообразны. Например, представьте себе материал, который способен подбирать к молекулам множество «ключей» (один подошел, другой нет) и на основе которого возможно создание такого устройства, как искусственный нос (см. п. 2.3 «Оставив свободу с носом»).
С функциональными наноматериалами тесно связаны наноустройства. Часто невозможно различить, где «заканчивается» материал и «начинается» устройство. В этом и суть функциональных материалов: они сами — распределенное устройство, устройство без шестеренок и винтиков.
Такие устройства — источник широчайшего спектра возможностей, часть которых сегодня даже трудно представить. А возможности, как мы уже говорили, имеют оборотную сторону — риски. И их спектр также широк, как и спектр возможностей. Об этом необходимо помнить всегда, когда мы создаем что-то новое, когда кардинально расширяем наши возможности.
Важной отличительной особенностью функциональных наноматериалов является структура. В простейшем случае это специально приготовленная поверхность, в более сложных — квантовые точки, квантовые борозды и их аналоги. Речь идет о структуре именно на атомарно-молекулярном уровне. Конечно, углеродная нанотрубка является также структурой. Но в составе нанопорошка такая структура не носит строго упорядоченного характера. Так, лес отличается от парка: парк может быть «французским», где деревья составляют строгие геометрические узоры, может быть «английским», который похож на естественный лес, но все равно каждое дерево посажено строго по плану.
В нанотехнологиях часто материал уходит на второй план и вперед выступает Ее Величество Структура (см. главу 2 «Чудеса структуры»). Так и говорят — мы имеем дело с наноструктурами. Наноструктуры разнообразны. Это и так называемые метаматериалы (здесь слово «материалы» почему-то сохранилось), используемые в гига- и терагерцовой электронике, и то, что представляет собой следующий этап электроники, включая собственно электронику (как традиционную, так и принципиально новую), а также фотонику и спинтронику. Фотоника заменяет «привычный» нам электрон на квант света как носитель сигнала в наших сложных схемах, из которых мы собираем компьютеры, датчики и бытовые приборы. Спинтроника основана на коллективном поведении тех же электронов, их взаимодействии через спин: ток не идет (ток — это направленное движение электронов), сигнал же — пожалуйста: электроны как бы передали его «из рук в руки». С устройствами на базе спинтроники мы уже хорошо знакомы на бытовом уровне: она присутствует во флешках и другой долговременной памяти.
Структура — источник как возможностей, так и рисков. Гора кирпичей «в навал» представляет меньшую опасность при землетрясении, чем милый кирпичный домик, под которым есть шанс быть погребенным при его разрушении. Утрата структуры может иметь самые неожиданные и порой тяжелые последствия. Но и сама структура может быть не безопасной. Неудачно, а может, и намеренно (как в рассказе Карела Гашека «История о взломщике и поджигателе») расположенный кусок стекла (линза) может стать источником пожара[6].
Структурный аспект нанобезопасности проявляется и при создании новых, ранее не существующих, и без технологий невозможных, химических соединений, хотя сам термин можно уже поставить под сомнение: химия ли это? Как отдельные молекулы, так и их совокупности (структурные или нет) — источник новых рисков, частично подобных тем, с которыми человечество столкнулось при бурном развитии химической промышленности в XX в.
И нельзя забывать, что эти структуры приносят нам «весточку» из мира квантового — интуитивно непонятного, неожиданного, с «сюрпризами».
Крайним выражением структуры являются устройства. В нанотехнологии это МЭМСы и НЭМСы. Эти аббревиатуры расшифровываются так: первая — микро-, вторая — наноэлектромеханические устройства. НЭМС — это что-то вроде машинки, «колесиками» в которой выступают отдельные (очень специальные) молекулы, т. е. такая штуковина может передвигаться. Делает это она либо под внешним воздействием (например, «ползет» туда, где соленость раствора выше), либо за счет внутренней «батарейки» или иного источника.
Конечно, МЭМСы и НЭМСы — это не только и не столько движущиеся машинки чрезвычайно малого размера — меньше человеческой клетки. Это прежде всего датчики, заменяющие нам гироскопы, измерители давления, температуры и многое другое. Но именно с НЭМСами связывают наиболее яркие картины нанотехнологической опасности. Естественно, речь идет о нанороботах. О том, так ли это, мы также поговорим в нашей книге (см. п. 6.4 «Самоходный чип и кошмар Дрекслера»).
Гипотетическая способность нанороботов размножаться — один из таких «беспокоящих» факторов. Представляется, что на эту проблему надо смотреть шире: наиболее перспективные области нанотехнологий лежат на стыке всего того, о чем шла речь выше, и живого. Нано проникает в жизнь на клеточном уровне, как создавая миметические устройства, «списанные» с живого как со шпаргалки, так и изменяя саму клетку для различных целей: промышленных, медицинских и др. И это, конечно, один из наиболее важных аспектов нанобезопасности (см. главы 4, 5). Медицинские, экологические и технологические риски переплетаются в запутанный клубок, который нам предстоит распутать.
Вот далеко не полный перечень того, что мы называем «нано», того, с чем нам придется считаться в недалекой перспективе или даже уже сейчас.
Квантовый мир нано. Чего мы не знаем…
Если тебе нравится мешок, купи его вместе с котом, которого тебе хотели в нем продать.
Станислав Ежи ЛецРазвитие нанотехнологий связывают во многом с теми неожиданными возможностями, которые нам предоставляет квантовый мир, точнее, те законы мироздания, которые проявляются в масштабах атомов и молекул и которые так не похожи на знакомые нам со школьной скамьи.
И степень непохожести мы часто недооцениваем.
Многие из нас, конечно, знают или слышали о туннельном эффекте — эффекте, на котором построена работа транзистора, уже ставшего рутинным. Но этот эффект в квантовом мире может проявиться не только в транзисторах. В чем же его суть?
Знаем, скажут некоторые. Если электрон не может в обычной — классической — физике пройти сквозь стенку, то в квантовой может. Ну да, что-то вроде этого. Но это далеко не все. Проще всего объяснить это на ставшем классическим — с подачи Ричарда Фейнмана[7] — примере работы мазера (а заодно и лазера).
Допустим, у вас есть молекула аммиака. Она изображена на рис. В1, например слева. И есть еще одна такая же — справа. Но не совсем такая — это зеркальное отражение первой. И как ни старайся, первую во вторую не превратить — не вывернешь же ее наизнанку. А вот в квантовом мире такое возможно — из-за туннельного эффекта. Но — внимание — это не все! В результате получится вообще нечто неожиданное. Реальными будут не «левая» и «правая» молекулы аммиака, между которыми возможен переход, а их смеси. Первая смесь — половинка «левой» плюс половинка «правой» молекулы. Вторая — половинка «левой» минус половинка «правой». Чудно? Авторы, конечно, в своем «объяснении» многое упустили. Пропустили такие слова, как «суперпозиция волновых состояний», «разница между бозе- и ферми-статистиками» и многое другое. Но для этого надо учить «кванты».
Рис. В1 Физическая модель двух базисных состояний молекулы аммиака
Но это «чудно» имеет удивительное последствие. Если «левая» и «правая» молекулы ничем не отличались, и переход из одной формы в другую ничего не менял, ни к чему не приводил, то в случае наших смесей это не так. «Первая» смесь отлична от «второй». Они имеют разные внутренние энергии, и переход между ними осуществляется за счет поглощений (в одну сторону) или испускания (в другую сторону) кванта света. Вот этот квант, испускаемый молекулой, и есть то, из-за чего мазер (а также лазер) работает. Не будет преувеличением сказать, что мы видим тот факт, что состояния вовсе не одинаковы, а, напротив, различны, и значит, мы реально имеем дело не с «правой» и «левой» молекулами — реальны наши квантовомеханические смеси.
Этот пример имеет далеко идущие последствия. Вот мы говорим, что атомы можно разместить так, можно иначе — на то и наши нанотехнологии, которые и осуществляют манипуляции с атомами. А на деле реальны не «так» и не «иначе», а их абстрактные математические комбинации. И у этих комбинаций, кроме того, и свойства другие.
Здесь можно возразить: ну хорошо, это в квантовом мире такие «фокусы», а в нашем все проще. Возражение отчасти верно, но лишь отчасти. Наша убежденность в том, что нанотехнологии позволят нам воспользоваться теми свойствами, которые присущи квантовому миру, и есть утверждение того, что эти свойства окажутся у нас здесь, так сказать, «под руками» и «перед глазами». И непонимание этого — само по себе огромный риск.
Лет двадцать назад одному из авторов этой книги довелось присутствовать на физическом семинаре, посвященном возможности холодного термояда — «поджечь» термоядерную реакцию без токамаков и других огромных, сложных и дорогостоящих установок. Докладчик уверенно рассказывал о том, что успех обеспечен: вот еще чуть-чуть, и он на своем рабочем столе, пусть не в центре Москвы, но в жилом, в общем-то, районе, этот термояд подожжет.
Первым ему был задан следующий вопрос: а если «бабахнет»? «Не должно», — ответил докладчик. Больше вопросов к докладчику не было — было ясно, что он и сам не верит в успех своего эксперимента. Итак, если мы верим в нанотехнологии, в их квантовые возможности, — а это так, — то возможность того, что «бабахнет», не должна сбрасываться со счетов. А наш пример лишь про один из множества квантовомеханических «фокусов» показывает нам, что наше рассуждение по привычке может оказаться — и наверняка окажется! — ошибочным.
Вот еще один пример ошибочного рассуждения, диктуемого нам нашим неквантовым опытом. Давайте подбросим две монетки. Какова вероятность, что выпадут два «орла»? Кто немного знаком с теорией вероятности и элементарной математикой, легко ответит: одна четверть, или 25 %. И в самом деле, давайте переберем возможности. Первая — наши два «орла». Вторая — две «решки». А еще третья и четвертая. Первая монета — «решкой», вторая — «орлом». И, наоборот: первая — «орлом», вторая — «решкой». Всего четыре равновероятные возможности. И только одна нас устраивает. Вот и получается одна четвертая. С монетками так и есть, можете проверить, немного поиграв в орлянку.
А теперь «следите за руками»! У электрона есть два состояния: спин вверх и спин вниз — своеобразные «орел» и «решка». Какова вероятность найти два электрона спином вверх (пусть электроны имеют разную энергию, чтобы не было проблем с ферми-статистикой)? Думаете одна четвертая? Ничуть не бывало. Одна треть. Считаем состояния. Два вверх. Два вниз. Один вверх, один вниз. Всего три состояния. Стоп, — скажете вы. Ну, один, два, а затем три — первый вниз, второй вверх, и четыре — первый вверх и второй вниз.
А вот и нет. Два электрона не бывают первым и вторым — они настолько одинаковы, что принципиально не различимы. Один вверх (неважно какой), один вниз — и никак иначе! Физики эту вероятность померили, что называется, поиграли в орлянку. И подтвердили — одна треть!
В нашем мире любые два объекта — хоть братья близнецы — принципиально различимы. А в квантовом — наоборот: два электрона — это два электрона, а не первый и второй — пальцем в них ткнуть нельзя! Неразличимость одинаковых квантовых объектов (а это могут быть и нанокластеры) — удивительное отличие квантового мира от нашего. Что будет, если мы создадим точную атомарную копию какого-либо предмета — атом за атомом? Мы это еще не пробовали! А нанотехнологии нам такую возможность предоставят.
Еще раз повторимся: мы многого не знаем. Нет, мы знаем, как «удивительно» ведут себя молекулы, атомы и их составные части — элементарные частицы. Но мы до конца не знаем, как ведут себя их ансамбли при условии, что действие квантовых эффектов будет «продолжено» до надлежащих размеров. А то, что такое «продление» будет, сегодня уже можно не сомневаться. Помните про спины электронов? Вот с ними имеет место совершенно удивительный «фокус», уже частично «пролонгированный» в наш мир. На основе этого «фокуса» работают флешки — память, не требующая энергопотребления.
Электроны — фермионы, т. е. они подчинены так называемой ферми-статистике. Это означает, что два электрона в одно состояние запихнуть нельзя. Если «коробочка» занята, то будьте любезны — в другую. Помните, как в химии электроны химических элементов с ростом номера элемента заполняют электронные оболочки? Это оно и есть. Они не толпятся все на нижних орбитах — там занято и приходится забираться на следующие.
Впрочем, на каждой «орбите» все же не один электрон, а два, ведь есть еще спин, вверх и вниз. В каждой клеточке по два электрона, спины которых смотрят в разные стороны. И если мы у одного электрона перевернем спин, то у другого он тоже обязательно перевернется. На этом — или почти этом — принципе работают так называемые спин-спиновые взаимодействия, или спиновые волны. Это передача сигнала очень странным способом — без привычных нам сил. Кстати, на этом принципе работает и так называемый квантовый компьютер, которому посвящен отдельный раздел (см. п. 3.3 «Немного мертвый кот, или компьютер-демон»).
Исчерпываются ли «чудеса» и «фокусы» квантового мира тем, что мы рассказали? Конечно, нет! Например, мы можем с удивлением узнать, что, повернувшись на 360 градусов вокруг собственной оси, мы не очутимся в том же положении — оказывается, надо повернуться дважды! И многое-многое другое. Но обо всем этом — позже, конечно, лишь в том объеме, который нам необходим для разговора о рисках привнесения особенностей квантового мира в нашу жизнь.
Нано и новый технологический уклад
…Эта промышленная революция была вызвана изобретением паровой машины, различных прядильных машин, механического ткацкого станка и целого ряда других механических приспособлений. Эти машины… изменили весь существовавший до тех пор способ производства…
Фридрих Энгельс«СЕПУЛЬКИ — важный элемент цивилизации ардритов (см.) с планеты Энтеропия (см.). См. СЕПУЛЬКАРИИ».
Я последовал этому совету и прочел:
«СЕПУЛЬКАРИИ — устройства для сепуления (см.)».
Я поискал «Сепуление»; там значилось:
«СЕПУЛЕНИЕ — занятие ардритов (см.) с планеты Энтеропия (см.). См. СЕПУЛЬКИ».
Станислав Лем. «Звездные дневники Ийона Тихого»Для понимания рисков, связанных с развитием нанотехнологий, очень важно ответить на, казалось бы, простой вопрос: что нам даст это развитие — наноартефакты неизвестной нам сегодня природы или привычные продукты, созданные на иной технологической основе? Иными словами, что мы ожидаем: будем ли мы продолжать изготовлять «табуретки» не из дерева, а из композитных наноматериалов, будем насаживать топор с нанопокрытием лезвия на рукоять из легкого и прочного наноматериала, чтобы нарубить дров для печного отопления, труба которого термоизолирована от потолка термозащитой из наноматериала во избежание пожаров, или речь о другом? Мы, конечно, утрируем. Но производство самолетов, ядерных реакторов и многого другого, что мы на сегодня умеем, в сущности — «табуретка» современности. Нанотехнологии найдут широкое применение и в авиастроении, и в традиционной электронике, и в большинстве традиционных областей: от медицины до космонавтики, но важно помнить, что это далеко не все. Манипулирование материей на атомарно-молекулярном уровне, использование в нашем мире эффектов квантового мира дают нам основание предполагать, что те возможности, которые предоставляют нанотехнологии, существенно шире «повторения пройденного». А если изменения — как мы, собственно, ожидаем — носят принципиальный характер, то мы должны ответить и на вопрос: как они могут изменить наши производство, потребление, а вместе с ними и сам «стиль» жизни, т. е. все? (См. главы 7 и 8.)
Итак, по факту (так уже сложилось в реальной жизни) есть два рода нанотехнологий, которые условно можно назвать «традиционные» и «квантовые». И дело не только в «квантовости» того или иного эффекта — дело в том, о чем шла речь выше: ручка ли топора это или что-то принципиально новое, как когда-то были первый телефон, первое радио, первое телевидение, первый компьютер, антибиотики и наркоз, воздушный шар и первый самолет. Конечно, такое разделение не следует рассматривать как категорическое и вполне точное. Достаточно заметить, что имеют место и так называемые «промежуточные» нанотехнологии, которым одновременно присущи некоторые системные черты и тех, и других.
Под «традиционными» можно (и как авторы полагают, следует) понимать технологии, лежащие в русле эволюционного развития, т. е. такого развития, которое вовсе не требует изменения наших базовых представлений или как минимум не требует их быстрого, а потому сложного изменения. Во многом такие представления уже сложились.
Каковы же эти базовые преставления?
Даже если мы не знаем точно, то в целом понимаем, зачем нам необходимы изменения свойств материалов и сред, применяемых в нашей технологической деятельности. Зачем и почему нужны материалы более прочные и легкие, более долговечные и способные работать в агрессивных средах, материалы, обладающие низкими коэффициентами трения и надлежащей адгезией и несмачиваемостью, и далее… — список может быть продолжен.
Так же и с электроникой в различных ее аспектах: мы знаем, зачем нужна миниатюризация, ведущая к высочайшему быстродействию и колоссальным объемам памяти (как оперативной, так и «архивной»), к снижению энергопотребления (что среди прочего делает эти электронные устройства возможными, купируя проблему «отвода» рассеиваемой мощности).
Иными словами, речь идет о нашем технологическом опыте, включая не только набор доступных нам технологий, а значит, возможностей, но и технологические «привычки» и стандарты мышления, наши рутины (см. п. 8.1 «Наш враг — стереотип»).
Так, человечество в области металлургии давно и с успехом (ранее — опытным путем, впоследствии — на строгой научной основе) создает и массово производит материалы с желаемыми свойствами. При этом, как физик в области твердого тела, так и металлург-технолог, оперируют понятиями о строении вещества на уровне малых размеров, когда говорят о дислокациях, доменах, когда изучают фононную и иные «квазичастичные» структуры материала. И все это уже давно представлено в нашей практической жизни: прочные и надежные конструкционные материалы, инструментальные материалы, включая материалы, применяемые для медицинского протезирования, и многое другое.
И если предел такого технологического развития, основанного на традиционных для XX в. технологиях, наступает (а во многом он уже наступил), то нанотехнологии «подхватывают» эту эстафету, которую вполне можно охарактеризовать, перефразировав олимпийский призыв: «прочнее, легче, практичнее».
Да, нанотехнологии часто требуют иного инструментария, иных технологических принципов для реализации и этих вполне традиционных «улучшений». Но не всегда. Пример тому — нанопорошки, получение которых часто основывается на вполне традиционных технологиях[8]. При этом благодаря своим полезным свойствам такие нанопорошки имеют широкий спектр применения — от доставки лекарств в клетки и органы человека до создания поверхностей материалов с заданными свойствами.
Но наибольшего эффекта следует ожидать от применения «традиционных» нанотехнологий в создании материалов на основе уже существующих технологий, может, и значительно модифицированных, использующих в качестве сырья нанообъекты. Примером тому может быть процесс создания волокон на основе фуллереновых трубок. Фуллереновая трубка — нанотехнологический объект, допускающий над собой традиционные манипуляции. Это возможный «шелк» будущего: на основе фуллереновых волокон возможно создание материалов и устройств самого различного назначения. Среди них есть и фантастические, такие как космический лифт (поднятие спутников на орбиту «на веревочке»), реализация которых сомнительна, но не по причине недостаточной прочности и легкости нити[9]. Но вот создание легких и чрезвычайно прочных материалов: нитей, полотна и на их основе композитов (для менее экзотических применений) вполне вероятно уже в среднесрочной перспективе. Такие материалы и композиты — основа многих будущих технических решений от создания броней и бронежилетов до развития авиа-, автомобиле- и судостроения.
Применение новых конструкционных материалов — основа качественного изменения самих конструкционных решений высокотехнологической продукции. Не исключено, что те или иные решения, представляющиеся неэффективными или даже технически невозможными и непредставимыми сегодня, получат существенный импульс к развитию и станут нормой технологий недалекого будущего.
Но не только фуллерены и структуры, основанные на них, являются перспективным направлением технологического развития по пути «традиционных» технологий. Другой перспективный путь — образование на поверхности материалов нанопленок с заданными свойствами. Достигается это путем как их нанесения, так и обработки поверхностей. Использование лазерного излучения, ионных пучков для нанесения таких поверхностей не должно скрывать от нас того обстоятельства, что это нанотехнологическое продолжение такого технологического процесса «со стажем», как оцинковка кровельного металла.
Но такое продолжение открывает совсем новые технологические возможности применения материалов, которых ранее не было. Так, речь идет о создании покрытий, обеспечивающих длительное и надежное функционирование материалов в критических условиях. При этом одновременно решаются задачи обеспечения надежности и соблюдения сроков эксплуатации, что объединяется термином «ресурс», принципиально важным в таких областях, как авиадвигателестроение, энергомашиностроение, двигатели и генераторные агрегаты в целом.
Нанопокрытия решают и вопросы повышения энергоэффективности, технически понимаемой как коэффициент полезного действия (КПД). Так, благодаря покрытию лопастей газовой турбины тепловой электростанции нанопленкой может быть существенно повышена рабочая температура, что в соответствии со «школьной» формулой тепловой машины[10] позволяет значительно поднять КПД электрогенерации.
С проблемами КПД, долговечности и надежности также тесно связаны вопросы, решаемые в рамках нанотехнологического вектора развития по снижению трения в различных агрегатах, в том числе двигателях. Снижение на порядок трения за счет нанопокрытия — ближайшая технологическая перспектива.
В этом контексте следует отметить и упоминавшиеся нанопорошки как основу смазочных материалов, применяемых с обычными агрегатами (без нанопокрытий), как способа продления их ресурса. Одновременно другие нанопорошки будут использоваться и как абразивные материалы, применяемые в таких традиционных сферах, как бурение нефтяных и газовых скважин. В целом, это направление также справедливо рассматривать как традиционное, начатое технологиями по созданию искусственных технологических алмазов и производством уже полностью искусственного, т. е. не существующего в природе, фианита. При этом твердость созданного инструмента (не только бурового, но и иного) может быть выше или соразмерна твердости алмаза, как, впрочем, могут повышаться и его прочностные свойства в целом за счет снижения хрупкости.
Традиционные области применения нанотехнологий требуют и ряда «простых» решений, таких как повышение надежности и качества соединений. Последнее решение стало особенно актуальным при строительстве подводных газопроводов, где качество сварных швов трудно периодически контролировать.
В этом же — решение проблемы сродства[11] различных материалов сборных конструкций, актуальной, в частности, в авиастроении. Так, отсутствие надлежащих материалов при проектировании в целом удачного воздушного судна ТУ-134/154 не позволило найти решения, исключающие процедуры технического обслуживания самолета, требующего периодическую частичную разборку фюзеляжа для проверки состояния стрингеров в местах соединений с корпусом.
В этом же ряду стоит задача обеспечения необходимой адгезии[12] поверхностей, имеющей место в процессах склеивания, пайки, сварки, нанесения покрытий, решение которой, в частности, позволит «склеивать» разнородные материалы, например керамическую пластину с металлической.
Итак, отчетливо просматривается перспектива «традиционных» нанотехнологий как продолжение уже сформировавшихся технологических потребностей и трендов технологического развития, но уже на новой технологической базе. При этом — и это принципиально — конечный продукт данных технологий, как правило, являет собой привычное нам изделие промышленности — от горных лыж, достаточно прочных и эластичных, обеспечивающих скольжение по любому снегу, а возможно и асфальту, до летательных аппаратов, пусть и с большим ресурсом и грузоподъемностью. Конечно, новые материалы дают нам перспективу новых конструктивных решений, позволяющих получить «новое качество», которое в свое время было достигнуто в авиации в виде принципиально новых видов техники и транспорта. Но данное технологическое развитие будет основано на уже имеющихся базовых представлениях, опираться на уже развитые модели, понятную нам математику в форме инженерного дела.
Конечно, не все так просто и последовательно. Следует отметить тенденцию по изменению классического характера некоторых ранее «классических» технологий (назовем такие технологии «переходными»). Ярким примером таких «переходных» технологий могло бы стать создание материала, обеспечивающего обтекание крыла без образования турбулентности, т. е. завихрений потока, приводящих к повышению сопротивления движению в разы и на порядки. Такой ламинарный (не турбулентный) поток по обтеканию «классического материала» демонстрирует нам природа в «лице», а точнее в теле дельфина. Казалось бы, создание «дельфиньей кожи» на основе классических технологий, пусть и нано-, ожидать сложно. Однако научные лаборатории дают нам иные сигналы. Так, разработанная в Институте физических проблем Сибирского отделения Российской академии наук технология создания массивов микродатчиков на основе нанотрубок на достаточно большой поверхности позволяет говорить о создании «думающей» поверхности летательного аппарата, которая будет подстраиваться под аэродинамический поток, затягивая ламинарно-турбулентный переход и уменьшая сопротивление. А это важный шаг к созданию принципиально нового летательного аппарата, «плывущего» в атмосфере подобно дельфину. Вообще, улучшение тех или иных качеств, уже в принципе достигнутых, традиционных, может приводить к изменениям, носящим принципиальный характер. Так, вполне традиционное «легче и прочнее» может сделать реальным полет на Марс, ранее невозможный по простейшим технологическим причинам. И это всегда надо иметь в виду.
Однако в долгосрочной перспективе, по оценке большинства экспертов, нанотехнологии произведут такую же революцию в манипулировании материей, какую произвели (а она еще далеко не окончена) компьютерные технологии в манипулировании информацией. Нанотехнологии обещают радикальное преобразование как современного производства и связанных с ним технологий, так и человеческой жизни в целом. И этот главный нанотехнологический «приз» — а в контексте нашей книги — вместе со всеми рисками.
По мнению директора Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» М. В. Ковальчука, принципиальная особенность нынешней нанотехнологической революции состоит в том, что в ходе нее наблюдается смена парадигмы развития науки. Раньше мы шли «сверху вниз», т. е. двигались в сторону миниатюризации создаваемых предметов. Сейчас мы идем «снизу», с уровня атомов, складывая из них, как из кубиков, нужные материалы и системы с заданными свойствами. В этом суть нанотехнологий. Атомно-молекулярное конструирование материалов с необходимыми свойствами принесет ощутимые выгоды в экономии и энергетических, и материальных ресурсов.
Атомно-молекулярное конструирование означает становление индустрии в целом на иных, непривычных, и во многом на сегодня не понятых нами принципах. В этих условиях — когда мы многого не понимаем — полезно применение следующего методологического принципа. Если мы хотим представить, что будет через 20 лет, мы должны спрогнозировать, что будет лет через 50, согласиться с этим как с гипотезой, и подумать, что будет сделано за 20 лет по достижении 50-летней цели. При этом за 20 лет технологическое развитие приведет к тому, что сами 50-летние цели станут иными, потеряют актуальность, точность или, возможно, даже смысл. Но именно они в итоге определят развитие в более короткой 20-летней перспективе.
А что мы ожидаем в 50-летней (а многие эксперты говорят, что много ранее) перспективе? В долгосрочной перспективе нас ждет иная материальная капитализация индустрии. За этими сложными словами скрыта необходимость повторения того, что делало человечество для достижения своей индустриальной фазы развития. Примитивно это можно пояснить так. Для того чтобы выплавить сталь, надо было добыть коксующийся уголь, температура горения которого достаточно высока и достаточна для плавки стали. Но, чтобы добраться до угля, нужны металлические инструменты, пусть даже медные, ведь сталь мы еще не выплавили. Медь можно выплавить с применением дров. И так далее — до самого первого знакомства человека с огнем. В «квантовых» нанотехнологиях мы только зажгли первую спичку. Инструменты наши примитивны. Но не они будут определять лицо «квантовой» наноиндустрии в долгосрочной перспективе, как не определяет кремневое огниво пещерного человека современное производство.
Но — внимание! — появление новой индустрии подразумевает отказ от старой. Мы уже разучились строить пирамиды, мы скоро разучимся производить электронные лампы — опыт Чернобыля и Фукусимы наглядно показал, как опасен отказ от них: бывший Союз ССР сумел создать робота для работы вблизи активной зоны, Япония — уже нет. Мы утратим многие технологии, и если среди них окажутся те, которые принципиально важны для нашего выживания в экстраординарных условиях — а так оно и будет, — то последствия трудно представить. Давайте предположим, что на год-два отключили электричество. Всё. Повсеместно. Сможем ли мы когда-нибудь снова обеспечить его подачу?
Но каков будет новый технологический уклад, основанный на «нано»? И какие риски с этим связаны? Об этом говорится в последней главе нашей книги. Одни вопросы разобраны достаточно подробно, другие только обозначены, многое пропущено. Но чтобы обо всем подробно и точно написать, пришлось бы здорово отклониться от того, что мы называем «нано». Нам бы пришлось окунуться в эмпиреи футурологии и научно-технологического прогноза. А эта книга все же о другом.
Здесь мы затронем только один из самых «популярных» аспектов нового технологического уклада. Содержательным аспектом «квантовых» технологий являются наномеханизмы, в том числе наноактюаторы и наносенсоры, образующие особую группу механизмов, основанных на нанопринципах.
Микроразмеры определяют не только чрезвычайно разнообразные, но и принципиально новые области применения наномеханизмов — вплоть до глобального контроля сред. В широком смысле слова роль наномеханизмов заключается в формировании нового технологического уклада, такого уклада, при котором производство конечного продукта, привычного нам, будет осуществляться на нанопринципах, а новым конечным продуктом будут наноустройства, которые невозможно представить в существующем технологическом укладе. Само производство и его инструментарий будут реализовываться за счет наноустройств и наноинструментов.
«Конечным пунктом» такой «квантовой» наноиндустрии можно назвать нанорепликацию — когда наноустройства, совмещенные с наносенсорами по предложенной и «помещенной» в них программе, будут производить (собирая атомы в нужном порядке) письменные столы, продукты питания, биопротезы и органы для имплантации, и даже лемовские сепульки — что бы в будущем это ни означало. Это, вне всякого сомнения, далекая цель, но цель, которая позволяет нам оценить более близкие перспективы нашей погони за ней. При этом далеко не фантазийный характер мира наносенсоров и активных наноустройств демонстрируют ситуация и перспективы в «смежном» направлении — биотехнологиях, для которых наличие такого рода нанообъектов, как РНК- и ДНК-машины, — непреложный медицинский факт.
Итак, риски
Разумный риск — самая похвальная сторона человеческого благоразумия.
Джордж Сэвил ГалифаксИтак, мы определили основные понятия, вокруг которых пойдет разговор о рисках, связанных с нанотехнологиями, и шире — с технологическим развитием и ожидаемой сменой технологического уклада, т. е. того, что ожидают от нанотехнологий как многочисленные эксперты — специалисты различных дисциплин и направлений, так и все мы.
При этом мы уже договорились, что риски нанотехнологического развития могут быть разными. Среди них риски собственно технологические, риски экологические, экономические, социальные, политические, и наконец, риски системные.
Но перечисления недостаточно: все это требует — пусть краткого — предварительного пояснения.
Технологические риски достаточно разнообразны. Прежде всего применение технологий всегда связано с риском того, что что-то опасно, что-то может пойти не так. Технологические процессы могут быть нарушены, возможно их катастрофическое развитие. Трубы газопроводов не должны взрываться, самолеты и автомобили — сталкиваться, страховочные альпинистские веревки — обрываться, но все это и многое другое происходит. Наша задача сделать наши технологии безопасными в том смысле, чтобы это происходило как можно реже.
Нанотехнологии столь разнообразны, что с ними может быть связано большинство традиционных производственных рисков, присущих современному производству. Но нанотехнологии — это технологии в «превосходном» качестве, ведь и в области традиционных технологий мы их применяем затем, чтобы получить больший эффект. Значит и риски могут быть значимее.
Необходимо сразу договориться: с оценкой риска не все так просто. Во-первых, есть риск как вероятность того, что произойдет нежелательное. А во-вторых, есть степень этого риска — тот результат, который получится, когда нежелаемое все же произойдет. В развитии нанотехнологий явно наметился тренд по снижению вероятности нежелательного. Но одновременно с этим могут расти риски, измеренные как степень или тяжесть последствий.
Технологические риски также связаны с возможностью наших неверных оценок, просчетов, наконец, просто с недостаточностью знания. Квантовый мир — важный источник возможных неверных оценок. Здесь нас может подвести обыкновенный здравый смысл. Но и недостаток знаний, который у нас в последнее время «в достатке», — также немаловажный фактор. Авторы несколько лет назад давали рецензию на проект федерального закона «Технический регламент по безопасности устройств и систем, предназначенных для производства, хранения, транспортировки и использования водорода», а тема водородной энергетики тесно связана с нанотехнологиями. В проекте данного закона за безопасное количество водорода было предложено считать один килограмм. Но это очень много! Ведь водород легкий. Один килограмм взрывчатки — разве мало? Один килограмм водорода — это почти 30 килограмм в тротиловом эквиваленте! Заметим, что цена за незнание может быть еще выше, чем непреднамеренная детонация 30 килограмм взрывчатки.
Примером тому является так называемый «человеческий» фактор, когда хочется чего-нибудь покрутить, поэкспериментировать, улучшить, как это было более четверти века назад в Чернобыле, или когда хочется сэкономить на регламентных работах, как это имело место относительно недавно на Саяно-Шушенской ГЭС. Фактор-то, конечно, «человеческий», но источником риска являются сами технологии.
Технологический риск и «человеческий» фактор — братья-близнецы. Если есть розетка, пальцы туда кто-нибудь обязательно сунет. И это справедливо от промышленности до бытового уровня.
К технологическим можно также отнести риски, которые мы назвали системными и о которых речь пойдет в конце книги.
Экологические риски настолько на слуху, что ошибочно принимаются как очевидные. Вот, ясно же, что атомная энергетика — источник возможных экологических бед. Многим ясно: зеленым, обывателю, как ни странно, нефтяным магнатам. А вот то, что обычная угольная электростанция (настоящая, а не придуманная альтернатива атомной энергетике) является активным источником радиоактивного заражения большой площади, — факт старательно замалчиваемый.
Кроме того, природу беречь надо — факт! Но вот ведь интересно, согласились ли мы жить в девственно нетронутой природе? Человек — уж так он устроен — все время переделывает мир под себя: осушает болота и выводит бедняг-комаров, включая переносчиков малярии, а дай ему волю — изведет и энцефалитного клеща, как он извел бубонную чуму и тиф. А эти представители живого мира прекрасно чувствовали себя еще не так давно — в темные века. Вообще, с «экологией» не все ясно. Распространенное и активно распространяемое представление об экологии как о защите Мира от Человека — просто удивительно. Наши базовые представления антропоцентричны, или, проще говоря, человекоцентричны. Мы даже называем это эмоционально окрашенным термином — «гуманизм». А экология у нас — удивительное исключение.
Однако, несмотря на разнообразные протесты и препоны, мы будем продолжать конструировать нашу среду обитания «под себя». И нанотехнологии — следующий шаг в этом направлении. Просто мы должны «не гадить» и убирать за собой, бережно относиться к ресурсам и т. д. И самое главное, внимательно следить за рисками — уж слишком часто нам доводилось напортачить. Пестицид ДДТ, применяемый ранее в сельском хозяйстве, уже нашли в печени пингвинов. Озоновые дыры, как считают эксперты, — во многом следствие выброса парниковых газов и фреона, ранее применявшегося в холодильниках. Нанотехнологические новации, скорее всего, не избегут общей судьбы — какой-нибудь гадостью что-нибудь обязательно засорим. Но это опять «человеческий» фактор, но уже совсем в ином виде — наше коллективное, порой безответственное, поведение. Ведь чтобы «не бросать бычки на пол», не обязательно бросать «курить».
С развитием нанотехнологий обязательно связаны и экономические, и социальные риски. Появление новых технологий — это далеко не всегда совершенно новое. Зачастую это замена старого. Такие технологии называют замещающими, и с ними связаны наиболее очевидные риски. Вот есть у вас кислотное производство в автомобильной промышленности. Четыре города на него работают. И вдруг придумали новое покрытие, и кислотное травление, с которым так долго боролись экологи, больше не нужно. Вместе с четырьмя крупными городами. Так собственно совсем недавно и было: место действия — американская автопромышленность.
Последний пример показывает: экономические и социальные риски в условиях технологических перемен непосредственно связаны со структурными. Пока в муках родов нового технологического уклада структура экономики трещит по швам, экономическая и социальная ткани неизбежно нарушаются как минимум до тех пор, пока не установится новая структура экономики, а часто и за этими пределами.
Здесь же и политические риски, куда же без них. Даже Интернет и социальные сети их порождают. А как новые технологические возможности скажутся на балансе экономической мощи государств, как скажутся на военных и смежных с ними возможностях — тема серьезного разговора.
Все риски, перечисленные и не перечисленные нами, могут проявиться одновременно, совокупно, обостряя друг друга. Риски так переплетаются, что в сущности мы имеем дело с новым риском — риском нарушения или изменения системы или ее принципиальной незаконченности, недостаточности.
Итак, риски.
ЧАСТЬ I
НАНО ВОКРУГ
Глава 1
Коварная прочность
1.1. Голова или хвост?
Желание избежать ошибки — вовлекает в другую.
Квинт Гораций ФлаккКогда исчезнет то, что зло сейчас, немедленно наступит то, что зло завтра.
Фазиль ИскандерУстранение факторов, способных привести к нежелательному исходу, обнаруживает новые такие факторы.
Седьмой закон МерфиНанотехнологии начинаются с материалов, как, впрочем, и все в привычном нам мире, — мире, начиная с древних шумеров, построенном на технологиях. Ведь если мы сделали какую-то материальную вещь, то она обязательно сделана из материала. Много раньше мы строили и делали наши инструменты из дерева и камня. Потом настала эпоха меди и бронзы. Ее сменил век железа и стали, при котором мы научились делать механизмы. Алюминий и алюминиевые сплавы, а также титан позволили нам развить авиацию, штурмовать космос. Наш прогресс — это во многом прогресс материалов.
Конечно, в современную эпоху — эпоху информационных технологий — может последовать серьезное возражение, ранее не имевшее место. Спрашивается: из какого материала сделана компьютерная программа? А ведь она так же важна и полезна, как и любая материальная вещь! Она настолько полезна, что ее можно продать, и объем продаж таких программ давно превысил соответствующий объем для многих вполне материальных вещей, например мебели.
Действительно, в современном мире все сильней становится представление о нематериальных ценностях и активах: будь то вполне «осязаемая» программа или совершенно эфемерный гудвилл — репутация той или иной фирмы, товарного знака, бренда, оцененная в деньгах. Говорят даже об экономике знаний как о новом этапе нашей технологической цивилизации. Знания — вот истинная ценность, которую стоит производить, а они нематериальны. Все это отчасти верно. Но представьте себе, что мы начали обменивать знания на знания, не производя ничего другого. Будет ли это экономикой?
Однако и знания мы сохраняем на материальном носителе. Сначала были глина и клинопись, потом папирус и иероглифы, затем пергамент и буквы, бумага и печать[13]. Сегодня — это компьютерная память, которая благодаря нанотехнологиям становится все более емкой и надежной. Развитие наших знаний тесно связано с материальными возможностями по их хранению и передаче.
Здесь уместно вспомнить простенький анекдот.
Заспорили как-то Интернет и Компьютерная программа — кто главнее. Интернет кипятится:
— Ты, Программа, без меня ничего не передашь и не получишь. Где ты возьмешь данные для своей работы?
Программа возмущена:
— Да без меня какая же передача данных: кто запрос отправит, кто по полочкам все разложит?
— Глупости, — отвечает Интернет.
Тут пришло Электричество. Грустно улыбнулось… и всех выключило.
Мораль проста: даже если мы и не видим материального основания — оно непременно есть. Оно лежит в основе всего. Наш мир — это, прежде всего, мир материалов, по крайней мере сегодня. Без материального носителя нет программы: будь то электронный диск, микросхемы памяти компьютера или флеш-устройства. Да и работа всех электронных устройств — от хранилищ информации до процессоров — требует такого материального основания, как производство энергии. С появлением «нематериальных» вещей наш мир стал еще более материальным, чем раньше.
Правда, многие материалы стали другими. Появились совсем новые материалы, неизвестные и не используемые ранее, как, например, нанокомпозиты на основе фуллеренов или дендримеров, молекулярных конструкций, придуманных и синтезированных человеком. Кроме того, многие старые материалы приобрели новые качества, да такие, что мы вправе считать их совсем другими материалами. Такое случилось, например, с металлами. Действительно, мы не отказались от металлов. Однако теперь мы стали их специально обрабатывать — наноструктурировать. Мы можем наноструктурировать сам металл, его тело. Но чаще мы покрываем его специальными нанопокрытиями, чтобы сделать материал тверже, уменьшить трение, обеспечить его биологическую совместимость, т. е. для разных целей и по разным основаниям.
Действительно, покрытие может сильно изменить свойства материала — это давно известно, но мы часто не обращаем на это внимания. Мало кто догадывается, что алюминиевая посуда ядовита. Мы в ней готовим, иногда в ней храним продукты (что, правда, не рекомендуется). В чем же дело, почему никто до сих пор не отравился? Все дело как раз в покрытии. Алюминий, или его сплав, такой как дюралюминий, всегда покрыт окисной пленкой. Не специально. Она образуется сама — на воздухе. Окисная пленка не ядовита и прочна. Алюминий надежно изолирован от наших продуктов. А если вы все же поцарапали кастрюлю — новая пленка на воздухе образуется практически мгновенно. Но вот если вы поцарапаете такую кастрюльку в, вакууме или в инертной атмосфере и будете в ней готовить пищу (конечно, если это будет возможно), то результат будет крайне неожидан — ваша кастрюля начнет растворяться в супе (точнее — в воде) с бурлением пузырьков выделяющегося водорода от разложения воды. (Кто на уроках химии в школе бросал в воду калий и наблюдал, как он «горит» в воде, знает, о чем идет речь.) Увидев все это, вы вряд ли рискнете попробовать варево. И правильно — токсично!
Подчеркнем: когда мы имеем дело с материалом (например, трогаем его руками или храним в нем продукты), мы имеем дело не с ним, а с его поверхностью. А это не одно и то же! Алюминий — тот же калий, только покрыт прочной оксидной пленкой, и его не приходится хранить в пузырьке под слоем керосина.
Нанотехнологии — это в том числе и технологии изменения свойств материалов за счет изменения его поверхности. Мы либо изменяем структуру поверхности, ее строение, либо наносим на поверхность тончайшие слои чего-то другого. И свойства материала на поверхности меняются, причем зачастую принципиально. Поэтому с нанотехнологиями мы получаем что-то вроде алюминиевой кастрюли, только наоборот. В кастрюле мы были хорошо знакомы с поверхностью, но плохо знали, что скрывается под ней. А в нанотехнологиях мы можем иметь дело с вполне знакомыми материалами, поверхность которых — что-то совсем другое. И у нас есть шанс обмануться. Представьте, что мы держим в руках привычную, как нам кажется, вещь, например резец для обработки сверхтвердых материалов, думаем, что это — привычная нам сталь, свойства которой нам хорошо знакомы. А это и сталь и не сталь! Нет, «внутри» она такая же, а вот поверхность стали уже нечто совсем другое — ведь именно этого мы добивались, изменяя ее свойства, например твердость. Но где гарантия, что мы не изменили — ненамеренно — и других свойств поверхности? Впору писать этикетки-напоминания, как это теперь часто делают: «Внимание: привычный нам материал может нас обмануть».
И действительно, мы можем не ожидать от него опасности. Ведь многие из нас держали сверла в руках и знают — это вполне безопасно, не надо только руки сверлить! Конечно, сверла, покрытые специальным покрытием, как правило, безопасны. Но в этом «как правило» и скрыт наш риск. Если все делать «по инструкции», вряд ли стоит ожидать каких-нибудь неприятностей, кроме какой-нибудь специфической аллергической реакции. Но мы не роботы. Обязательно что-нибудь придумаем и попробуем, например просверлить магниевый сплав[14].
Итак, наноматериалы таят в себе опасность. Привычные нам вещи становятся не тем, что мы привыкли от них ожидать. Наш «опыт» может нас подвести. Только мы не всегда знаем как, где и когда!
Появление новых материалов всегда таило в себе опасность. Человечество уже сталкивалось с подобной проблемой. Во второй трети XX в. в нашу жизнь стремительно ворвались синтетические материалы органической химии. Корпус и клавиатура компьютера, на котором писалась эта книга, как раз и сделаны из таких материалов. Это пластики или пластмассы. Данные материалы оказались нам крайне полезны. Они хорошо обрабатываются — деталь или изделие можно вылить или формировать за счет высокой температуры, а не точить, как это мы делали с металлами. Они оказались хорошими изоляторами, никого сегодня не удивляет оплетка электропроводов из такого материала. Некоторые из них оказались достаточно прочны, чтобы делать прочные вещи. Но… Этих «но» — множество.
Все мы знаем о вреде «китайских» игрушек. Нет, конечно, дело не в том, что эти игрушки произвели именно в Китае — стране с великой культурой — или на подпольном заводике в подмосковном городе Долгопрудный — городе с высокими научными и технологическими традициями. Просто среди возможных материалов, удобных для производства игрушек, оказались материалы, со временем или под воздействием света «стареющие». Старение — это процесс разложения материала с выделением вредных, часто ядовитых, продуктов распада. И именно из этих материалов недобросовестный производитель производит детские игрушки, а недобросовестный продавец их продает. И добавим: недобросовестная мама уступает тормошащему ее ребенку, поддаваясь детскому «ну, мама, купи…». Повторимся — дело не в том, что игрушки «китайские». Дело в том, что большая часть производителей, продавцов и — что часто упускают из виду — покупателей во всем мире недобросовестна! И добросовестными они становятся с огромным трудом. Ведь производителю выгодно взять дешевый и удобный материал. Продавцу удобно продать относительно недорогую игрушку — ведь выглядит она вполне качественной. Покупателю дорогая игрушка была бы вообще не по карману. Да и думает он совсем не о том, что детям нужны другие игрушки — не те, которые ему навязывают реклама и продавцы.
Вот и ответьте теперь сами на вопрос: а почему с наноматериалами будет иначе? Неужели и производитель, и продавец, и покупатель будут другими: обуреваемыми чувством ответственности и не стремящимися к выгоде за счет других? Конечно, когда мы делаем ракеты, мы более ответственны[15]. Но вдруг дело и до «игрушек» дойдет!
Удивительно, но именно пластики демонстрируют нам и обратную сторону этой проблемы. Обратная сторона — это наша попытка избавиться от недостатков, в данном случае — от способности пластиков разлагаться. Вот мы разработали материалы, которые не разлагаются от солнечного света (а это действительно так). Пусть они дороже, сложнее в использовании, т. е. частью преимуществ, которых мы добивались, мы поступились. И приняли меры, чтобы «вредные» материалы не применяли — запретили их использование, тщательно следим за тем, чтобы никто не применял разлагающиеся пластики. Но хорошо ли это? Как оказалось, вовсе нет. К сожалению, это привело нас к новой проблеме — проблеме «пластиковых пакетов».
Массовое производство пластиковых пакетов, которые нам бесплатно или за небольшие деньги представляют магазины при покупках, — отличительная черта нашего времени. Ушли в прошлое авоськи и хозяйственные сумки — их сменил его величество одноразовый пластиковый пакет. И действительно, зачем нам носить свою сумку, ведь это же неудобно.
Но вот беда. Пакетов стало так много, что они составили значительную часть нашего мусора — а мусор «одноразовым» не бывает. Тем более что такой пакет разлагается очень и очень долго. Ведь мы его таким сделали: он должен быть безопасным с точки зрения выделения вредных примесей, тех самых вредных примесей, за которые мы ругали «китайские» игрушки — мы же в него пищевые продукты кладем. И, естественно, лишь на то время, которое нам нужно, чтобы сходить в магазин: никто не говорит о том, что при долгом разложении в итоге токсичных веществ выделится меньше.
И накапливаются наши пакеты, загрязняя планету, — там, где мы их нечаянно обронили или беспечно бросили, там, куда их принесло ветром или прибило прибоем. Лежат себе у реки, на лесной полянке, на пляже и не разлагаются. Лежат и на полигонах — так застенчиво мы называем громадные отвалы свозимого мусора. Уж нет в живых того, кто бросил пакет, а «напоминание» о нем живет — тот мусор, который он оставил своим потомкам. Ведь не банановая шкурка — не гниет.
Пластики как новые, искусственные материалы демонстрируют нам ту принципиальную сложность, которая связана с созданием неестественных, чуждых природе, материалов, а такими и являются все наноматериалы. Избегая одной проблемы, мы тут же становимся жертвами другой. Обязательно! Эту ситуацию образно можно назвать дилеммой «головы и хвоста»: голову выдернул — хвост увяз, хвост выдернул — голова увязла, т. е. пластики или не разлагаются, или травят нас удушливыми газами. Авторы не утверждают, что эта дилемма неразрешима в принципе. Просто на ее решение нужно время, нужно затратить усилия, другие ресурсы и немало. Пройдет 40 лет и более, и возможно, проблема перестанет быть столь острой. Тот, кто помнит запах первых отечественных болоньевых курток шестидесятых (сегодняшние «китайские» игрушки по этому «параметру» все же здорово не дотягивают), тот понимает, насколько мы сегодня успешны в решении этой проблемы. Но это не отменяет самой проблемы относительно новых материалов — как сегодня, так и на длительную перспективу.
В подтверждение можно привести еще один пример.
Пластики применяются для изоляции. И там, «где есть электричество», их применяют для обеспечения безопасности людей. Этого требуют нормы электробезопасности. Однако многие из пластиков горят. И их применение запрещено, но уже другими нормами — противопожарными. Выход, казалось бы, прост: применить пластик, который не горит, благо такие пластики есть. Но пластики не горят за счет содержания в них фтора — все, что могло бы гореть, связано с фтором; а фтор — более сильный окислитель, чем кислород, вот пластик и не горит в 21 %-й кислородной атмосфере. Но этот, так сказать, выход — классическая демонстрация нашей дилеммы «голова-хвост». Гореть-то он не горит. Но вот, если что горит рядом, а гореть всегда есть чему, — он хорошо разлагается от температуры соседнего горения. И выделяет фтор и его ядовитые соединения! От огня при пожаре вы, может, и не погибнете, а вот от дыма, содержащего соединения фтора, — наверняка! И эти материалы также запрещены противопожарными нормами. Получается, что по одним нормам вы должны покрыть металлические проводящие поверхности пластиком — чтобы током не «шарахнуло», по другим — пластики применить нельзя: одни горят, другие травят. Этот казус не решен и сегодня. За пожарную безопасность нового здания проектировщик вынужденно берет ответственность на себя — в надежде, что пожара не будет. А пожарные знают — не так страшен огонь, как дым. Берегитесь дыма — вот лейтмотив современного пожарного дела.
Итак, наш опыт, касающийся появления принципиально новых, не встречающихся ранее в природе материалов, говорит нам в отношении нанотехнологий следующее.
Во-первых, будь осторожен, не доверяй своему опыту, наш опыт — обманщик (вот ведь как интересно получилось, ранее мы, прежде всего, полагались именно на опыт). То, что кажется привычным и понятным, таковым не является.
Во-вторых, в погоне за столь желаемыми преимуществами и новыми возможностями, которые нам дают новые материалы, основанные на новых технологиях, всегда полезно помнить принцип: хвост вытащил — голова увязла. Решенная сегодня проблема — обязательно источник новой.
А в сумме: главный риск применения новых материалов в том, что риска мы часто и не видим. А он есть! Обязательно. Следи за хвостом!
Краткая таблица рисков
Риск опыта — «привычные и знакомые» материалы могут быть не тем, к чему мы привыкли.
Риск незнания — поведение новых материалов может быть неожиданным и иметь непредсказуемые последствия.
Риск добросовестности — новые материалы служат источником возможного недобросовестного поведения как производителя, так и потребителя.
Риск преодоления риска — решая одну проблему, порождаешь другую.
1.2. Порошок или пыль?
Наука не может быть виновата. Виноваты только те люди, которые плохо используют ее достижения.
Фредерик Жолио-КюриКонечно, есть риски, которые мы осознаем и понимаем, которые мы учитываем уже сегодня, которые мы пытаемся оценить и предотвратить. Вот тому пример.
Нанотехнологии, что называется, генетически связаны с манипулированием наночастицами и их совокупностью, нанопорошком — огромным количеством наночастиц примерно одинакового или различного размера. Нанопорошок применяется для создания множества самых различных наноматериалов. Это и нанокомпозиты на основе специальных пластиков с добавлением упрочняющих нанодобавок (употребляют мудреное слово «препреги»), это и покрытие поверхностей нанопорошком, это и создание керметов[16] — спекание смеси нанопорошков металлов в металлокерамику. Это и многое другое — конечно, если использовать наночастицы «похитрее», такие, например, как дендримеры (дендримеры подробно описаны в п. 2.1 «Фрактальная симфония»). Но факт остается фактом. При производстве нанопродукции часто используется нанопорошок. А бывает, что наноматериал содержит этот наноразмерный порошок в себе (так, например, устроены нанокомпозиты).
Риски, связанные с применением нанопорошков, изучены лучше всего. В чем здесь основная опасность? Частицы нанопорошка настолько малы, что клеточные мембраны (а в них есть маленькие «окошки» для того, чтобы обеспечить необходимый обмен веществ, работающий на принципах осмотического калий-натриевого насоса) не препятствуют проникновению наночастиц в клетки. Попадая в организм, возможно наш, наночастицы любят накапливаться в определенных его органах и тканях. Чтобы понять это, в жертву науки была принесена не одна мышка, естественно, не компьютерная. Таких мышей специально выводят для проведения экспериментов. Это так называемые чистые линии[17]. Все они ближайшие родственники, поэтому про каждую из них известно очень многое — с ее копией уже проведено множество экспериментов. Но что еще важнее — результаты различных опытов, проведенных различными научными группами в разное время и в различных местах нашего мира, можно сравнивать! Ведь опыты ставились — пусть почти — на одной и той же мыши.
Вот на основании результатов множества опытов с различными нанопорошками ученые выработали свои рекомендации: это представляет опасность, это нет, данная концентрация порошка или экспозиция (концентрация, помноженная на время) безопасна, а вот эта — нет.
Свои рекомендации они оформили в виде СанПиНов. СанПиНы (санитарные правила и нормы) — это нормативные документы, обязательные к применению. Следует отметить, что российская система СанПиНов в сравнении с зарубежными наиболее адекватна возможным угрозам. Во-первых, если ее сравнивать с европейской или американской системой санитарных норм, она наиболее тщательно проработана, наиболее научно обоснована, опирается на мощнейший действующий институт Российской Федерации — Роспотребнадзор. Пусть вас не введет в заблуждение слово «санитарные» в названии — СанПиНы регулируют практически все вплоть до света лампочек, о чем речь идет в п. 1.5 «Светло, да не видно», а служба контролирует все, что регулируется СанПиНами. Кто не знает Геннадия Онищенко!
Но кроме общей «мощности» системы норм, устанавливающих санитарные правила, российский подход к разработке таковых для нанотехнологий отличается от мировых (американского и европейского) в лучшую сторону вот еще чем.
Европейский подход рассматривает нанотехнологии как один из видов технологий, которые регулируются уже существующими нормами. Возможно, их надо подправить, но они уже есть — написаны и зафиксированы. Очевидно, что такой подход не учитывает особенностей, связанных непосредственно с нанотехнологиями, а эти особенности есть. Во всяком случае они ожидаются: мы связываем с нанотехнологиями большие надежды, которые не реализуются в рамках традиционных технологий, значит, должны предполагать и их принципиальные особенности.
Американский подход, напротив, «пренебрегает» накопленным опытом. Нанотехнологии — это принципиально новое. И все должно строиться по-новому.
Российский подход — синтетический. Не отвергая накопленного опыта (надо заметить, громадного!), для нанотехнологий создают самостоятельные СанПиНы в рамках уже существующей единой системы СанПиНов.
Важно подчеркнуть, Российская Федерация — мировой лидер в области обеспечения нанобезопасности, понимаемой как санитарная безопасность (а это понимание крайне широко, как мы только что отмечали), как гарантия непричинения вреда здоровью отдельного человека: взрослого и ребенка, здорового и больного, потенциальной матери и беременной женщины. Для каждой группы населения, в том числе для отдельных профессиональных групп, — свои требования, свои нормы. И дело не только в том, что выбран правильный подход. В Российской Федерации проведен огромный объем практических исследований по обеспечению такой безопасности. И на основании полученных результатов создана система СанПиНов, рассматривающая нанобезопасность во множестве ее аспектов.
Правда, по утверждению самих разработчиков, далеко не все риски удалось устранить. Есть один риск, который трудно поддается анализу. Это риск долговременных последствий. Конечно, в опытах на животных мы заглянули далеко в будущее. За несколько лет исследований на мышах можно заглянуть за горизонт 50–70 лет человеческой жизни — учитывая разные темпы жизненных процессов. Но заглянуть дальше — трудно. Не все опыты можно ставить на быстроживущих дрозофилах, как это делают генетики.
Правда, один опыт природа сама поставила в долгосрочной перспективе. Есть такой материал — асбест. Это природный минерал, состоящий из нановолокон. Его применяют не только как огнеупорный материал (нановолокна — отличный термоизолятор), но и как термоизолирующий материал в строительстве. Было время, когда нельзя было найти дом, в котором при его строительстве не был применен асбест — где-то в большом объеме, где-то совсем немного. К счастью, это уже в прошлом. Оказалось, что этот материал, попадая в легкие человека, приводит к тяжелым последствиям. Астма — наименьшее из зол. Среди самых тяжелых последствий — рак дыхательных путей. И все это исключительно в силу механических свойств нановолокон асбеста, тех свойств, которыми обладают любые нановолокна. Следовательно, контакт нановолокон с органами дыхания должен быть исключен. СанПиНы это предусматривают уже давно.
То, что размер частиц может иметь последствия — и не только для здоровья человека, — хорошо демонстрирует факт запрета курения в машинных залах электронно-вычислительных машин в 70–80 годы прошлого века. Дело вовсе не в том, что заботились о здоровье сотрудников, — из-за табачного дыма выходили из строя дисковые накопители, ласково называемые ЭВМ-щиками «кастрюлями». Размер частицы табачного дыма соответствовал ширине зазора между диском и магнитной головкой. Попадая в этот зазор, дым работал как абразив, стачивая магнитную поверхность диска. И для организма человека (да и животного) тоже есть «критические» размеры частиц, например «дыма» из нановолокон, когда в нашем организме что-то «истирается». И СанПиНы это учитывают — этот размер частиц безопасен, а этот нет.
Но одними СанПиНами дело не ограничивается. Во-первых, совершенно все ими отрегулировать попросту невозможно. На каждый случай правило не напишешь. А во-вторых, там, где правила есть, их надо соблюдать, а это сложно.
И дело не только в потенциальной недобросовестности. Мы просто часто думаем, что делаем правильно, поступая так, как не следовало бы. Вам любой химик скажет, что с ионами металлов — любых металлов, в том числе серебра, — нужно быть осторожными. Их растворы лучше не пить. Однако еще совсем недавно было широко распространено изготовление «святой воды»: опускаешь в воду серебряную ложку, и вода не портится. И правда — не портится, потому что микробы передохли. И ключевое слово здесь «передохли». Но мы отчего-то уверены, что нам это не во вред, мы — не микробы! И если раньше это могло быть оправданно — не пить же воду, рискуя заразиться холерой или брюшным тифом, то сегодня у нас есть иные источники безопасной воды, в том числе благодаря нанотехнологичным фильтрам. И ионы серебра глотать для этого не обязательно.
Вы скажете, что пример «притянут за уши». Мало ли каких заблуждений раньше не было? Но именно этот пример сегодня «успешно» реализуется в нанотехнологиях.
Конечно, в условиях космического полета очень трудно часто менять носки. Да и для военнослужащего в условиях боевых действий, учений, к ним приближенных, просто в сложных условиях, актуальна та же проблема. Поэтому носки, ткань которых содержит серебряные наночастицы, не дающие ногам «потеть», — вещь, безусловно, полезная. Но это не отменяет того факта, что наночастицы серебра в целом для организма вовсе не полезны. Но за дело принимается реклама — и носки с наночастицами серебра становятся предметом моды. Они становятся «желательными». Мы носим такие носки на том же основании, которое побуждает нас чистить зубы. Неряшливо поступать иначе!
А может быть лучше чаще менять носки? Мы же не космонавты — нам это не трудно. Но что мы будем делать, если других носков попросту не будет? А такое вполне может случиться, например по экономическим причинам. Зачем выпускать дешевые носки, если можно делать их дороже? Они не только носки, но и антисептик. Два в одном. Значит — дороже! Вам это не нужно? А ответьте себе, сколькими опциями своего мобильного телефона вы активно пользуетесь? Заплатили-то вы за все!
С применением санитарных норм связано и следующее обстоятельство. Для разных категорий людей, как мы уже отмечали, установлены разные нормы. И это справедливо! Для детей — одно, для взрослых — другое. Все верно! Вот только осталось объяснить, почему учеников кормят школьными обедами такого качества, что взрослый есть не станет. Он-то, взрослый, имеет — пусть ограниченную — возможность выбирать, а школьник нет. Вот захотели взрослые дяди дать в руки ребенку планшетник вместо привычной книги. И оказывается одни СанПиНы можно изменить (что равносильно отмене), а другие придумать: нельзя же «бедному» ребенку носить тяжелые книги — вредно это, а на остальное — наплевать. Наплевать на зрение, на навыки, на… впрочем, подумайте сами.
Риск, что с нанотехнологиями будет так же, можно считать уже состоявшимся (планшетник, кстати, проходил по статье «нано», правда трудно понять, с какой стати[18]).
Вы можете заметить, что все это «человеческий фактор». Просто власть должна быть более эффективной и не принимать неверных решений, как это имеет место с вышеприведенным планшетником, что дельцы должны быть не дельцами, а бизнесменами, не лоббирующими такие решения, что рынок должен быть совершенным, конкуренция на котором не позволяет принуждать нас к ношению чудо-наноносков с вредным для здоровья серебром, что, наконец, мы сами должны быть готовы… И так далее… Да, наверно, фактор действительно «человеческий». Вот только не бывает технологий в отрыве от «человеческого» фактора — мы об этом вас предупреждали еще во введении.
Предполагать идеальные условия — это значит отказаться от учета рисков в принципе. Природа риска такова, что нежелательного может и не быть. Мы вообще-то надеялись и надеемся, что нежелательного не произойдет. Вот только «карты легли» как-то не так. И то, что казалось в идеальных условиях безопасным, безвредным, вдруг оказалось пренеприятной гадостью.
Конечно, при анализе рисков следует различать технологический и человеческий факторы, хоть они и принципиально связаны. И лишь технологическая составляющая позволяет риску иметь место — не можем же мы устроить взрыв из ничего, какой человеческий фактор ни прикладывай, а вот из мелкодисперсного порошка — пожалуйста. Если взять бумажный пакет сахарной пудры, «хлопнуть» его, чтобы пудра разлетелась, и бросить в облако пудры горящую спичку… Пудра, продававшаяся в конце 60-х, первой половине 70-х годов в каждой московской булочной, — технологический фактор. Юный возраст одного из авторов этой книги — человеческий фактор. К счастью, в те далекие годы все закончилось относительно благополучно. А вот взрыв на мукомольном производстве — а такое, наверное, было не раз — имеет куда более тяжелые последствия. И поди пойми, какой человеческий фактор сработал: закурил ли какой-нибудь идиот, не досмотрел ли за электрическим контактом электрик, что привело к искре, — скорее всего, этого никогда не узнать. Важно помнить: если есть технологическая возможность — человеческий фактор найдется, например в лице ребенка, ставящего небезопасный эксперимент с сахарной пудрой, или взрослого, испытывающего очередную версию вакуумной бомбы (о которой речь пойдет ниже) на основе взвеси нанодисперсных частиц, нашего нанопорошка — разница часто бывает не велика. Заодно запомним: если нанопорошок получен из материала, который в принципе может гореть — а это наши фуллерены и нанотрубки, то над ним лучше не проводить подобных экспериментов по распылению. А производства должны иметь соответствующую систему взрывобезопасности — как на мукомольном производстве, с учетом всех «человеческих» факторов.
Краткая таблица рисков
Риск вреда наночастиц здоровью человека на производстве. Риск применения материалов с содержанием нанопорошка для здоровья потребителя.
Риск побуждения к неправильному применению изделий с содержанием наноматериалов.
Риск долговременных воздействий наноматериалов на организм человека.
Риск недостаточности или несоблюдения санитарных норм и правил.
Риск сознательного искажения санитарных норм и правил в силу нетехнологических причин.
Риск неучета человеческого фактора при обращении с наноматериалами.
1.3. Коварная прочность и оловянная чума
Чтоб доверие было прочным, обман должен быть длительным.
Дон Аминадо (А. П. Шполянский)Наша санитарная безопасность применения наноматериалов, как написано выше, во многом зависит от поверхности материала. Но безопасность — не только санитарная. Что мы хотим от материала? Прочности? Пластичности? Электропроводности? Конечно, для разных материалов — разного. Но только ли этого мы хотим? Нет! Прежде всего мы хотим, чтобы материал, любой, нас не подвел, чтобы он в любых разумных условиях был прочным, пластичным или электропроводящим. А это зависит, как правило, не от поверхности, а от всего материала целиком. Соответственно риски, которые мы рассмотрим здесь, — это риски применения объемно наноструктурированных материалов. А с ними связана одна принципиальная особенность.
Наноструктурное состояние — это так называемое метастабильное состояние. Пояснить это можно следующим образом. В разных условиях материал предпочитает находиться в различных состояниях: для каждого условия — свое состояние. Так, вода выше 100 градусов должна быть паром. Это ее нормальное, стабильное состояние. Она и закипает. Но можно воду — очень чистую воду, не содержащую ни пузырьков газа, ни пылинок, ни растворенной соли (всего того, что может быть центрами закипания), — нагреть до температуры и выше 100 градусов. Вода бы закипела, но она не знает, откуда начать. Но стоит бросить в нее крупинку, вода «взорвется», мгновенно превратится в пар. Перегретая жидкость (в нашем случае — вода) — это нестабильное состояние. Метастабильное состояние в чем-то похоже на стабильное — оно относительно устойчиво. Одновременно оно похоже и на нестабильное — также относительно. Дело только в степени этой относительности. Как правило, мы считаем мета-стабильные состояния столь же устойчивыми, сколь и стабильные. Твердое тело — а именно для него не только возможны, но и характерны метастабильные состояния — может находиться в различных состояниях. Замечательный тому пример — углерод.
Мы хорошо знаем уголь, графит и алмаз. Но благодаря нанотехнологиям мы узнали и другие состояния углерода: фуллерены, углеродные нанотрубки, графен. Все эти состояния устойчивы — но в том смысле, о котором речь шла выше. Материаловеды и технологи знают, что металлы и сплавы могут находиться в различных состояниях, в зависимости от условий, переходящих друг в друга. Для каждого набора условий: температуры, давления и других — свое состояние. Но твердое тело на то и твердое, что переходы между состояниями затруднены. Состояние, забравшееся не в свои условия, и есть состояние метастабильное. Оно устойчиво, но все же предпочтительнее другое состояние. И если постараться, то в этих условиях будет реализовано именно оно.
Так вот, повторим: наноструктурные состояния часто и есть состояния метастабильные. Приведем тому пример. Для корпусов ядерных реакторов нужен металл, не разрушающийся от потока постоянно бомбардирующих его, вылетающих из активной зоны реактора, нейтронов. Это достигается так. Сталь наноструктурируют: она состоит из зерен наноразмера — около 3 нм в диаметре. И дефекты (а это дефекты кристаллической решетки: здесь что-то лишнее, а в другом месте этого не хватает), образующиеся от бомбардирующих нейтронов, не могут покинуть границы этого маленького, в полтора десятка атомов, зерна. Из-за этого через какое-то время дефекты, двигающиеся по кристаллической решетке[19], но неспособные покинуть область пространства, ограниченного частицей, обязательно встретятся. И дефекты компенсируют друг друга. Кристаллическая решетка станет такой же, какой она была до ее поломки пролетевшим нейтроном.
Для нас важно здесь вот что. Наноструктурированная сталь — это не сталь с большими зернами. Каждое зерно — малюсенькое. Такое состояние метастабильно. В естественном состоянии сталь устроена иначе.
Мы можем быть уверены, что в тех условиях, которые мы имеем, между стабильным и метастабильным состояниями нет никакой практической разницы. Да и не «вскипит» материал, как перегретая вода, — не тот случай. Да — не вскипит. И все же…
1912 год. Экспедиция Р. Скотта гибнет при возвращении с Южного полюса. Увы, норвежец Р. Амундсен и его экспедиция обогнали экспедицию Скотта на 33 дня; англичанин Скотт, покорив Южный полюс, увидел там уже установленный национальный флаг Норвегии. После этого горького разочарования беды обрушились на экспедицию. Гангрена. Температура минус 35. Они не смогли вернуться — не дошли совсем немного. Топливо закончилось 23 марта, пищи оставалось на два дня. А до склада, где было все нужное, было меньше 17 километров. Скотт умер последним. Последняя запись в дневнике Скотта датирована 29 марта 1912 г.
«Закончилось топливо» — это одна из важнейших причин трагедии. Именно топливо — то, что позволяет выжить при таком морозе. А топлива не хватило лишь потому, что оно было утеряно, просочилось из баллонов сквозь запаянные оловом швы. Скотт не знал, не мог знать, что на таком холоде с оловом происходит, казалось бы, неожиданное.
Привычное нам олово в обычных условиях — белый металл, пластичный и ковкий. При нормальной плюсовой температуре олово выглядит так, что никто не может усомниться в его принадлежности к классу металлов. Но при температуре ниже всего 13,2°C (чуть ниже комнатной температуры!) устойчивое состояние олова иное. Начиная с этой температуры, в структуре олова начинается перестройка. Белое олово превращается в порошкообразное серое, или альфа-олово, и чем ниже температура, тем больше скорость этого превращения. Максимума она достигает при минус 39°C.
Плотность серого олова заметно меньше, чем белого. Видимый результат превращения белого олова в серое называют «оловянной чумой» — она проявляется в виде серых пятен на белом олове, чем и напоминает чуму. Кроме того, чумой этот процесс назван потому, что для начала процесса превращения белого олова в серое достаточно незначительного количества «затравки» — кристаллов серого олова. Словно заразная болезнь, серое олово расползается, заражая здоровый металл.
Итак, давайте не забывать, что наноструктурированные материалы метастабильны. И хорошо заранее тщательно проверить, как они ведут себя в различных условиях, прежде чем в условиях сильных магнитных полей или космического пространства наш материал неожиданно для нас заболеет какой-нибудь наноструктурной ветрянкой или метастабильной корью.
Но проверять надо не только материалы для космических аппаратов или термоядерных реакторов — токамаков (именно там существуют такие сильные магнитные поля, превышающие магнитные поля Солнца). Наноструктурные материалы будут повсюду: в автомобильных и железнодорожных мостах, подверженных постоянной вибрации, в корпусах самолетов, в которые попадают сильные электрические разряды — молнии во время грозы, в контактных сетях скоростных электропоездов, подверженных длительному воздействию постоянного тока — текущего в одну сторону, в отличие от привычного нам переменного. И главное, чего мы хотим от этих материалов, — чтобы он не подвел. А если материал новый — такой риск нельзя сбрасывать со счетов.
Риск того, что достаточно проверенный новый материал может в неординарных условиях повести себя не так, как мы того ожидаем, имеет своего «тезку». Речь идет о риске нештатного поведения нового материала в стандартных условиях, чего мы тоже от него не ожидаем, но по иным основаниям — ложной уверенности, необоснованного доверия к качеству, предъявляемому наиболее высокотехнологичными секторами экономики.
При создании космических аппаратов применяют новый наноматериал — кермет. Зерна металла, размером до 5 нм, окруженные такими же зернами другого металла или его окисла (а чтобы такое получилось, металлов должно быть несколько), спекают под давлением. Получается композит — много металлов вперемешку. Почему металлы разные? Очень просто. Нанопорошок получают размолом металла специальными мельницами (есть и другие способы, но сейчас нам это не важно). При размоле частицы становятся все меньше: начинают с размера несколько микрон и доходят до наноразмера. Однако начиная с диаметра частиц около 25 нм процесс помола сталкивается с препятствием. Отдельные, более мелкие частицы предпочитают слипаться — между ними образуются перемычки, и наноструктура нарушается. А нам нужны частицы от 10 до 5 нм. Именно они обладают нужными нам свойствами. Если соседние частицы принадлежат разным металлам, такого слипания не происходит, как минимум быстро.
Но у нас нет гарантии, что зерно кермета не будет укрупняться с течением длительного времени. Сегодня космический аппарат — как правило, спутник, живущий менее 5–7 лет[20], или вообще одноразовые ракетоносители и разгонные блоки. Этой проблемой можно и не озадачиваться.
В основе некоторых современных автомобилей лежат технологии авиастроения. Таковы, например, компании «Субару» и «Мазда». Существует устойчивое мнение об «авиационном» генезисе некоторых автомобилестроительных компаний, например «Ауди». Как же — авиационные технологии, примененные в автомобилестроении; качество, недоступное другим! Прекрасная основа для продвижения своей продукции.
Представьте, что кто-то решит перенести космические технологии в нашу «земную» жизнь, например в судостроение, под лозунгом: космическое — значит надежное. Гражданское судно или военный корабль, живущие 40 лет и более, — норма. Но как поведет себя критически важная деталь из кермета через 20–25 лет? В рамках космических разработок этого никто не проверял.
Для того чтобы точно знать, как ведет себя материал с течением длительного времени, нужно это самое время. Не каждый процесс можно ускорить, быстро и надежно промоделировать численными методами. Все эти методы сами требуют верификации и, прежде всего, натурного опытного подтверждения, т. е. времени.
Но мы торопимся. У нас множество планов, новых конструкторских решений, которые стали возможными только благодаря появлению нового материала. Такая ситуация — особенность наноматериалов. Мы их для этого и разрабатывали и создавали: сделать невозможное. И мы не можем ждать.
И как результат — вынуждены нести риски.
Краткая таблица рисков
Риск метастабильного состояния — риск утраты наноструктуры.
Непредсказуемость поведения материала в неординарных условиях.
Риск нештатного ошибочного применения наноматериалов на основании опыта других секторов экономики.
Риск несоответствия высоких темпов технологического развития, требующих новых материалов «сегодня», времени на их полноценную проверку.
1.4. Энергетические консервы
Пакет с неизвестным содержимым — это взрывчатка, к которой поднесен запал, именуемый любопытством.
Кобо Абэ
Мы уверенно предполагаем (и у нас есть на то основания), что нанотехнологии предоставят нам новые возможности, недоступные без их применения. И не последнее место среди таковых занимают возможности, связанные с работой устройств в экстремальных условиях, т. е. таких условий, которые без применения соответствующих материалов были просто недостижимы.
Такие экстремальные условия характерны для больших высокотехнологических установок, важное место среди которых занимают научные установки мега-сайенс, такие, например, как ускоритель элементарных частиц.
В Российской Федерации инициированы проекты по созданию установок класса мега-сайенс. Одной из них является компактный экспериментальный термоядерный реактор — токамак «ИГНИТОР».
Пусть слово «компактный» не вводит вас в заблуждение. Установка все равно весит 500 тонн. Однако за счет применения нанотехнологий в магнитной системе его размер действительно компактный. Для сравнения: токамак ITER, строящийся во Франции международной коллаборацией при участии России, имеет массу реактора 360 000 тонн.
Исторически, Россия — мировой лидер в проектировании и создании таких установок — установок, позволяющих надеяться, что мы сможем вырабатывать электроэнергию за счет термоядерной реакции синтеза. В отличие от ядерной реакции (реакции деления, распада атомов) реакция синтеза потенциально способна дать энергии на порядок больше. Собственно ровно такая же реакция протекает в нашем самом главном источнике энергии для нашей планеты — Солнце. Сила ветра, энергия рек и многое другое, — в конечном счете, это энергия Солнца. Фотосинтез как основа жизни и сама жизнь во всем ее многообразии возможны также за счет энергии Солнца. И попытка человека зажечь маленькое, безопасное солнышко как раз связана с надеждой поджечь термоядерную реакцию в токамаке. «Горит» в токамаке тритий-дейтериевая плазма, удерживаемая, а точнее, гоняемая по замкнутому кругу, сильнейшими магнитными полями. Чем компактнее токамак, тем сильнее надо свернуть в кольцо плазму, что требует более сильного магнитного поля. Но как сделать такой мощнейший магнит? Традиционные решения не подходят. Решение было найдено с применением нанотехнологий. В Российской Федерации создан уникальный наноструктурный сверхпроводящий материал, катушки из которого способны создавать и, главное, выдерживать эти мощнейшие поля.
Здесь надо заметить, что такой проводник обязательно наноструктурирован. Сверхпроводимость — само по себе удивительное квантовое явление. Но вот беда, магнитное поле, даже относительно слабое, его разрушает. И придумали следующее: сделали материал, состоящий из тончайших волокон. Их диаметр — 5 нм, а волокна разные. Каждое сверхпроводящее волокно окружают волокна с обычной проводимостью, и наоборот. И выходит так: ток течет по сверхпроводнику, а магнитное поле, создаваемое этим током, — рядом, в обычном проводнике. И оно может быть сильным и ничего не разрушать.
Но ведь и токи, и магнитные поля — огромны. Постоянно текущий ток в соленоидах достигает 11 мегаампер! Магнитное поле превышает 14 Тл[21] (это поле центрального соленоида токамака «ИГНИТОР»), Такие условия нельзя назвать обычными для любого материала, тем более для материала-сверхпроводника с его сложной волокнистой наноструктурой. Чтобы представить себе колоссальность такого магнитного поля, сравним его с другими — природными и искусственными.
Магнитное поле Земли, привычное нам, которое не только вращает стрелку компаса, но и надежно защищает нас и всю жизнь на планете от безжалостной солнечной радиации, составляет всего 5x10-5 Тл. Отклоняющие дипольные магниты Большого адронного коллайдера, созданные по той же российской технологии и из российских материалов, — от 0,54 до 8,3 Тл. Магнитное поле солнечных пятен[22] — 10 Тл. В токамаке «ИГНИТОР» магнитное поле больше!
Как поведет себя эта структура, ее составляющие материалы в условиях сверхсильных полей, — вопрос далеко не праздный. Соленоид, или попросту катушка, по которой течет ток, — это такой же «аккумулятор» энергии, как и привычные нам. Различие лишь в том, что вместо емкости конденсатора в роли накопителя используется индукция катушки. И вот представьте, что где-то в цепи разрушится сверхпроводимость. Это приведет к катастрофическим последствиям. Токи и напряжения мгновенно вырастут — так устроена индуктивность: если в ней попытаться прервать ток, он тут же возрастает! Вся огромная энергия, накопленная в соленоиде, мгновенно выделится в виде тепла. Мгновенное выделение огромного количества тепла обычно называется проще — взрыв! Иными словами, последует взрыв колоссальной разрушающей силы. И все это держится на тоненьких ниточках диаметром 5 нм.
Вы можете сказать — установка экспериментальная. Расположена она на обособленной территории. Вот, взрывались же на космодромах ракетоносители. Трагедия? Безусловно! Но последствия такой трагедии из-за принятых мер (прежде всего, удаленности космодрома) все же нельзя сравнить с крушением поезда, когда гибнут сотни человек.
Токамак, конечно, строится так, чтобы избежать такого сценария; учитываются и принимаются во внимание различные риски; система управления и защиты строится так, чтобы всего этого надежнейшим образом избежать. Токамак один, ну, быть может, несколько. Для каждого из них предусматриваются самые совершенные технические решения.
Но давайте вспомним, что практически любая нанотехнология — не экзотика. Она, как мы ожидаем, проникает во все аспекты нашей деятельности. И технология сверхмощных соленоидов из сверхпроводящих наноструктурных проводников здесь вовсе не исключение. Их применение планируется в обычной нам энергетике — той энергетике, которая обеспечивает электроэнергией промышленные предприятия, которая приводит поезда на железной дороге в движение, которая дает нам свет и делает возможным работу бытовых приборов. Для таких соленоидов или катушек даже специальное название уже есть — СПИН, что означает аббревиатуру от слов «сверхпроводящий индукционный накопитель». Так вот эти СПИНы — потенциальные устройства обычной силовой энергетики. Ожидается, что они будут неотъемлемой частью наших сетей электропередачи, такой же, как повышающие и понижающие трансформаторы, и будут защищать наши сети от возможных скачков напряжения, приводящих, в том числе, к таким техногенным катастрофам, как веерные отключения. Да и сами трансформаторы тоже будут сделаны из подобного материала.
Появление таких устройств — основание для дальнейшего усложнения энергетических систем. Это означает, что риск, которого мы стараемся избежать, качественно изменяется. Да, системы становятся более надежными, но последствия действительно крайне редких нарушений работы — все более тяжелыми.
Имеющие место веерные отключения электроэнергии в мегаполисах и промышленных агломерациях (вот некоторые из них: Санкт-Петербург и область — 2010 г.; Бразилия — 2009 г.; Германия, Франция, Италия и Бельгия — 2006 г., Москва, Тульская, Московская, Калужская и Рязанская области — 2005 г.) — убедительное свидетельство того, что аварийное отключение на одном участке вызывает отключение целых энергосистем.
Способность концентрировать большую энергию в малых объемах — возможность и связанный с нею риск, порождаемые нанотехнологиями. И приведенный выше пример сверхпроводящего соленоида — далеко не единственный.
Человечество связывает свои надежды на экологически чистую энергетику с успехами — действительными и желаемыми — водородной энергетики. В самом деле, с экологической точки зрения, водород — идеальное топливо. Ведь продуктом его сгорания является вода, точнее, водяной пар.
Но водород опасен. Точнее, взрывоопасен. Об этом мы уже говорили во введении. Чтобы избежать последствий данного риска, предложено использовать наноструктуры, способные впитывать водород, как губка.
В этих структурах водород хранят, в них же — каталитическим образом — сжигают, т. е. вместо открытого огня мы получили батарейку. Такие структуры способны впитать водород до плотностей лишь вдвое меньших плотности твердого тела. Это означает, что в среднем на два атома материала придется одна молекула водорода. Значит, это уже не газ. Это новая кристаллическая решетка из атомов наноструктурного материала и водорода.
Накопленная энергия (значительная потенциальная энергия горения) в таком материале превращает его в потенциальную — и надо сказать, мощную, — взрывчатку. Но это далеко не все. Водород — странное вещество. Он способен протекать сквозь стенки многих металлов. Объясняется это так. Водород хорошо растворим в ряде металлов, прежде всего таких, как никель, платина или палладий. Да и сталь не составляет исключения. (Материалы, удерживающие водород, все же есть. Таковым, например, является серебро.) Собственно наша наногубка, впитывающая водород, — это то же самое. Раньше для этих целей использовали палладий. Только в нашей наногубке можно растворить водорода намного больше. Так вот, с растворимостью водорода в металлах и связана его способность проходить через них. Ведь это одно и то же! Обычная кухонная губка пропускает воду потому, что может ее впитывать и отдавать. Такой процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого называется диффузией.
Следует иметь в виду, что диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом. Иными словами, водород — агрессивная среда. Из школьного учебника химии мы помним, что кислота — это то, что легко образует свободный ион водорода[23] — именно он и оказывает то разрушительное действие, которое мы связываем с кислотой. А тут — как минимум атомарный водород в кристаллической решетке. Как эта среда, будучи концентрированной до плотностей, сравнимых с плотностью твердого тела, ведет себя, мы еще до конца не знаем.
Не знаем и того, как такой материал, такая среда поведут себя при контакте с другими средами и веществами, с другими агентами — даже такими, контакт которых с водородом нами не предполагался. А если предположить массовый характер использования водородной энергетики — в автомобилях и других машинах, на судах, на самолетах и ракетах, в домашних роботах-андроидах и приборах, в компьютерах и средствах электронной коммуникации, — такие контакты неизбежны. С мыльной пеной детских «пузырей», со спиртом, содержащимся в алкогольных напитках, — словом, со всем тем, что окружает нас в быту. С разнообразными фармакологическими соединениями в медицинском учреждении, с веществами на производстве и в химической лаборатории, в мобильных лабораториях криминалиста и специалиста по контролю за окружающей средой — со всем тем, что мы используем в своей производственной деятельности. Кроме того, с кислотными дождями, не ко времени выпавшими, с песком, принесенным самумом, и снегом сибирской вьюги, с нещадно палящим солнцем посреди азиатской степи — со всем тем, что от нас не зависит и нас не спрашивает.
Водородная энергетика дает прекрасный пример и того, что в новом деле, в новых технологиях мы можем пропустить важное, не только неизвестное нам, но и хорошо известное, а это риск не менее важный, чем риск нового.
Все мы знаем перекись водорода, вернее, слабенький водный раствор перекиси водорода. Так вот, хорошо известно, что концентрированные водные растворы перекиси водорода взрывоопасны. А кто сказал, что при горении водорода — ведь водородная энергетика предполагает сжигание водорода — никогда не может сложиться условий, при которых образуется не окисел водорода (вода), а его перекись? И наши выхлопы, которые мы считали экологически чистыми, вдруг окажутся вовсе не такими безобидными. И даже если образовавшиеся капельки сконденсированного пара содержат недостаточно перекиси водорода, чтобы быть взрывоопасными, нельзя забывать и про то, что концентрированные растворы перекиси при попадании на кожу, слизистые оболочки и в дыхательные пути вызывают ожоги.
Как известно, бензиновый двигатель может быть в разной степени экологически опасным (или безопасным). То же может быть справедливо и для водородного двигателя. Пожухлая листва городских деревьев не исключена и на фоне лозунгов об экологичности.
Нанотехнологии делают водородную энергетику возможной. Но вот возможные негативные последствия такой энергетики могут быть с нанотехнологиями прямо не связаны.
Из чего производят водород, требующийся в промышленных количествах? Ответ прост — из воды. Транспортировать водород по причинам, только что нами названным, трудно. Транспортировать водородные «аккумуляторы» не эффективно. Значит, придется транспортировать воду, что делает актуальным строительство трубопроводов, или пользоваться местными источниками.
То, что вода — ценнейший ресурс, мы уже понимаем, но, видимо, не до конца. Говоря о водородной энергетике и роли в ней воды, ни в коем случае нельзя забывать о так много и настойчиво обсуждаемом сегодня сланцевом газе.
Добывать сланцевый газ можно только там, где есть вода, — рядом с реками и озерами. Ее закачивают в скважину, чтобы использовать технологию гидровзрыва. Создание одной скважины требует до 4000 тонн воды.
США объявили, что к 2015–2020 гг. выйдут на уровень добычи 60 миллиардов кубометров (в так называемых условных газовых единицах) такого газа, что составит 10 % от объемов традиционной добычи газа в России. По экспертной оценке, это обеспечит годовую потребность в объеме 2,4 миллиарда тонн воды, что составляет четверть годового расхода воды реки Потомак или 55 % от индивидуального годового потребления воды всем населением США (из расчета 40 литров воды в день на одного человека в среднем).
Экологические последствия расхода такого объема воды сложно достоверно оценить. Аналогии, связанные с ирригацией (Сырдарья и Амударья и бассейн Арала, обмелевшая река Хуанхэ в Китае), заставляют крайне серьезно отнестись к данной проблеме.
Какие основания у нас есть, чтобы считать, что проблема воды для водородной энергетики будет решена иначе, чем это сегодня уже происходит при добыче сланцевого газа? Правильно — никаких!
Но вернемся к основной теме этого раздела. Нанотехнологии позволяют нам концентрировать энергию. Например, становятся возможными высокоэнергоемкие вещества и среды. И это отнюдь не только батарейки, способные служить в десять раз дольше. Накопленная в них энергия — это потенциальный взрыв, способный, в том числе, иметь военное применение. Среди таковых возможностей, предоставляемых нанотехнологиями, — создание так называемой вакуумной бомбы. Такие бомбы больших калибров сравнимы по мощности со сверхмалыми тактическими ядерными боеприпасами. Тротиловый эквивалент мощнейшей на сегодня в мире неядерной бомбы — российской авиационной бомбы объемного взрыва, испытанной 11 сентября 2007 г., — составляет около 44 тонн, а радиус гарантированного поражения — 300 метров. Тем самым площадь поражения больше площади Московского Кремля.
Принципиальным моментом здесь является то, что высокая разрушающая способность сопряжена с относительной технологической простотой, а простота — обратная сторона доступности, в том числе «безответственным» игрокам, таким, например, как террористы.
Ядерное оружие даже малых калибров подпадает под международно признанный режим нераспространения. Ядерные технологии, такие как технологии обогащения, не являются «незаметными», а потому, пусть недостаточно эффективно, контролируемы. Напротив, возможные заряды различной мощности с применением нанотехнологий могут создаваться в обход установленным режимам нераспространения (как незаметные), да и сами режимы международное сообщество еще не установило.
Итак: опасности, связанные с высококонцентрированной энергией, могут представляться нам очевидными. Военный аспект, к сожалению, делает эту тему для нас знакомой. Но предполагать, что все ограничится уже знакомыми нам последствиями, — ошибка. Такая же ошибка, как оценивать последствия случайного взрыва артиллерийского снаряда, без учета того, что этот снаряд может лежать на складе среди множества подобных.
Краткая таблица рисков
Риск агрессивных сред — наноматериалы разрабатываются для применения в агрессивных средах, таких, для которых применение обычных материалов невозможно.
Риск переноса высоких технологий из лабораторий в массовое производство и обычную среду обитания человека с ее непредсказуемыми воздействиями.
Риск неучета известных факторов ввиду их «привычности» и отсутствия их анализа в «научном обороте».
Риск повышения надежности системы с одновременным ростом тяжести последствий аварии.
Риск переоценки значимости имеющихся ресурсов.
Риск концентрации большой энергии в малых объемах.
Риск доступности высокоэнергетических веществ.
1.5. Светло, да не видно
Главное — не перейти улицу на тот свет.
Михаил Жванецкий«Чиновник! окажи мне дружбу;Скажи, куда несешься ты?» — «На службу!»Козьма Прутков (басня «Чиновник и курица»)Последствия применения нанотехнологий, как мы уже говорили, могут носить косвенный характер. Изменения затрагивают не столько сами производственные и технологические процессы, сколько то, что с ними связано. Эти изменения напрямую технологией не диктуются. Скорее, попытки применить такие технологии там, где без такого давления технология не будет востребована, и есть тот источник риска, о котором речь пойдет далее.
Яркий пример таких косвенных последствий — извините за невольный каламбур — последствия государственного лоббирования светодиодного освещения.
Конечно, светодиодное освещение имеет и вполне прямые последствия. Не всякий свет полезен для человека, а тем более для ребенка: можно и зрение испортить. Наиболее энергетически эффективные светодиоды (а именно для этого их и применяют — электроэнергию экономить) как раз тем и отличаются, что их свет не такой, как солнечный. Вот и придумывают для них специальное применение. Это так называемое ландшафтное освещение. Мол, если здание для красоты подсвечивать, то все равно чем, лишь бы ярко. Но «задумки» этим не ограничиваются. Применение такого, да и практически любого светодиодного освещения в школьных и дошкольных учреждениях, поликлиниках и больницах (детских и взрослых), в общественных местах запрещено уже упомянутыми СанПиНами. И правильно запрещено. Попробуйте почитать книгу, освещая страницы светодиодным фонариком. Желание читать пропадет сразу. Ну а где такие светодиоды внедрять? Правильно — там, где их можно установить административно, например в транспорте. Самолет и электричка — вот первые потенциальные жертвы (не читать же вы пришли!), а также детские сады, школы, больницы, поликлиники и библиотеки.
Постойте, скажет читатель. Ведь только что авторы написали — «запрещено СанПиНами»! Все так. Но кто мешает эти нормы пересмотреть? Например, провести исследования и «установить», что и не вредно вовсе.
И такие попытки предпринимались, ведь энергоэффективность — важнейший приоритет государства! Хорошо, что на сегодня эти попытки закончились ничем. Но это только пока.
Знающий читатель справедливо заметит: но ведь есть светодиоды и не такие вредные. Светят себе вполне приятным белым светом. Есть — правда. Но правда и в том, что их трудно отнести к энергоэффективным. Они, по сути, мало чем отличаются от ртутных ламп. Светит такой светодиодик в ультрафиолете, а сверху покрыт люминофором[24]. И ультрафиолетовое излучение полностью поглощается этим люминофором. Затем люминофор переизлучает его. Это явление называют люминесценцией, а лампы такого типа — люминесцентными. Переизлучает же он свет в широком спектре и с большей длиной волны, чем было, — как раз в диапазоне видимого света, от красного до фиолетового. Вот и получается свет беленький, приятный. Но вот что интересно. Энергосберегающие лампы, такие как компактная люминесцентная лампа (КЛЛ), делают это не хуже. Светит такая лампа в ультрафиолете, а люминофор его переизлучает. Зачем же тогда светодиод? Предъявляемый нам, потребителям, ответ таков. КЛЛ переизлучает ультрафиолет за счет содержащейся в люминофоре ртути, а ртуть, известное дело, — опасна. Такие лампы просто так не выкинешь, их собирать и утилизировать надо. А светодиодная лампа… Стоп! А светодиодная лампа как ультрафиолет переизлучает? На этот вопрос принято не отвечать.
Еще на рубеже XIX–XX вв. было установлено, что каждый химический элемент обладает уникальным спектральным портретом. Вот что это означает. Элемент может поглотить или излучить не любой свет, а только свет определенных частот или длин волн. Такие узенькие диапазоны назвали спектральными линиями. Чем хороша ртуть? У нее есть в области ультрафиолета полосы поглощения, достаточные, чтобы эффективно поглотить энергию ультрафиолетового излучения, и есть линии излучения в широком спектре видимого света, достаточные для того, чтобы такой свет считать приемлемым. Если в КЛЛ применяют ртуть, а не какой-либо другой элемент, значит, ртуть наиболее подходит для этих целей. Портрет — в смысле спектральных линий — у нее такой, подходящий. Но светодиод (тот, о котором мы говорим сейчас) работает так же. Позвольте, разве для этого светодиода «изобрели» какую-то отдельную таблицу Менделеева? Если есть такой элемент, имеющий столь же подходящий, как у ртути, портрет спектральных линий, то почему его не применить в КЛЛ?
Конечно, мы многое сильно упростили, утрировали. Но главное понятно: требуется объяснение, почему в одном случае у нас люминофор хороший, а в другом — плохой, ведь делают они одно и то же!
Однако есть и светодиоды, свет которых нам видится белым. Такие светодиоды могут показаться удачным решением обсуждаемой проблемы. И люминофора в них нет, а значит, и ртути, и с энергоэффективностью полный порядок, ведь переизлучение — всегда потери. А работают такие светодиоды, как телевизор. Светят одновременно три светодиодика на одном кристалле (точнее, три квантовых точки). Один красный, второй зеленый, третий синий. Вот и видим мы все вместе как белый — как в телевизоре.
Множество современных телевизоров и компьютерных дисплеев воспроизводят изображения, управляя интенсивностью трех основных цветов: красного, зеленого и синего. Яркий желтый, например, является композицией одинаковых по интенсивности красной и зеленой составляющих без добавления синего.
Наше зрение устроено странно. Желтый — это определенный спектральный диапазон (длина волны — от 565 нм до 590 нм). Но наш глаз воспринимает смесь двух других спектральных диапазонов (красный — длина волны 620–740 нм и зеленый — 500–565 нм) как третий, как что-то среднее. Этим средним и будет желтый. Повторим: так устроено наше зрение.
Но то, что мы видим, зависит не только от свойств нашего глаза. Мы, если не смотрим на Солнце, видим либо отраженный, либо рассеянный свет, чаще — отраженный от поверхности того предмета, на который смотрим.
Например, посветили белым (солнечный свет), и все цвета, кроме желтого, поверхность поглотила — значит, видим желтую поверхность.
Если другая поверхность поглотит все цвета, кроме синего и красного (последние, соответственно, отразит), мы опять увидим желтую поверхность — вспомним: синий плюс красный видно как желтый.
Но вот если осветить первую поверхность с помощью света нашего светодиода, что мы увидим? Черную поверхность, ведь в составе света не было настоящего желтого — того, который наш предмет отражает! А вторую поверхность мы увидим такой же желтой, как и прежде, ведь синий и красный в нашем фонарике в наличии.
Что это означает? Неправильную цветопередачу. Светло-то светло, да ничего не видно. Если сделать из такой лампы яркую (уж это — пожалуйста!) автомобильную фару, то в свете таких фар вы рискуете не увидеть пешехода, переходящего дорогу перед вашим автомобилем.
Читатель может возразить: что-то я все-таки увижу. Ну, неправильные будут цвета, но дорога — не картинная галерея, как-нибудь разберемся. Ошибка, причем грубая! И вот почему.
Вспомните принцип маскирующего камуфляжа. Хотите, представьте форму солдата, хотите шкуру тигра или леопарда — принцип один. И дело опять в особенностях нашего зрения. Мы узнаем образ того, что мы видим по границе этого образа, так устроено наше зрение (глаза плюс мозги). Чтобы «увидеть», достаточно одной границы: вспомните замечательные карикатуры Херлуфа Битструпа — ничего, кроме контура, но все узнаваемо. А вот если контур убрать, а именно это делают камуфлирующие пятна или полосы, увиденное сольется с фоном. При неправильной цветопередаче велик риск того, что контур распадется, — перед глазами будут не воспринимаемые нами «камуфляжные» пятна. Вот так: проверили фонарик — светит хорошо, ярко; посветили — и ничего не увидели!
Но наш главный риск не в том, что мы в неверном освещении проглядим что-то важное. Наш главный риск — не увидеть те сюрпризы, которые таит в себе все новое. И не надо полагаться на очевидность — она-то и подведет, особенно в области нано.
Краткая таблица рисков
Риск применения нанотехнологий по внетехнологическим причинам.
Риск технологической подмены — замещающая нанотехнология несет те же риски, что и замещаемая.
Риск неправильной цветопередачи как пример риска искажения восприятия.
Риск очевидности — не надо полагаться на очевидность — она-то и подведет.
Глава 2
Чудеса структуры
2.1. Фрактальная симфония
— Разрешите доложить, капитан: полный штиль, барометр показывает ясно, температура наружного воздуха двенадцать градусов по Цельсию, произвести измерение глубины и температуры воды не представилось возможным за отсутствием таковой.
… — То есть как это за «отсутствием»? — спрашиваю. — Куда же она девалась?
А. С. Некрасов («Приключения капитана Врунгеля»)В предыдущей главе мы говорили о материалах и о рисках, с ними связанных. Было отмечено, что все начинается с материала. Однако последние примеры (со сверхпроводимостью, с материалами для водородной энергетики) показали, что важнейшим в материалах была их структура. Нанотехнологии — это тот случай, когда материал уходит на второй план, а на первый план выходит структура.
Действительно, мы не просто имеем дело с атомами — с ними мы имеем дело всегда, ведь из них состоят самые привычные вещи, — мы эти атомы размещаем так, как нам необходимо. Такое размещение и есть структура. При этом структура нано часто особенная. В привычном нам кристалле, например соли, тоже есть четкая структура — бесконечная череда повторяющейся во все стороны кристаллической решетки. Но не о такой «монотонной» структуре речь. Структуры нано более сложные.
Показательным примером такой особенной структуры являются так называемые дендримеры. Это как раз тот материал, который применяется для «губок» водородной энергетики.
Дендример — название говорящее. Это макромолекула, похожая на дерево[25], точнее на его крону. Только подобия в дендримере еще больше — в кроне дерева ветки разные: ближе к стволу — толще, дальше от ствола — тоньше; в дендримере все веточки одинаковые и структура — строго регулярная (рис. 2.1).
Рис. 2.1 Графическое представление структуры дендримера[26]
«Ну и что, — скажет читатель. — В чем же особенность такой структуры? Похожа на кристалл, только немного странный». Странный — да, но не немного!
Дендример — фрактал. Хоть фракталы часто встречаются в нашей жизни, то, что они не такие, как обычные тела, поняли относительно недавно. Считается, что самым первым примером фрактала была береговая линия острова. Бенуа Мандельброт[27] в 1967 г. задался вопросом: какова длина береговой линии, например, острова Великобритания[28]? Взял карту и измерил. Получил результат. Ему бы на этом успокоиться, но он взял карту большего масштаба, т. е. подробнее. Измерил. Результат получился другой — линия оказалась много длиннее! Тогда Мандельброт взял карту еще большего масштаба, еще более подробную. И опять длина линии здорово увеличилась. Ученый задумался: что же получается — у линии нет длины? Действительно, чем подробнее будет карта, тем больший результат мы получим. И никакой из результатов изменений, даже последний, не будет верным, потому что можно взять карту еще подробнее.
Чтобы это понять, рассмотрим кривую под названием кривая Коха[29]. Такая кривая строится так, как на рис. 2.2.
Сначала кривая выглядит как на рис. 2.2, а. Она состоит из четырех одинаковых прямых. По краям (первая и последняя трети) — прямые, а в средней трети две прямые, соединенные «треугольником». Длина такой кривой — 4/3, если за единицу принять длину основания кривой. Теперь давайте заменим каждую из четырех прямых линий на такую же, но уменьшенную в масштабе. Получится как на рис. 2.2, б. Длина линии составит (4/3)2. Можно продолжать процесс замены прямых на уменьшенную кривую. На следующей стадии замены (рис. 2.2, в) линия будет более изрезанной, а длина ее составит (4/3)3 на следующей стадии — (4/3)4. И так без конца. Длина линии бесконечна. Чем больше мы ее дробим, тем она длиннее. А теперь представьте, что мы рассматриваем эту кривую, нарисованную на карте. Мелких деталей не видно — длина кривой конечна. Но вот мы взяли карту с лучшим разрешением — и детали проявились. И длина увеличилась. Если разрешение увеличить втрое, проявится следующая часть структуры кривой, ведь так мы ее строили — каждый шаг связан с уменьшением масштаба втрое. А длина кривой на карте (в увеличенном масштабе) увеличится в 4 раза (4/3x3). Если увеличить масштаб карты в 3 или 10 раз, то длина обычной, привычной нам кривой увеличится также — соответственно в 3 или 10 раз. А для фрактала это не так! При изменении масштаба в k раз наблюдаемая длина нашего фрактала увеличится в k4/3 раз. Для обычной кривой — в k1 раз. Эта маленькая единичка и есть размерность обычной кривой — она одномерна.
Рис. 2.2 Алгоритм построения кривой Коха[30]
Для площади наш показатель был бы равен двойке. Если линейные размеры увеличить в k раз, то площадь увеличится в k2 раз. Для объема — показатель 3. Двойка и тройка — размерность (соответственно) площади и объема. А наш фрактал имеет дробную размерность — 4/3 [31]. Он, конечно, не плоскость, но уже и не линия! Фракталы-линии бывают разные. И размерности у них тоже разные — между единицей и двойкой.
Наш дендример — такой же фрактал, только объемный. Если его увеличить в к раз, то его «поверхность» увеличится быстрее, чем в k2 раз — размерность его поверхности между двойкой и тройкой. Таковы, например, хорошо известные нам снежинки: эксперименты показали, что размерность их «поверхности» между 2,7 и 2,8.
Сказанное не есть какая-то экзотика. Это источник серьезной метрологической проблемы. Метрология — это наша способность надежно и точно измерять длины, площади, количества, а также другие свойства всего того, с чем мы имеем дело. Метрология подобна аптекарю или, вернее, фармацевту, точно отвешивающему на своих весах строгие количества. И вот здесь этот аптекарь дает маху и не только в переносном смысле.
Дело в том, что среди разнообразных применений дендримеров есть и «аптекарское». Дендримеры используются как средство адресной доставки лекарств в клетки и органы человека. И доставит дендример лекарство точно туда, куда нужно: в нужную ткань, нужные клетки. Но сколько? Как быть с дозировкой? Количество лекарства, переносимого дендримером, зависит от его поверхности. А какова она? Разная, как и длина береговой линии. Удивительно, но слон и муха действительно живут в мире с разными длинами одной и той же береговой линии. Для мухи она много длиннее — из-за деталей, скрытых для слона. Так и площадь дендримера может зависеть от размера молекул, им переносимых. И дозировки будут разными!
Повторим, нанотехнологии — это всегда сложные структуры. Эти структуры имеют различную природу, в том числе фрактальную. И метрология в области нано сталкивается с тем, с чем мы ранее не сталкивались или почти не сталкивались[32]. Вы пытаетесь померить длину — а длины то и нет. Вместо нее какая-то странная полуплощадь. И это притом, что весь наш современный технологический мир — мир эталонов и стандартов, мир измерений на их основе, мир метрологии, той самой метрологии, которая совсем недавно казалась столь надежной и безальтернативной. Но в мире нано наши объекты измерения стали столь странными и необычными, что привычная нам метрология оказалась недостаточной. Наш технологический мир потерял устойчивые основания, а имеющиеся основания — зыбки.
Более того, следует привыкать к тому, что в области нано, когда мы говорим «измерили», мы имеем совсем не то же самое, когда измеряли штангенциркулем или микрометром металлическую деталь. Наши измерения перестали быть прямыми. Мы скорее высчитываем результат, чем его измеряем.
Например, поднесли мы иглу кантилевера сканирующего атомно-силового микроскопа к поверхности материала — «ощупываем» атомы. Мы их действительно скорее ощупываем, чем видим. Принцип работы заключается в следующем. Между иголочкой и поверхностью образуется электрическое поле. Его мы можем высчитать, смоделировать. Под действием этого поля течет ток, называемый туннельным. Чем ближе к атому наша иголочка, тем ток больше — и наоборот. Вот мы и знаем — где атом, а где пусто. Но если мы поднесем нашу иголочку к дендримеру, что мы «нащупаем»? А ничего. Ведь наше умение «щупать» существенным образом опиралось на то, что мы догадались, как выглядит электрическое поле от нашей иголочки, а догадались лишь потому, что знали заранее, как примерно расположены атомы. В случае дендримера можно теоретически предположить, что мы опять угадаем. Но если мы разглядываем плохо знакомую сложную молекулу, извитую во всех направлениях, поможет ли нам наше «ощупывание»?
Следует подчеркнуть, что данная сложность носит принципиальный и неустранимый характер. У нас нет возможности заменить грубую линейку на точный микрометр, как это было ранее. [32]
Нанотехнологии — наша попытка использовать законы квантового мира в нашем мире. А эти законы таковы: чем точнее мы пытаемся что-то померить, тем хуже (естественно начиная с квантового уровня)! Представьте, что вы пытаетесь рассмотреть лампочки на потолке. Получилось! Но что это? Она какая-то разбитая, как будто бы по ней молотком ударили. И не светит уже! Как же так — свет же был? Неужели у нас такой тяжелый взгляд, что лампочки разбиваются?
В квантовом мире любой «взгляд» — «тяжелый». В квантовом мире мы не можем разглядеть мелко и подробно без того, чтобы разглядываемое не нарушить: сдвинуть или изменить. Простейшим выражением этого факта является так называемый принцип неопределенности Гейзенберга. Из-за этого принципа тот объект, про который мы знаем точно, где он находится, вынужден это место покинуть. Вот если мы иголкой кантилевера тщательно ощупаем атом, мы его передвинем. Кстати, так и делают. А микроскоп именно поэтому называют атомно-силовым.
В нанотехнологиях мы многое не можем померить прямыми методами как по квантовым причинам, так и по причинам сложности структуры. Мы вынуждены, часто с применением суперкомпьютеров, не измерять, а моделировать в надежде, что наши модели верны. Но такое моделирование не может заменить измерение полностью! Измеряя «что-то» и получая неожиданный, расходящийся с нашими ожиданиями результат, мы понимаем, что это «что-то» не такое, как нам казалось. Но мы не только удивляемся, мы делаем вывод: осторожнее, «оно» — не такое! Модели же не всегда предоставляют нам возможность быть осторожными. И это серьезный и, по-видимому, неустранимый риск, связанный с применением нанотехнологий.
Но метрологические риски, связанные с широким применением моделей, заменой измерения моделированием, этим не исчерпываются. Проектируя наноструктуру — сложную молекулу, структуру на поверхности кристалла или их совокупности, — мы применяем готовые модели, т. е. модели, созданные не нами, созданные до нас и, возможно, не учитывающие особенности как раз нашей задачи. Откуда разработчикам модели могло быть известно про нашу задачу, если мы ее только вчера придумали?
Посмотрите на операционную систему Windows, на программы Office, на любые другие программы. Их безостановочно, с момента установки до конца эксплуатации, латают, устраняя многочисленные ошибки. Почему же с моделями должно быть иначе? Нет, пока они простые, конечно, их можно выверить — останутся только ошибки нашего неправильного физического понимания. Но такие системы сложны уже сейчас, а станут еще многократно сложнее.
Кроме того, в силу их высокой стоимости и сложности такие системы — источник политических рисков. Но это тема отдельной главы.
Краткая таблица рисков
Метрологические риски нано — риск неверного измерения ввиду природы измеряемого.
Риск квантовомеханических ограничений точности измерений. Риск мертвой петли косвенных измерений — измерения опираются на модель, модель — на измерения.
Риск использования сложных и непрозрачных компьютерных моделей, ошибочно принимаемых универсальными.
2.2. Антиструктура и мы
Дыра — это просто ничто, но вы можете и в ней сломать шею.
Аксиома О’Мэлли«Странности» структуры объектов наномира описанным выше не исчерпываются. Они многообразны: тонкие пленки и жидкие кристаллы, среды с одинаковой хиральностью[33] молекул и многое другое. Более того, структуры наномира могут быть не только трехмерными. Например, на кристалле кремния возможны двумерные, одномерные и нульмерные структуры. Среди последних двух: квантовые проволоки и квантовые точки. Все эти структуры обладают сложными, часто неожиданными для нас свойствами. И для их понимания нужны серьезные знания.
Интересным случаем структуры является ее полное отсутствие. Из школьной физики мы знаем, что тела, обладающие такой структурой, точнее, ее отсутствием, называются аморфными. В отличие от кристалла они не имеют дальнего порядка в расположении атомов. Материал как бы забывает о том, как он был организован «на расстоянии вытянутой руки». Нет, ближний порядок, как правило, есть. Хороший пример — ртуть. Если бы этого порядка не было, ртуть не имела бы свойств металла: проводимости и металлического блеска, связанных с наличием электронов проводимости в «кристаллической» структуре ртути. Но дальнего порядка нет, иначе ртуть не текла бы. Такие тела могут быть и твердыми — мы их называем стеклами.
Но, как оказалось, это не все: наномир предложил нам еще один вид «антиструктуры» — регулярно отсутствующей структуры. Аморфное состояние — это как бы почти кристаллическое состояние, но испорченное — со множеством дефектов, нарушающих дальний порядок. Дефекты расположены нерегулярно, что определяет многие свойства. А что, если расположить такие дефекты не случайным, а регулярным образом, построить кристалл наоборот — «структурные дефекты» расположить регулярно, благодаря чему атомы не будут иметь дальнего порядка, как в кристалле, да и ближний порядок будет иным, не кристаллическим. Такой материал — квазикристаллы — был создан в 1984 г.[34] В квазикристаллах, как и в аморфных телах, в расположении атомов нет дальнего периодического трансляционного порядка, присущего кристаллам. Однако в упаковке атомов есть дальний ориентационный порядок, который есть в кристаллических, но отсутствует в аморфных структурах. Причем этот ориентационный порядок характеризуется осями симметрии пятого, седьмого и десятого порядка, запрещенными для обычных кристаллов[35] (см. рис. 2.3).
Рис. 2.3 Схематическое изображение структуры квазикристалла[36]
Такие материалы — хорошие изоляторы: как электрические, так и тепловые, и потому, по-видимому, будут широко востребованы промышленностью. Но многие другие свойства материалов с подобной структурой могут быть неожиданными, прежде всего каталитические и связанные с ними биологические свойства.
В неживой природе — до создания квазикристаллов — не было материалов с симметрией пятого порядка. Вместе с тем в живой природе, а именно в растительном мире, она широко распространена. Встречается она и в животном мире. Хорошо известны примеры: морская звезда и панцирь морского ежа. Это означает, что в биологических механизмах такая симметрия заложена.
Таким образом, не исключено, что квази кристаллы могут проявить неожиданные биокаталитические свойства — быть агентами, запускающими или тормозящими биологические процессы и механизмы, в том числе нежелательные.
В современном промышленном животноводстве, птицеводстве и рыбоводстве при интенсивных технологиях выращивания животных, в нарушение технологических регламентов, часто прибегают к незаконному использованию гормональных стимуляторов роста.
Кроме того, вполне законно добавляют в корм животным антибиотики, которые, помимо терапевтического и профилактического применения, стимулируют рост животных.
И это не проходит безболезненно для человека. Одно из последствий — акселерация. Конечно, у акселерации может быть несколько причин, в том числе не связанных с тем, о чем говорим мы. Но одной из возможных ее причин все же называют содержащиеся в мясе и молоке животных гормоны и антибиотики. Акселерация не безобидна. Это не только высокий рост. Сдвинулись сроки полового созревания. Так, возраст наступления менструаций в XX в. уменьшался каждые 10 лет примерно на четыре месяца и в 1974 г. составил в среднем 12,7 лет. Происходило ускорение развития вторичных половых признаков. Половые девиации стали предметом начальной школы.
Ускорение биологического развития может не сопровождаться одновременным ускорением социального созревания (и надо отметить — не сопровождается), что создает определенные сложности в становлении личности. Это может принимать такие крайние формы, как ранняя склонность к суициду. Сегодня суицидальный возраст составляет всего 12 лет.
Такова цена ненамеренного искусственного стимулирования или, напротив, замедления естественного хода биологических процессов. И среди возможных агентов такового — биологически активные наноструктуры.
Краткая таблица рисков
Риск недостаточности знаний в области свойств структур низкой размерности.
Риск непредвиденных биологических и биокаталитических свойств сложных наноструктур.
2.3. Оставив свободу с носом
Ах, если бы иметь столько слушающих, сколько подслушивающих!
Станислав Ежи ЛецСтруктуры — это то, что нам дает гораздо большие возможности, чем материалы. И с этими возможностями связаны дополнительные риски. Среди них — риск несвободы.
Информационные технологии уже дали нам примеры контроля за личностью. С появлением нанотехнологий такой контроль имеет шанс стать тотальным. Нанотехнологии предлагают нам новые устройства контроля, принципиально превосходящие возможности видеокамер и других современных электронных средств. Об этом и пойдет речь.
На принципах структурного соответствия построены многие механизмы распознавания. Простейшим примером такого распознавания являются датчики дистанционного определения наличия наркотиков или взрывчатки по микроследам в воздухе. Основой такого датчика являются уже упоминавшиеся молекулы-дендримеры, на кончиках ветвей которых находятся активные группы (молекулы), реагирующие на наличие определенных примесей. Вся эта конструкция немного похожа на нерв[37] — химическое возбуждение (взаимодействие активной группы с примесью) приводит к электрическому возбуждению. Чувствительность таких молекул-датчиков поистине удивительна — до 10-14 молей в кубическом сантиметре.
Про такой датчик сложно сказать — это все еще материал или это уже устройство? Сам материал — за счет структуры дендримера — представляет собой распределенное устройство.
Такой датчик уже создан. Он имеет многочисленные практические применения. Он, безусловно, обеспечивает безопасность, например, при контроле в аэропортах, и не только пассажиропотока, но и грузов.
Но с модификацией активных групп, прикрепленных к веточкам дендримера и способных различать определенные «запахи», он может определять многое другое. Например, не лежит ли у вас в кармане колбаса, содержащая излишнее количество крахмала.
Контролировать можно многое. Можно, например, на расстоянии и незаметно для вас определить, не переодетая ли вы женщина (мужчина), ведь феромоны — и не только феромоны — мужчины и женщины различны.
Чтобы контролировать тот или иной «запах», важно только найти и обеспечить соответствующую «специфичность», найти те молекулы, которые мы прикрепляем к веточкам дендримера. Специфичность — это как ключ к замку: должен подходить. То, что мы проверяем, — молекулы-ключики. Наш датчик — дендример с молекулами-замочками на концах ветвей. Ключик подошел — есть сигнал, не подошел — нет сигнала.
Удивляться всему этому не надо. Контролируют же в аэропортах при эпидемиологической опасности — абсолютно незаметно для нас — нашу, возможно, повышенную температуру, да и принцип-то, в общем, тот же.
Нанотехнологии предлагают нам и такую возможность, как биочип. Биочип — это матрица с нанесенными молекулами белков, нуклеиновых кислот, биомакромолекул или биоструктур для одновременного проведения большого числа анализов в одном образце. Здесь молекулами-замочками служат биомакромолекулы и биоструктуры. А что если совместить принцип датчика на дендримере с биочипом? Можно получить биочип из дендримерных датчиков. Такое или приблизительно такое устройство сегодня разрабатывают. И есть все основания полагать, что оно не только возможно, но и будет относительно скоро реализовано. Называется такое устройство «искусственный нос». Собственно, это и есть нос — наш нос, как и нос собаки, устроен на схожем принципе. Только искусственный нос может быть на порядок чувствительнее носа собаки и различать такие запахи, которые для носа собаки и человека вовсе безразличны — ну не нужны они были ни человеку, ни собаке в процессе эволюции. Мы не знаем, как пахнет азот, как пахнут водород и кислород, как пахнут метан в угольных шахтах и пропан в бытовых газовых горелках. Не забывайте: чтобы мы чувствовали запах бытового газа, в него добавляют специальные ароматизаторы.
Итак — нос, способный чувствовать любые, причем очень слабые запахи на расстоянии. Если при анализе ДНК для определения того, не ваши ли следы на орудии убийства, применяются специальные процедуры (ведь подозреваемого часто надо принудить сдать образец), то в случае носа это технологически не нужно. Понюхать можно и незаметно, не спрашивая, и определить, правда ли вы были в библиотеке, а не у любовницы. Хорошо, если такой проверкой будет заниматься только полиция, а если жена? Ведь не исключено, что этот нос можно будет купить в магазине.
Последствия, которые могут наступить для нашей свободы, для нашего социального порядка, трудно предсказуемы. Портативный нос, контролирующий свежесть покупаемых вами продуктов и содержание в них незаявленных примесей, вполне может стать средством контроля не вами, а вас. И это надо учитывать. Помните, человек единовременно — и помимо своей воли — транслирует миру до трехсот сигналов. И «запахи» — не последние из них. Они говорят о вас многое: волнуетесь ли вы, говорите ли вы правду и более того — не врали ли вы пять минут назад, когда разговаривали с партнером тет-а-тет в закрытом помещении, из которого только что вышли. Представьте, что вы непрерывно подключены к детектору лжи.
«На каждой площадке со стены глядело все то же лицо. Портрет был выполнен так, что, куда бы ты ни встал, глаза тебя не отпускали. СТАРШИЙ БРАТ СМОТРИТ НА ТЕБЯ — гласила подпись». Роман-антиутопия Джорджа Оруэлла «1984» может оказаться совсем не утопическим. И такие понятия, как мыслепреступление и полиция мыслей, войдут в нашу жизнь.
Для того чтобы избежать необоснованного, излишнего контроля со стороны государства, пишут конституции, гарантирующие права личности, устанавливают правила (законы) — это контролировать можно, это — нельзя. Доказательства, добытые с нарушением правил, не в счет. Такое «понарошку» реализовано в Америке. Только возникает вопрос: а для всех ли «понарошку», каждый ли может спрятаться «в домике» Закона? Спросите у Виктора Бута[38].
Но если мы имеем дело не с государством? Можно ли также ограничить кадровую службу крупной корпорации при приеме на работу? Конечно, правилами может быть установлено, что применять детектор лжи нельзя, но как быть с «носом», скромно приютившимся в темном углу и контролирующим, потеют ли ваши руки? Для этого не нужно вашего согласия.
А как быть с недобросовестным партнером по игре в покер? Ведь вы должны быть уверены, что и здесь где-нибудь не притаился «нос». Иначе про блеф, вместе с игрой, можно забыть! Или вы останетесь «с носом».
Краткая таблица рисков
Риск развития технологий, потенциально способных ограничивать личные свободы государством и его институтами.
Риск развития технологий, потенциально способных ограничивать личные свободы третьими лицами, в том числе корпорациями.
Риск непрерывного последующего контроля местопребывания. Риск вмененной правды — технологии постоянного контроля за правдивостью сказанного.
2.4. Нейронное минное поле
Наиболее совершенной моделью кота является такой же кот, а лучше — он сам.
Норберт ВинерПринципиальным свойством, отличающим одну структуру от другой, является сложность. Бывают структуры относительно простые, как регулярная структура кристалла, бывают более сложные, как структура дендримера. Наверно, самая сложная структура, известная человеку, — это структура его собственного мозга. Для подобных структур придумали специальное название — нейронные сети. Нейроны — это клетки головного мозга, соединенные в сложную сеть. Один нейрон соединен с 20 000 других (рис. 2.4).
Нейронная сеть — обучающаяся структура. Установившиеся между клетками мозга связи — это наша функциональная память. Так мы запоминаем принципы, образы и многое другое. Мозг отличен от компьютера: он думает «целиком» и «одновременно», компьютер — «частями» и «последовательно».
С нанотехнологиями связана надежда на создание искусственных нейронных сетей, подобных мозгу.
Рис. 2.4 Реконструкция нейронной сети
Помните дендримеры из предыдущих глав? Это возможный кандидат на реализацию такой — сверхсложной — структуры. «Компьютеры», построенные на основе таких сетей, как ожидается, смогут решать задачи, неподвластные машине Тьюринга[39], которой является привычный нам компьютер.
Появление компьютера — обычного, не на нейронных сетях — кардинально изменило нашу жизнь. О тех благах, которые нам дала компьютеризация, говорить не будем — многие на слуху. Да и не в этом задача нашей книги. А теперь давайте подумаем, что случилось негативного.
Первое, что приходит на ум, — виртуальная реальность и связанная с ней компьютерная зависимость, прежде всего у детей. Уход от проблем реальной жизни, неготовность к ней — вот страшный результат сегодняшнего прогресса. Ребенок 20–25 лет, так и не ставший взрослым, знает мир, в котором несколько жизней, а если что, можно и перезагрузить.
В общем, не вдаваясь в детали, которых множество, можно уверенно заявить: с вызовом компьютеризации мы не справились. Справимся ли с новым, который будет гораздо серьезнее? Компьютер на принципах нейронной сети будет не просто «мощнее», какой бы смысл в него ни вкладывали. Важно другое. Наши коммуникации с ним будут иными. Уже сегодня ведутся работы по взаимодействию мозга человека и компьютера. Разрабатывается (опять же с помощью нанотехнологий) интерфейс «мозг человека — компьютер — мозг человека». Если вы обездвиженный калека, это ваш шанс вернуться к активной жизни. Нанодатчики считывают картину коры головного мозга — энцефалограмму. Сигналы интерпретируются компьютером и передаются на робот-манипулятор, выполняющий желаемое действие. Манипулятор снабжен датчиками, обеспечивающими аналог тактильных ощущений, иными словами, чувство осязания. Сигнал вновь обрабатывается компьютером и передается в мозг. У человека полное ощущение, что он берет нужный предмет манипулятором, ощущает его вес, прохладу или теплоту, влажность или сухость.
Но при мощном компьютере, умеющем строить убедительную виртуальную реальность (а компьютер, построенный на принципах нейронной сети, именно такой), манипулятор в принципе и не нужен — у вас в мозгу сигнал, и вы уверены, что манипулятор есть, что им вы на бумаге написали прекрасные стихи… А весь мир, кажущийся вам реальностью, всего лишь плод «воображения» нейронного мозга. Плюс, конечно, интерфейс «мозг — машина — мозг».
Вы не пробовали жить в мире, где параллельные пересекаются? Как ни крути их — во всех семи измерениях? И не стоит! Вряд ли после этого вы сможете нормально жить в нашем трехмерном. Увы, на фоне этого проблема наркотиков может показаться невинной.
Конечно, проблему ухода в виртуальную реальность можно контролировать — правда, с тем же успехом, что и распространение наркотиков, но все же… А вот другую…
Компьютер обыграл мирового шахматного чемпиона. Уже. И не потому, что умнее, ведь программу написал человек. Мы часто слышим рефрен нашего времени: «компьютер посчитал», не задумываясь, что это лишь созданный человеком алгоритм. И поэтому не задумываемся также над тем, подходит ли этот конкретный алгоритм, ставший стандартным, и потому заложенный в программу, именно к нашей задаче. Мы все равно сами это проверить не можем. Для этого нам надо проделать все с самого начала — написать новую программу вместо уже существующей. Удивительно, но так раньше и делали, причем всегда! А потом программы стали сложнее и дороже, а одновременно — универсальнее, подходящими ко множеству сходных случаев. И мы практически не в состоянии контролировать, что программа делает. Мы лишь верим результату.
Мы стали устойчиво путать знание и информацию и даже не можем отличить информацию от ее имитации — информационного шума. Заглянули в компьютер и написали реферат о барнаульском метрополитене[40].
Рис. 2.5 Схема линий «барнаульского метрополитена», существующего только в Интернете [41]
Знание ушло. Мы верим компьютеру, пока вполне глупому. А вот представьте, что компьютер умный: что он способен обучаться — а именно этим и отличаются нейронные сети. Будет ли он инструментом в ваших руках, как когда-то логарифмическая линейка? Или наоборот — инструментом будете вы?
Нанотехнологии — необходимая предпосылка искусственного разума в форме нейронных сетей. Но каково будет место другого разума — нашего?!
Краткая таблица рисков
Риск искусственного интеллекта.
Риск замещения реальности — виртуальная реальность принципиально нового качества.
Риск невозможности проверить компьютерные расчеты.
Риск замены активной стороны — решения, принимаемые не человеком, а компьютером.
2.5. Программируемая материя
Многие серьезные вещи начинались с игрушек.
Интернет-афоризм«Программируемая материя» — термин из области фантастики, благодаря нанотехнологиям имеющий все шансы ворваться в нашу жизнь. Под этим термином скрывается и то, что кажется нам вполне реальным или уже реализовано сегодня, как жидкие кристаллы или материалы с изменяемыми оптическими свойствами, так и то, что мы видим в американских фантастических боевиках вроде «Терминатора».
Серьезность этого направления подтверждается тем, что соответствующие исследования организованы и финансируются DARPA — Агентством передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США, отвечающим за разработку новых технологий для использования в вооруженных силах.
Программируемая материя — это нанотехнологический хамелеон, способный принимать различные образы.
В образе жидких кристаллов мы такие «хамелеоны» знаем уже сегодня. Это всевозможные мониторы, в том числе и той электронной книги, с помощью которой вы, вероятно, читаете данный текст, а также компьютера. Способность изменяться под воздействием, например, электрического поля и есть основа того, что мы видим. Жидкие кристаллы — хиральные нематики (с понятием хиральности мы уже сталкивались). Под этим мудреным термином скрывается способность поворачивать поляризацию света. Если свет пропустить через два поляроида с взаимно перпендикулярными осями поляризации, свет не пройдет. Первый поляроид не пропустит ту часть света, вектор электрического поля которого перпендикулярен его оси, и пропустит только «параллельную» составляющую, тем самым поляризовав свет. Для второго поляроида весь этот свет будет «перпендикулярным» (см. рис. 2.6).
Рис 2.6 Схема жидкокристаллического экрана[42]
Но если между ними вставить жидкий кристалл, поворачивающий ось поляризации света на 90 градусов, свет станет «параллельным» и пройдет без потерь. Если к жидкому кристаллу приложить электрическое поле, то этот угол будет меньше, и пройдет только часть света, тем меньшую, чем больше приложенное напряжение. Свет от монитора идет всегда. Но не всегда проходит сквозь жидкий кристалл. Вот мы и видим изображение. Чем не хамелеон?
Изменять оптические свойства материала можно по-разному, например управляя радионевидимостью замаскированного под гражданское воздушное судно разведчика: он только что был на радарах и вдруг исчез.
Но наиболее впечатляющими последствиями технологии «программируемой материи» является способность изменения формы. Фантастика ли это?
Уже сегодня есть простейшие способы реализации такой возможности. Речь идет о материалах с памятью формы. Применения данной технологии многообразны — от космической техники до медицины. Приложили сигнал — и компактно упакованная антенна или солнечная батарея орбитального спутника или межпланетного зонда развернулась во всей своей красе на многие десятки метров. Иногда и сигнала не нужно. Ортопедический имплантат медленно (так медленно, как это обусловлено темпами процессов роста в организме человека) расправляется и расправляет деформированную грудную клетку. Примеры можно продолжать бесконечно.
Однако это только начало. В перспективе речь идет о материалах, подстраивающихся к изменяющимся условиям, к разным требованиям.
Во введении мы уже писали об одном из таких материалов, подобном дельфиньей коже, обеспечивающей ламинарное[43] обтекание струей воздуха крыла и фюзеляжа самолета. Но возможны и другие «умные» материалы.
«Умные» материалы (smart materials) — такие материалы, которые активно реагируют на изменения окружающей среды и изменяют свои свойства в зависимости от обстоятельств.
Реагировать материал может разным способом, меняя разные свойства: геометрические, прочностные, оптические.
Хорошо известным примером «умного» материала, меняющего оптические свойства, являются покрытия стекол очков-хамелеонов. Также можно представить себе материал, который, не будучи прозрачным, как камбала повторяет цвета и рисунок того, на чем он лежит. Или даже объектив, который не надо наводить на фокус, — он всегда делает это сам.
Если материал сделать действительно «умным», т. е. организовать его по принципу нейронных сетей, свойства такого материала могут стать воистину удивительными. Но предсказать все риски от применения таких материалов сегодня крайне сложно. Давайте немного пофантазируем.
…Универсальная отмычка, ключ, подходящий к любому механическому замку, — наверное, самое простое, что может прийти на ум. Нет больше запертых дверей квартир и автомобилей, если они не снабжены электронным управлением. Нет механических сейфов — они бесполезны.
…Ужас бухгалтера, его ночной кошмар. Как ему учитывать материальную ценность? Записано — «стул». А в плохую погоду он скорее похож на предмет актуального искусства[44]. Как знать, какая погода будет в день ревизии? И что говорить ревизору?
…Меняющаяся внешность. Меняющиеся папиллярные линии (отпечатки пальцев). Свидетели преступления опознали не того. Эксперт подтвердил показания свидетелей.
Все это и многое другое, что только можно вообразить, имеет одну очень важную общую компоненту. Основной риск, обусловленный развитием технологий «программируемой материи», связан не с техногенными и техническими проблемами, а с неготовностью институтов нашего современного общества к предстоящим переменам. В приведенных примерах это институты собственности, бухгалтерского учета и следственно-судебные институты. Но то же самое можно сказать про множество других институтов современного мира, созданных в мире, в котором не было «хамелеонов», и поэтому к ним не приспособленных.
К технологии «программируемой материи» часто относят и вполне самостоятельную технологию 3D-печати (известную также под названием «3D-принтеры»). Если традиционная обработка материала, такая, например, как металлообработка с помощью фрез, резцов и сверел, следует завету Микеланджело «Искусство — это не красота, а умение отсечь все ненужное», то 3D-печать — прямая противоположность. Материал не удаляется, а наносится атом за атомом, слой за слоем (например, лазерной эпитаксией) в нужных местах.
Не думайте, что данная технология — пустые россказни. Сегодня уже есть первые, вполне практические, пусть и единичные результаты. Так, Европейский аэрокосмический и оборонный концерн (European Aeronautic Defence and Space Company, EADS)[45] использовал процесс аддитивного послойного изготовления (3D-печать с лазерной технологией) для создания готового к поездке напечатанного нейлонового велосипеда. Созданный прототип демонстрирует полную функциональность — он не хуже велосипеда, купленного в магазине.
Технология 3D-печати также может приводить к трансформации институтов, прежде всего к упрощению институтов производства. Так, можно осуществить постепенный переход от промышленного поточного производства к индивидуальному производству в домашних или офисных условиях.
Подобный механизм и риски, с ним связанные, описаны в п. 7.3 «Упрощение систем. Бездорожная экономика». Здесь же мы затронем то, о чем говорили ранее, в частности трансформацию института собственности. Возможность печатать изделия прямо дома или в соседнем офисе изменит саму культуру владения и избавит от необходимости накопления вещей.
Ценным станет владение не вещью, а ее информационной моделью и возможностью напечатать ее с помощью каких-то уникальных по свойствам материалов. Обратите внимание, подобное уже происходит: в мире все больше ценят технологии, чем конечную продукцию, с их помощью производимую. Технологии и информация — вот ценности новой экономики. Владение цифровым кодом позволит в любой момент воспроизвести изделие.
Эти изменения молчаливо предполагаются позитивными. Так, мы сможем производить только нужное и не растрачивать ресурсы. Но так ли это? Вряд ли!
Вещи перестанут окончательно быть ценностью. Не нужно — выбросил. Подобное уже происходило. Вспомните про пластиковые бутылки и одноразовую посуду. Под гимн о благих намерениях мы рискуем сделать нашу экономику еще более одноразовой, еще более расточительной.
А если учесть, что каждый сможет «творить», создавать нужное и ненужное, разрабатывать собственные механизмы, то наша цивилизация поточного производства, производства, построенного на разделении труда, может вполне стать предметом учебников по истории. При этом необходимо помнить: разделение труда — это базовый институт цивилизации, в которой мы живем со времен письменной истории человечества.
Ответ на вопрос «Как бы вы отнеслись к идее ходить в одежде, связанной собственноручно?» не дает полной картины возможного. Вопрос надо отнести практически ко всему: одежда — лишь незначительная деталь.
Краткая таблица рисков
Риск возможностей, представляемых «умной» материей.
Риск «универсальной отмычки».
Риск «меняющейся внешности» и «меняющихся папиллярных линий» как источник невозможности суждений, в том числе экспертных.
Риск неготовности современных институтов к новой среде, определяемой свойствами «умной» материи и другими особенностями нано.
Риск неизбежной трансформации институтов современности под давлением технологических изменений.
Риск «одноразовой» вещи как риск неэффективного использования ресурсов.
Глава 3
Страсти по квантам
3.1. Квантовые эффекты — это актуально?
Если мираж окажется действительностью, требуйте компенсации.
Станислав Ежи ЛецНанотехнологии связывают с квантовыми эффектами, что для наиболее сложных нанотехнологий более чем справедливо. Вообще, как было отмечено во введении, использование квантовых эффектов, т. е. таких эффектов, которые в классической физике запрещены, давно на повестке дня. Наиболее известные нам «квантовые» технологии — это технологии, которые мы не связывали ранее, не связываем и сегодня с понятием нано. Это и транзистор, и лазер, и ядерный магнитный резонанс, и многое другое. Однако когда мы говорим о квантовом характере нанотехнологий, мы имеем в виду нечто иное. В чем же это различие?
Квантовые эффекты, используемые ранее, т. е. квантовые технологии вне области нано, — это те поправки к классической физике нашего мира, которые возникают из-за того, что на атомарном уровне мир устроен иначе, по квантовым законам. Но в нашем мире мы не видим самих квантовых законов: мы видим их следствия в строении вещества нашего мира, вещества, состоящего из колоссального числа квантовых частиц и объектов — фотонов, электронов, атомов и др.
Было время, когда кинематографисты при снятии сцен шумной толпы использовали следующий прием: каждый актер-статист выкрикивал номер своего телефона. Но в результате зритель слышал гул толпы — и никаких телефонов. Так и с квантовыми эффектами: в нашем мире от них до нас доносится только «гул». Но нанотехнологии имеют дело с объектами, состоящими из малого числа частей, каждая из которых подчиняется квантовым законам. И «голос» каждого хорошо слышен — мы уже можем разобрать отдельные «номера телефонов».
Таковы, например, квантовые точки — малые квантовые объекты на кристалле, способные эффективно светиться, что и делает их основой хорошо нам известных светодиодов. Вот и свет их иной — когерентный, как от лазера. Мы привыкли, что обычно свет от различных частей источника исходит независимо. Волны (а свет — это, прежде всего, волна) складываются случайно. Это и есть привычный нашему глазу свет. А вот когерентное излучение, т. е. такое излучение, в котором разница между пиками и провалами световых волн остается постоянной, не только непривычно нашему глазу, но и во многих оптических явлениях ведет себя иначе.
Но это не все. То, что мы заглянули внутрь материи и увидели там квантовые эффекты, предъявили их, воспользовались ими, не исчерпывает всех ожиданий, которые связывают с нанотехнологиями. Есть ожидание, что в силу корреляционных эффектов мы получим пусть микро, но с точки зрения атомарных размеров большие объекты, которые будут (нет, не подчиняться квантовым законам, они и так подчиняются, просто для больших объектов само требование следовать квантовым законам делает их «классическими») подобны атомарным квантовым объектам. Другими словами, мы надеемся иметь, например, нанокластер, который будет вести себя подобно электрону или фотону.
Возможно ли такое? Авторы сомневаются — и сомневаются обоснованно. Но если это так, если сомнения оправданны, то такие активно декларируемые сегодня квантовые технологии, как квантовая криптография или квантовый компьютер, невозможны. Идея квантовых технологий — построить устройство, машину, подчиняющуюся квантовым законам. А такая машина — уж точно не отдельный электрон.
Но предположим, что в силу каких-либо корреляционных механизмов квантовой физики (например, спин-спинового взаимодействия) такую квантовую машину сделать удалось. К чему это приведет? Последствия нетривиальны. Некоторые из них описаны в следующих разделах данной главы.
Но, прежде чем вы о них узнаете, авторы хотели бы еще раз настойчиво подчеркнуть, что все написанное далее справедливо лишь при перенесении квантовых законов на объекты (в целом, а не на их части!), для которых такие законы, как показывает наш сегодняшний опыт, неприменимы. Иными словами, скорее всего, мир нас защищает от подобного — его законы таковы, чтобы сделать невозможным то, что мы сконструировали мысленно на базе наших неполных знаний о мире.
Но риск есть риск. Сказать «это невозможно» можно только при полной уверенности.
Краткая таблица рисков
Риск завышенных квантово-механических ожиданий.
Риск перенесения квантово-механических законов на объекты и механизмы нашего мира.
3.2. Занять все, или черная пурга
Черная пурга… Всем, кто жил в Норильске, кто там родился, вырос и работал, не надо объяснять, что такое черная пурга. Это надо пережить! И пережить это легче в связке! С друзьями, с родными и близкими. С теми, кто оказался рядом в трудную минуту, кто готов подставить свое плечо. Одному не справиться! Это февраль 2008 года. В июне этого же года мы покинули свой город и уехали, как говорят коренные норильчане, на «материк». В Норильске мы родились, учились и работали. Там остались дети и внуки. Но мы хорошо запомнили последнюю зиму в Норильске и никогда ее не забудем. Так же, как никогда не забудем свой Норильск! Край суровый, где живут сильные духом люди!
Надежда Бодалова (блог «Мой мир», mail.ru)Норильск — город за полярным кругом. Существующая в Норильском промышленном районе специальная контора, называемая «Штаб Шторм», приступает к активной фазе работы. Необходимо обеспечить срочную эвакуацию людей. Автомобильному транспорту, кроме специальных автобусов, обеспечивающих достаточную герметичность, — красный свет. Автобусы движутся колоннами — две, две с половиной дюжины за раз.
А еще всех надо оповестить, дать последние команды садам и школам, подразделениям комбината[46]. Многое сделано, приготовлено заранее, ведь надо выжить. Очередной раз выжить. Всем. Старикам и детям, работникам комбината, просто жителям.
Надо спешить. Надвигается пурга. Черная пурга. Мелкие кристаллики снега пролезают в любую щель: закрытый автомобиль не спасет — снег набьется в салон, и вы задохнетесь (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Норильск. Салон «специального» автобуса после черной пурги[47]
Видимость — какая там видимость, ее в принципе нет! Не видно собственной вытянутой руки. Если полярная ночь — не видно фонарей. Если полярный день — солнца. Так и так — ночь. Черная пурга.
Пурга разошлась. Снег — мельчайшие частички снега — поднялся на высоту до трех километров. Мир разбился на отдельные помещения. Дети — в садиках, рабочие — на комбинате. Никто не выходит. Спят между сменами на производстве. Двое суток, трое, четверо — как повезет.
Эта картина привычна для жителей Норильска, города с иной социальной организацией. Если ты один, если ты не член единого сообщества, управляемого комбинатом, — смерть! Даже если ты приехал (нет, конечно же, прилетел, дорог, кроме авиасообщения, с «материка» нет) торговать зеленью из солнечного Азербайджана — ты член этого сообщества и никак иначе. Средневековый город, фашио, — и все это из-за снега, из-за пурги, черной, как чума, несущей как чума смерть, если ты отбился от…
…Многочисленные мелкие частицы — наночастицы — поднимаются в небо на высоту трех километров. Солнца не видно. Черная нановьюга…
Черная? Может быть и иначе! Намного страшнее.
Квантовые объекты, как хорошо знают физики, подчиняются двум статистикам: статистике Бозе — Эйнштейна — бозоны (например, частицы света фотоны) и статистике Ферми — Дирака — фермионы (например, электроны). Эти частицы сильно различаются. Если бозоны любят собираться в кучу (там, где один, непременно окажется и другой, ровно в том же месте!), то фермионы не такие. Они индивидуалисты. Они не могут быть в одном месте. Вспомните химию про электронные оболочки различных элементов. Именно поэтому дополнительный электрон следующего по номеру элемента занимает следующую орбиту, а не ту, которая занята. Точнее, на каждой орбите два электрона «валетиком» — спины (квантовые числа) смотрят в разные стороны.
Что касается фермионов, то это не снег, не вьюга. Они занимают разные места, как мы занимаем места в зрительном зале. Вместо вьюги — огромный «кристалл» таких частиц, занимающий полнеба. А кристалл — совсем другое дело. Свет, прошедший через него, им переизлученный, — когерентный. Этот свет не отбрасывает теней. Картина как на Луне — освещенные участки чередуются с зияющей чернотой неосвещенных. Нет рассеянного света, падающего со всех сторон, как мы привыкли.
Но вот кристалл вырос еще больше. В результате атмосфера приобрела прозрачность в жестком ультрафиолете — мы на земле и мы одновременно в открытом космосе: дышать есть чем, но без скафандра не походишь!
А где взять скафандры для птиц? Для зайцев и лис, для домашней скотины? И сколько скафандров нужно для каждой елочки и березки?
В XX в. люди, осознавая угрозу военного применения ядерной энергии, строили модели ядерной зимы — наступающего вследствие ядерной бомбардировки многолетнего похолодания из-за экранирования солнечного света поднявшимся в атмосферу огромным количеством пыли. Сценарий ядерной зимы предусматривал в том числе и жесткое излучение. Считается, что жизнь на планете прекратится не полностью — тараканы выживут. И бегать они будут по выжившим хвощам и другим растениям, пришедшим в нашу эпоху из глубоких времен — полагают, что на определенных начальных стадиях развития Земли естественный радиационный фон был во много раз выше, чем сейчас.
Но обязательна ли ядерная зима для полной победы тараканов над человечеством или достаточно «нановьюги» — просто большого количества фермионной грязи, произведенной человечеством? Авторы не знают.
Краткая таблица рисков
Экологические риски, обусловленные квантово-механическими эффектами.
Социальные последствия наступления квантово-механических природных катастроф.
3. 3. Немного мертвый кот, или компьютер-демон
Если квантовая механика права, то мир сошел с ума.
Альберт ЭйнштейнЕсли ударить палочкой по краю хрустального бокала, он зазвенит. Вдоль его края бежит волна. И вот удача! Волна, обежав круг, прибежала в фазе. Это значит, что она не погасит сама себя, ведь волны в фазе складываются, в противофазе — вычитаются, это называется принципом суперпозиции. Но, позвольте, откуда волна знала, как ей прибежать в фазе, обежав круг? Кто ей подсказал, как это сделать?
Этот вопрос не простой. И на него очень часто дают неверный ответ. Чтобы дать правильный, надо начать издалека.
Мы уверены, для того чтобы понять, как устроен мир, надо знать его законы или, что то же самое, уравнения движения, выражающие эти законы. Вот в ньютоновской (не квантовой) физике надо задать начальное состояние — начальные положения и начальные скорости — и можно будет по уравнениям движения вычислить все последующие состояния, сменяющие друг друга с течением времени. Все просто. Надо только эти уравнения движения знать. Повторим, их называют законами. Один из них — хорошо известный закон всемирного тяготения.
Законы — как шестеренки. Мир — машина, механизм. Его один раз запустили, и он продолжает свое детерминированное движение. Все предопределено заранее.
Но как же наша свобода воли? Мы — и даже физики — считаем, что способны вмешаться в ход событий, изменить работу этого механизма под названием мир. Но если мы сами — такой же механизм, состоящий из частиц-шестеренок, подчиняющийся законам физики, то вся наша «воля» есть следствие его работы. И значит, воля также предопределена.
В квантовом мире все устроено иначе. Это мир вероятностей. Мы не можем сказать, что точно произойдет. Есть лишь вероятности тех или иных исходов, разумеется, из множества возможных. Конечно, это не решает проблему свободы воли окончательно — «воля» получилась зависящей от случая, от того, «как кости упали». Но так все же лучше: можно верить, что от тебя что-то зависит.
Но вернемся к звенящему бокалу. С ним все иначе. Волна обязана прибежать в фазе. Нет, уравнения движения — те, что мы назвали законами, — все те же. Вот только, несмотря на одинаковость законов, мир бокала устроен иначе. Решение уравнений ищут не по начальным положениям и скоростям, а по начальному и конечному положениям. На бокале они совпадают: начало и конец круга — одна и та же точка. Вот волна и прибежала «как надо» — возможными решениями нашего уравнения теперь будут только такие. Но — и это важно — мир становится более детерминированным, ведь конечное положение определено заранее. Оно — условие, а не результат при тех же законах.
С бокалом это неудивительно — ведь все происходит одновременно. Но вот другой пример. Рассказал его много лет назад известный российский физик Борис Михайлович Болотовский. Это было на общемосковском физическом семинаре — том семинаре, которым руководил тогда еще будущий Нобелевский лауреат Виталий Лазаревич Гинзбург. И начал Борис Михайлович как раз с нашего бокала, с объяснения, почему он звенит, а закончил кротовыми норами[48] и машиной времени. Те, кто читает фантастические романы о парадоксах времени, увидят здесь вполне знакомый сюжет — можно ли убить своего дедушку до того, как он стал отцом вашего отца. Конечно, нельзя. Это решение «не в фазе». А вот стать самому себе дедушкой… Просто это другой мир, в котором время не вытянуто в непрерывную пересекающуюся линию — в нем есть петли. И в этом мире все не так, как нам привычно, но вполне логично и не противоречит никаким законам мира.
Рис. 3.2 Графическое представление кротовой норы[49]
Итак, последуем за рассуждениями Болотовского. Машина времени теоретически возможна[50] — почему нет: вполне серьезные физики на основании следствий из общей теории относительности и свойств так называемой темной материи предполагают, что в космосе есть туннели, через которые можно переместиться в другие вселенные и даже в другое время. Предположительно, они образовались, когда Вселенная только зарождалась, когда, как говорят ученые, пространство «кипело» и искривлялось.
Итак, машина времени существует как минимум на кончике пера физика-теоретика. Всего четыре математических формулы, которые доказывают: путешествовать можно как в будущее, так и в прошлое.
Но одно дело кротовые норы, возникшие при зарождении Вселенной, другое — попытаться построить такую кротовую нору.
Как это сделать, мы не знаем. Но зато отчетливо понимаем, что пользоваться ею можно будет только после того, как мы ее достроим, когда будут соединены точки в прошлом и будущем. Например, в 2015 г. мы начали тянуть нору в 2020 и в 2020 г. достроили. Теперь можно сразу (тут важно не опоздать, ведь время идет, а из 2021 г. уже норы нет) отправляться в прошлое, а из прошлого можно будет и в 2020 г. И, что удивительно, как подчеркнул Борис Михайлович, не будет никаких парадоксов, которые так любят фантасты. Мир будет просто детерминирован — 2015 и 2020 гг. будут «в фазе» — как волна звука звенящего бокала.
Уравнения (они же законы мира) те же, но результат иной. И причиной тому лишь задание условий, при которых мы ищем решение одних и тех же уравнений. В данном случае нет начальных условий, совпасть должны условия на концах. (Тот, кто знает теорию дифференциальных уравнений, легко узнает здесь различие задачи Коши и задачи Лагранжа для одних и тех же уравнений.)
Забавно? Но какое это имеет отношение к нанотехнологиям и квантовым технологиям? Прямое! Вы слышали про так называемый квантовый компьютер? Так вот он — если опустить детали — такая же «машина времени Болотовского»: квантовый компьютер не считает, что будет, его «расчет» реализуется как действительность. Он из серии «звенящего бокала».
Скорее всего (и с большой степенью уверенности), квантовый компьютер невозможен. Но если это не так, то, построив его, мы можем кардинально изменить базовые свойства нашего мира. В частности, о свободе воли можно будет забыть.
Подчеркнем еще раз. Авторы скептически относятся к самой возможности существования квантового компьютера, и это будет ясно из последующего. Но при учете рисков необходимо опираться не только на свои представления, тем более, если они носят устойчивый (если не сказать — массовый) характер. Вот их типичный образчик, заимствованный из книги С. И. Доронина «Квантовая магия».
«Сейчас каждый из нас хотя бы в самых общих чертах представляет, что такое обычный компьютер. А что вы скажете насчет компьютера, информационный ресурс которого превышает число частиц во Вселенной (по оценкам специалистов, оно равно 1080), — компьютера, который по своей эффективности превосходил бы обычный ПК примерно во столько же раз, во сколько Вселенная превосходит один атом? Скажете, что это бред, что такое просто немыслимо? И будете неправы! Поскольку в настоящее время работа над такими компьютерами идет полным ходом. Их назвали квантовыми компьютерами. Для этого устройства нужно не так уж много рабочих ячеек памяти, обрабатывающих информацию, — достаточно будет всего лишь нескольких сотен. Скажем, довольно 300 ячеек, чтобы информационный ресурс компьютера примерно на 10 порядков превысил число частиц во Вселенной (2300 ? 1090). И весь этот гигантский массив информации будет согласованно изменяться за один рабочий такт».
Патетично, не правда ли? Этакая современная Вавилонская башня — до Бога достает! (Говорят, точнее, пишут, один раз попробовали. Впрочем, это притча библейская.)
Авторы считают, — думаем, согласится и читатель, — что если «что-то» превышает число частиц во Вселенной, то это прекрасный повод усомниться в реализуемости этого «что-то». Трудно представить себе, что человеку потребуется меньше материала, чем природе для реализации, по сути, одного и того же.
Но допустим на минуту, что квантовый компьютер все ж? возможен, пусть и с меньшим числом состояний: для наших потребностей хватило бы совсем «немного» — порядка 1025 бит, что превышает современный уровень накопленной информации в 10 000 раз. Даже такой «скромный» квантовый компьютер не безобиден. Чтобы понять это, придется разобраться в том, как он работает (а точнее, как предположительно он должен работать).
И начать придется с воображаемого кота, с усами и хвостом. Назовем его котом Шредингера. Это тот самый кот, над которым великий физик, один из создателей квантовой механики, ставил свои мысленные эксперименты. В нашем мире кот может быть либо жив, либо мертв. Либо то, либо другое. Но не так в мысленном эксперименте Шредингера. Вот этот мысленный эксперимент.
В закрытый ящик одновременно помещен воображаемый кот, а также воображаемое устройство с радиоактивным ядром и емкостью с ядовитым газом. Устройство работает просто: распад ядра приведет в действие механизм, открывающий емкость с газом, в результате чего подопытный кот умрет, да простят нас защитники животных. Вероятность распада ядра составляет 1/2 .
Парадокс заключается в том, что, согласно квантовой механике, если за ядром не наблюдают (попросту, за ним никто не следит — ни прямо, ни косвенно[51]), то кот находится в так называемом смешанном состоянии, другими словами, кот одновременно находится во взаимоисключающих состояниях (он одновременно и жив, и мертв). Однако если открыть ящик, можно убедиться, что кот находится в конкретном состоянии: он или жив, или мертв.
Все сказанное — не шутка. Именно так устроен квантовый мир. Одновременно «живомертвые» квантовые частицы — реальность нашего мира. Более того, среди них есть и такие, для которых такая смесь гораздо естественнее, чем «чистые» состояния. Таковы, например, К°-мезоны[52].
Существует несколько интерпретаций (т. е. попыток «разумного» объяснения) этих квантовых странностей, примиряющих нас с тем, что мы видим наш мир совсем не таким. Коты и кошки у нас живомертвыми не бывают. Эти интерпретации очень разные, и какая из них верна, мы не знаем. Для нас интересна интерпретация Эверетта. Согласно ей, смешанное состояние предусматривает наличие двух параллельных вселенных, в которых одновременно существует наш кот: в одной из них он жив, во второй — мертв. Что касается наблюдателя эксперимента (т. е. нас с вами), то, согласно интерпретации Эверетта[53], он также оказывается вместе с котом сразу в двух вселенных, т. е., выражаясь «квантовым языком», «запутывается» в смешанном квантовом состоянии.
Повторим: в квантовом мире есть смешанные состояния. Скажем, наполовину (т. е. 1/2 ) кот жив и наполовину мертв. Когда мы смотрим на кота (это «смотрение» в квантовой механике называется «наблюдением»), кот либо жив, либо мертв — как повезет (вероятности мы определили). Но до того, как мы посмотрели, мы имеем дело со смешанным состоянием. Оно реально! Более того, реальны любые суперпозиции (суммы) состояний кота. Например, такие[54]:
|1 > = 1/2 (|кот живой> + |кот мертвый>) и
|2> = 1/2 (|кот живой> — |кот мертвый>)
Из этих состояний можно получить как живого, так и мертвого кота, складывая (вычитая) их друг с другом; проверьте:
|кот живой> = |1> + |2>
|кот мертвый> = |1 > — |2>
Тот, кто знаком хоть немного с линейной алгеброй, легко узнает здесь знакомые векторы.
Так вот, квантовый компьютер — это операции с именно такими векторами — смешанными состояниями, а они возможны только в квантовом мире.
Введем, например, в квантовый компьютер телефонный справочник. Чтобы записать имя и телефон одного абонента, предположим, нужно 80 знаков или байт. Каждый байт состоит из 8 бит. Бит — это состояние: 0 или 1. Если в городе 10 миллионов абонентов, потребуются 80x8x10 000 000 бит.
Но если мы будем записывать смешанные состояния — каждый бит будет смесью битов всех 10 миллионов абонентов, нам потребуется их в 10 миллионов раз меньше. И места надо меньше, и «обработать» можно одним действием — для этого квантовый компьютер и придумали.
Вот только биты должны быть связаны, «спутаны» друг с другом. Мы должны знать, что вот это — от этого абонента, вот то — от другого, хоть и в разных битах. Повторим, такое возможно именно в квантовой механике.
Но вот мы полезли в справочник, чтобы посмотреть телефон нашего знакомого. Читаем: Иванов Иван Иванович, телефон номер такой-то.
А теперь давайте вспомним интерпретацию Эверетта и нашу «впутанность» в состояния. Глянули — а кошка мертва. Глянули — а знакомого нашего зовут Иван Иванович. А ведь могло быть и иначе: кошка жива, а товарищ — Любовь Петровна. Не повезло просто.
Состояния спутанные, и мы запутались в них, но никакого противоречия. Все взаимосогласовано как в звенящем бокале, как в «машине времени Болотовского», но много сложнее. Структура «спутанных» состояний сложна, и по каждому возможному пути «волна должна прибежать в фазе» и «бокал звенеть».
Однако, когда мы смотрим на звенящий бокал, ни в нас, ни в бокале ничего не меняется. Бокал — сам по себе, мы — сами по себе. В квантовом мире все принципиально иначе. «Эксперимент» и «наблюдатель» неразрывно связаны.
Так, если вы следите, через какое из двух отверстий пролетит фотон, вы увидите, что он пролетает только через одно — ведет себя, как маленький летящий шарик. Но стоит вам отвернуться, окажется, что фотон пролетает одновременно через оба. Об этом свидетельствует так называемая интерференционная картина. Не верите — посмотрите учебник (лучше всего уже упомянутые лекции Феймана). Что же это — мир, разный лишь от того, смотрим мы или нет? Не вдаваясь в детали — да!
А теперь давайте подумаем. Конечно, квантовый компьютер может работать сам по себе и давать ответы, которые никто и смотреть не будет. Но зачем мы его построили — разве не ради ответов? Значит, обязательно посмотрим! А это существенным образом изменит не только устройство квантового компьютера, но и нас — мы, согласно квантовой физике, его неотъемлемая часть. Увы, привнесение в наш мир квантовых законов меняет его причинность: расчет на компьютере — теперь, не прогноз, а действие над этим миром. Но «дедушку» все равно «убить» нельзя. И мир будет меняться (весь мир, целиком, вся его пространственно-временная структура!), так, чтобы парадокса не было, как в случае «машины времени Болотовского», так и в случае квантового компьютера.
В мире нет места парадоксу, а вавилонские башни рушатся — как ни старайся. Вот только что будет на этот раз в роли смешения языков?
Следует признать: квантовый мир изобилует «странностями», не подходящими для нашего мира. И их «перенесение» в наш мир — если такое вообще принципиально возможно — отнюдь не безобидно.
Вряд ли бы вам понравился мир, в котором надо повернуться вокруг себя два раза, а не один, чтобы оказаться ровно на том же самом месте. Повернувшись один раз, будете не вы, а ваше зеркальное отражение с переставленными «лево» и «право»! А в квантовом мире все фермионы (включая наш электрон) устроены именно так.
Итак, попытка перенести свойства квантового мира в наш кажется странной. «Мнение» о том, что раз наш мир состоит из квантового, то его можно (хоть это и сложно) описать только квантовыми законами (законы макромира есть следствие квантовых), — ошибочно! Физики так не думают! Мы принципиально не умеем из свойств квантового мира выводить все свойства нашего мира. Напротив, для того чтобы описать и объяснить квантовый мир, нам необходимо опираться на априори заданные свойства нашего мира — иначе не получается.
Но вместе с тем мир нано — место встречи нашего мира и мира квантового. И с неизбежностью мы будем сталкиваться не только с ситуациями, когда рукав не подходит к кафтану, но и когда кафтан не подходит к рукаву. То, что сделала с нашим миропониманием квантовая механика, на сегодня до конца не оценено, не понято, не принято нами, как это, например, случилось с коперниковой моделью мира.
Однажды — начиная с Гаусса, Бойяи, Лобачевского, Римана[55], затем Эйнштейна и Минковского[56] — мы были сильно удивлены тому, что геометрия, которую проходят школьники со времен Эвклида, вовсе не истина в последней инстанции. Релятивистский мир оказался иным. Есть ожидания, что и с квантовой физикой будет так же. Только под сомнение она ставит не геометрию, а абсолютность привычной нам логики, а это будет иметь куда более серьезные последствия.
Нанотехнологии — всепроникающие. Они войдут в наш быт, в наш образ жизни. Как следствие, непривычные нам логические конструкты — из-за квантового характера нано — будут непрерывно наблюдаемы в повседневной жизни. Нам придется думать иначе, и очевидное перестанет быть таковым.
Как это изменит человека — большой вопрос. А как это может произойти, красноречиво свидетельствуют изменения, уже произошедшие с человеческим сознанием под давлением информационных технологий и их виртуальной реальности.
Краткая таблица рисков
Риск квантово-механического «энтузиазма» как источника возможных кардинальных изменений базовых свойств нашего мира.
Риск смены базовых парадигм и способа мышления — квантовая логика.
3.4. Завышенные ожидания
Люди, которые считают, что жизнь человеческая с древних времен меняется только внешне, а не по существу, уподобляют костер, возле которого коротали вечера троглодиты, телевизору, развлекающему наших современников. Это уподобление спорно, ибо костер и светит, и греет, телевизор же только светит, да и то лишь с одной стороны (К. Прутков-инженер, мысль № 111).
Владимир Савченко («Открытие себя»)
Пример квантовых технологий — убедительная иллюстрация серьезного риска, связанного с нанотехнологиями, риска, о котором не принято говорить. И дело вовсе не в квантовых «ужастиках», которые человек, знающий фундаментальные законы квантовой физики, может и сам придумать. Дело в другом.
Помните, что мы говорили с самого начала: наши риски — продолжение открывшихся нам возможностей. Но вот некоторые риски вызвали у нас если не улыбку, то обоснованное сомнение. Возможно ли это? А если нет? Если нет — это ставит под сомнение и ожидаемые нами возможности, как с квантовым компьютером.
Вокруг нанотехнологий много спекуляций — как предположений, пусть и обоснованных, так и простого сочинительства. Кто-то это делает в силу недостатка знаний (не догадываясь о таком недостатке!), кто-то из корыстных побуждений (наноисследования — мейнстрим технологического развития, который во всех странах щедро финансово поддерживается государством). Есть и те, которым просто «интересно».
В любом случае мы сталкиваемся с серьезнейшим риском — риском ориентации на ложные цели. Возможно, мы пытаемся реализовать то, что нереализуемо. В силу ограниченности наших ресурсов: интеллектуальных и в целом человеческих, материальных и финансовых, временных (можно опоздать с необходимым развитием к сроку) и других — мы не реализуем то, что действительно нам необходимо. Под лозунгом «мы решим все проблемы современности» займемся чем-то совсем другим, но никак не их решением.
Такое возможно. Более того — частично реализуется на наших глазах. Но об этом в следующих главах.
Краткая таблица рисков
Риск несостоявшихся квантовых нанотехнологий.
Риск ориентации на ложные цели.
ЧАСТЬ II
НАНО ВНУТРИ
Глава 4
Будьте здоровы
4.1. Хорошую вещь ГМО не назовут
Цивилизованная дикость — самая худшая из всех дикостей.
Карл Мария фон ВеберПерспективы нанотехнологий выходят далеко за границы привычного нам индустриального мира. Как мы уже писали, нанотехнологии — это конструирование на уровне атомов и молекул. Однако такое конструирование возможно не только для неживой материи. Объектом конструктора становится сама жизнь. И именно с этим связаны основные прямые нанотехнологические риски.
Нанотехнологии позволили нам манипулировать генетической информацией. Мы научились не только читать геном, разбирая последовательность белкового кода, записанного в молекуле ДНК, но и изменять его. Последствия этого умения уже прочно вошли в нашу жизнь.
Важнейшей задачей современности является борьба с голодом. И речь идет вообще не об Африке, не о беднейших или просто перенаселенных странах, таких как Индия или Китай. Проблема голода вполне актуальна для так называемых развитых стран, включая США.
Основой сельского хозяйства последних являются такие культуры, как соя и кукуруза. Когда мы говорим «основа сельского хозяйства», мы имеем в виду и животноводство, и птицеводство — без зерна и бобов, а также фуража и иного корма растительного происхождения не обойтись. Поэтому крайне важно обеспечить высокую урожайность таких растений, включая устойчивость к различным болезням. Без этого сельскохозяйственная индустрия США не только не была бы мощнейшей в мире (на долю США приходится половина мирового производства бобов сои и кукурузы и от 10 до 25 % хлопка, пшеницы, табака и растительных масел), но и не смогла бы обеспечить собственное население продуктами питания.
И это сделано благодаря генной инженерии. Часть генетической информации в геномах кукурузы, равно как и сои, была заменена. Как результат — повышенная урожайность, устойчивость к болезням.
Фактом нашей жизни стало то, что без генетически модифицированных продуктов человечество уже обойтись не может. Судите сами: вопрос о том, что иначе нельзя, уже решается на таких культурообразующих уровнях, как религиозные институты. Известно, что ряд мировых религий содержит запреты на использование в пищу тех или иных продуктов. Однако это не коснулось ГМО[57]. Так, в частности, и Исламский совет юриспруденции[58], и Иудаистский ортодоксальный союз постановили халяльность и соответственно кошерность генетически модифицированных сельскохозяйственных культур. Да и Католическая церковь поддерживает их выращивание. По ее мнению, такие культуры могут стать решением проблемы мирового голода и бедности.
Конечно, основания для такого решения есть. Влияние продуктов питания, содержащих ГМО, на другие организмы неоднократно становилось объектом исследования как в лабораториях компаний, производящих ГМО, так и независимых исследователей. Как правило, безопасность ГМО не была поставлена под сомнение. Более того, миллионы людей во всем мире употребляют генетически модифицированные продукты уже 20 лет, и никаких побочных эффектов этого до сих пор не было выявлено.
Однако есть и скептики. Так, опыты Ирины Ермаковой, доктора биологических наук, показали, что у подопытных животных, употреблявших корм, содержащий ГМО, наблюдался ряд патологических изменений.
Рис. 4.1 Два помета самок из двух групп крыс: после кормления одних кормом с добавлением традиционной сои (слева) и других — кормом с добавлением ГМ-сои (справа)[59]
На фото (рис. 4.1) можно увидеть два помета самок из двух групп крыс: после кормления одних кормом с добавлением традиционной сои и других — кормом с добавлением ГМ-сои. Эти 9-дневные крысята родились в один день. Два крысенка из ГМ-соевой группы, которые даже без шерсти, умрут, оставшиеся два-три выживут.
Почти половина крысят (около 40 %), родившихся от самок, питавшихся кормом с ГМ-соей, значительно уступают по размеру и весу собратьям из контрольной группы.
Научное сообщество подвергло критике работы Ермаковой, как утверждалось, за нарушения в организации эксперимента и некорректную обработку полученных данных. Также утверждалось, что результаты Ермаковой не подтвердились в независимых экспериментах. Да и могло ли быть иначе, когда вердикт уже вынесен: ГМО — быть, иначе — голод. Непризнание результатов Ермаковой может быть объяснено — каждый может ошибиться. Но вот как объяснить тот факт, что Институт Роуэтта, в котором работал британский специалист по белкам Арпад Пустай, отказался продлевать его ежегодный контракт и запретил Арпаду публичные выступления после того, как тот выступил в августе 1998 г. на телевидении с заявлением о том, что у крыс, питавшихся генетически модифицированным картофелем, наблюдались отклонения в росте, нарушения функций органов и подавление иммунной системы, и сделал вывод об опасности трансгенной пищи?[60]
Похоже, что из области риска мы перебрались в область «расплаты» [61]. Да и следует помнить, что далеко не все из того, что мы едим (без всякого ГМО), полезно для нашего здоровья.
В России, по мнению авторов, выбрана самая правильная линия поведения в этой области. Во-первых, исследования продолжаются. Ермакову, в отличие от ее британского коллеги, никто не уволил. Во-вторых, и это главное, ГМО в России подлежит государственному регулированию. В частности, является обязательным указание на их содержание в продуктах питания. Похоже на надписи на пачках сигарет, только наоборот — гарантировано: не вредно. А, например, в ряде штатов США такого требования нет.
С ГМО связана еще одна — необъявляемая — опасность.
Сторонники ГМО в качестве аргумента безопасности указывают на то, что в природе (в растительном мире) широко распространен так называемый горизонтальный перенос генов. Это означает, что отдельные виды естественным образом обмениваются генетическим материалом (иногда значительными фрагментами геномов), что по механизму схоже с искусственным переносом генов при создании ГМО. Но представьте, что искусственно мы пересадили принципиально чужеродный ген, например ген человеческого инсулина. Это не фантастика — именно так и делают уже сегодня. Вы вырастили специально измененную кукурузу, собрали урожай и — на переработку. Продуктом будет человеческий инсулин, содержащийся в растительной массе. Очевидно, что никакой естественный горизонтальный перенос генов между человеком и кукурузой в природе невозможен, а вот между кукурузой и кукурузой — видимо, да. Во всяком случае, на такую возможность, как отмечено чуть выше, ссылаются ученые.
Представьте, что скрестилась плодовитая и защищенная от болезней кукуруза с «инсулиновой». Процесс с течением многих лет будет продолжаться, точнее, два связанных процесса: первый — параллельный перенос генов, второй — естественный отбор. В результате обычной кукурузы в природе не останется.
Открываете вы баночку сладкой кукурузы, едите сами, кормите своих детей и делаете это регулярно. Авторы не знают, можно ли стать диабетиком, принимая инсулин перорально (т. е. через рот), как это происходит при введении инсулина в кровь. Речь о принципе. Если что-то невозможно с инсулином, это может случиться с каким-либо другим агентом, попавшим в нашу пищу в результате наших ГМО-манипуляций с одним и параллельного переноса генов на другой.
Конечно, нашу кукурузу можно контролировать: проверять на содержание инсулина. Но, во-первых, это придется делать, а, во-вторых…
Содержание антибиотиков в мясе крупного рогатого скота не должно превышать установленных норм. При попадании антибиотика в наш организм у нас вырабатывается привыкание к нему. Нам он больше не лекарство. Кроме того, антибиотики совсем не полезны нашему организму. С повышенным содержанием антибиотиков в продуктах питания связывают рост числа заболеваний астмой и аллергическими заболеваниями. Среди очевидных последствий — дисбактериоз желудочно-кишечного тракта. А антибиотики мы принимаем во время болезни как меньшее зло. И принимаем одновременно препараты от дисбактериоза.
Естественно, что мясо, а также молоко и другие продукты питания контролируют на содержание антибиотиков. И вот результаты такого контроля. По данным Татарской межрегиональной ветеринарной лаборатории, имело место следующее. Из 98 проб мяса и молока, проверенных в лаборатории в 2009 г., в 26 было обнаружено повышенное содержание антибиотиков. В 2010 г. из 70 проб мяса и субпродуктов ветеринары забраковали 14.
Но все проконтролировать трудно. Одно дело Татарстан и его ветеринарные службы. Другое дело — «ножки Буша», которые содержали гормоны роста и прочие чудеса фармацевтики. Вспомните, как от них «отбивался» глава российского Роспотребнадзора Геннадий Онищенко.
Так не придется ли нам отбиваться от американской кукурузы? Судите сами: по данным 2000 г., 50–60 % всего кормового зерна в США генетически модифицированы, при этом маркировка на продуктах об использовании ГМО не является обязательной.
Так дело обстоит с генетически модифицированными растениями. А как с животными?
Как это ни удивительно, расшифровка генома животных проще, чем расшифровка генома растений. Так уж устроена природа. У растений геномные последовательности многократно повторяются. И поди разбери, где и зачем в молекуле ДНК они находятся. Этот факт означает, что мы принципиально более готовы к генетическим изменениям животных.
И действительно, в 2009 г. Американская федеральная администрация по контролю за лекарственными средствами и продуктами питания одобрила препарат Atryn, производимый на основе молока генетически модифицированных коз — животным был введен человеческий белок. Препарат предназначен для профилактики и лечения тромбозов. Препарат также одобрен к применению в Европе.
К сожалению, последствия таких действий не вполне продуманы. Меры по устранению рисков не выработаны. Неясны и сами риски. Нам просто говорят — все будет хорошо.
Есть гипотеза, что СПИД, называемый чумой XX в., достался нам от зеленых мартышек. Даже если это не так, достаточно вспомнить о ежегодном гриппе, который переносят птицы. Но есть болезни, которыми болеют те или иные животные, но не болеет человек. А вот генномодифицированное животное с генами человека вполне может сослужить роль мостика по переносу специфических болезней животного на человеческую популяцию.
И это только то, что достаточно просто предположить. В этой области мы знаем так мало, наш опыт настолько ограничен, что возможные негативные последствия нашей деятельности по генной модификации животных трудно предвидеть (см. рис. 4.2).
Рис. 4.2 Вольпертингер — вымышленное животное, якобы обитающее в альпийских лесах Баварии. Пример возможного результата экспериментов по генной модификации животных
И речь идет не только и не столько о возможности создания химер — удивительно, что и мы начали именно с козы[62], эллины были мудрые люди, — сколько о последствиях не столь броских, но, возможно, более значимых. Все еще впереди…
Из новостей: российские и южнокорейские ученые договорились совместно попытаться клонировать мамонта. Для клонирования предполагается использовать современную индийскую слониху. Соответствующее соглашение было подписано в Сеуле между Северо-Восточным федеральным университетом (Россия) и Центром биотехнологических исследований (Республика Корея).
Ученые уверены: в результате реализации этой, кажущейся на первый взгляд нереальной, идеи, пусть даже через 10 или 20 лет, мамонт будет клонирован.
Парк Юрского периода: продолжение следует.
Краткая таблица рисков
Риск манипуляции с генетической информацией.
Риск вмененной безопасности ГМО для организма человека. Риск вменения безопасности по внемедицинским и внетехнологическим причинам.
Риск неконтролируемого параллельного переноса генетической информации.
Риск перенесения нечеловеческих болезней на человека — результат использования человеческих генов в геноме иных организмов.
Риски изменения биологического разнообразия биосферы Земли.
4.2. Превентивная медицина
Оказывается, древние люди тоже умели сверлить зубы и использовали для этого кремневые орудия. Правда, причины, заставлявшие людей эпохи раннего неолита прибегать к этой неприятной процедуре, выяснить пока не удалось.
М. Медникова, журналистУспехи генной инженерии связаны с возможностью расшифровки генома, что, в частности, означает способность определения нуклеоидной последовательности молекулы ДНК — той самой белковой молекулы (см. рис. 4.3), в которой зашифрован генетический код (см. рис. 4.4).
Для определения нуклеоидной последовательности белков — тех букв-кирпичиков, из которых построены все белки, включая и молекулу ДНК, — используют биочипы.
Биочип, или, более полно, биологический чип, — это матрица с нанесенными молекулами белков для одновременного проведения большого числа анализов в одном образце (рис. 4.5). В основе механизма действия биочипов лежит молекулярное распознавание анализируемых молекул молекулами-биополимерами, нанесенными на чип.
Рис. 4.3 ДНК-лигаза I (кольцеобразная структура, состоящая из нескольких одинаковых молекул белка), лигирующая поврежденную цепь ДНК[63]
Рис. 4.4 Аденин — одна из четырех букв генетического алфавита. Такими буквами и записан в ДНК генетический код[64]
Рис. 4.5 Внешний вид биочипа
Нанотехнологии дают основание предполагать скорое появление следующего поколения биочипов: нанобиочипов — электронных биочипов, на которых можно быстро и дешево проанализировать наличие или отсутствие огромного количества различных белков в капельке крови.
Наши гены, данные нам от рождения, вовсе не гарантируют наличие или отсутствие достаточного количества того или иного белка, «закодированного» этим геномом. Как говорят ученые, гены обладают различной экспрессией, что попросту означает, работают они или «ленятся». А эти белки важны для организма. Среди них, например, ферменты, запускающие или тормозящие разнообразные биологические процессы в нашем организме.
Совокупность белков организма, можно сказать белковый портрет, называют протеомом. При этом любые молекулярно-биологические процессы, происходящие в живых организмах, отражаются в протеоме. Протеом организма — величина не постоянная: экспрессия генов может меняться под воздействием множества факторов внешней среды, а также изменений внутри организма, связанных, например, с возрастом, болезнью или другими причинами.
Масштаб протеома — несколько миллионов белков, различающихся по своей структуре, хотя закодирован он только 22 000 генами. И чип, необходимый для мгновенного анализа протеома в целом, перестает быть похожим на тот, который представлен на рис. 4.5. Это наноструктура.
Зачем все это нужно? Зачем нужен столь сложный анализ, кроме как из-за здорового научного любопытства? На это отвечает стартовавший 23 сентября 2010 г. международный проект «Протеом человека».
Проект «Протеом человека» — крупная международная научная инициатива, направленная на идентификацию всех белков человека. В результате выполнения проекта будут созданы дешевые и доступные каждому методы медицинской диагностики, позволяющие определять самые ранние стадии развития заболеваний, индивидуальные методы лечения заболеваний, включая те, которые в настоящее время считаются неизлечимыми.
Цель российской части проекта — определение протеома 18-й хромосомы человека, выяснение путей взаимодействия белков 18-й хромосомы человека со всеми остальными белками этих клеток. На рис. 4.6 видны масштабы этой части проекта и основные заболевания, которые предполагается победить.
Спектр заболеваний чрезвычайно широк: от шизофрении и болезни Альцгеймера до ревматоидного артрита. Среди них и диабет, и некоторые виды рака, а также ряд наследственных заболеваний, таких как болезнь Ниманна — Пика.
Рис. 4.6 «Карта» заболеваний, связанных с 18-й хромосомой человека
Так вот, вернемся к нашему наночипу. Пришли вы в медицинскую лабораторию. Сдали кровь. Заплатили 300 рублей. На следующий день вам объявили результат: вероятность заболевания (далее наименование) — 70 %. Вам необходимо принимать превентивные меры, чтобы не заболеть.
Иными словами, чаще будут предотвращать болезнь, чем ее лечить. Здорово?
Может оказаться, что вовсе и нет! Среди рисков, связанных с нанотехнологиями, есть очень странные риски. Например, такие как риск не воспользоваться открывающимися возможностями. Если сомневаетесь, задумайтесь: почему зубы до сих пор сверлят? И захотят ли стоматологи отказаться от своей — вполне доходной — деятельности? А здесь речь идет о глобальном фармацевтическом рынке с объемом продаж до 600 миллиардов долларов в год.
Устойчивые структуры современной экономики, ориентированной на «эффективность», под которой понимается возможность извлечения максимально большого дохода с максимально низкими издержками, могут оказаться несовместимыми с теми возможностями, которые предоставляют нанотехнологии. Как возможный результат — смена технологического уклада в целом, чему посвящена третья часть книги.
Но, кроме этого, вполне возможны процессы торможения технологического развития как несовместимого с институтами современности и далеко не только в медицине.
Краткая таблица рисков
Риск не воспользоваться открывающимися возможностями.
Риск торможения технологического развития как несовместимого с институтами современности.
4.3. Невинные липосомы
И почему разнообразие видов, — это, собственно, условие какое-то, которое должно непременно исполняться? Ну, останется на Земле три вида — Homo sapiens, корова и собака, и будет хорошо, и питаться будем, и забавляться.
А. Г. Гордон, ведущий телепрограммыИзменения, которые могут вызвать нанотехнологии в медицине, многообразны и принципиальны. Не будет преувеличением сказать, что нанотехнологии могут изменить лицо медицины кардинальным образом. И эти изменения — не технологические.
Развитие нанотехнологий привело к появлению новой медицинской возможности — адресной доставки лекарственных препаратов в организм человека. Одним из наноинструментов такой доставки являются липосомы — наноразмерные «мыльные» пузыри с лекарством внутри.
Как правило, заболевания поражают не весь организм, а развиваются в отдельных органах и тканях. Разные заболевания — разные органы и ткани. Даже разные группы клеток. Например, ишемическая болезнь сердца — патологическое состояние, характеризующееся абсолютным или относительным нарушением кровоснабжения миокарда (мышечного слоя сердца) вследствие поражения коронарных артерий сердца. Стенокардия и инфаркт миокарда — следствия ишемической болезни. Тем самым болезнь поражает (сначала) ткани коронарных артерий, затем миокард. И лечить надо именно их, а не клетки печени.
Лечение пойдет быстрее и успешнее, если лекарства будут действовать непосредственно в очаге заболевания. Особенно это важно в тех случаях, когда приходится иметь дело с весьма ядовитыми препаратами, которые хорошо лечат саму болезнь, но при этом плохо влияют на другие системы организма. Часто это заставляет отказываться от использования подобных веществ и применять менее эффективные.
Создать нужную концентрацию лекарственных веществ в пораженных болезнью местах, не затрагивая остальные, — задача непростая. Липосомы решают эту проблему. Их главная особенность — способность проникновения внутрь клетки сквозь клеточную мембрану. Такой процесс «заглатывания» клеткой липосомы называется эндоцитозом. А проникает липосома внутрь вместе с содержимым — тем, которым мы ее «зарядили».
Сегодня в практическом использовании липосом открываются различные перспективы. Кроме медицины они могут быть полезны в сельском хозяйстве, уже сейчас они находят применение в генной инженерии: с их помощью можно более эффективно, чем обычным путем, вводить генетическую информацию внутрь клеток.
Но наш рассказ не о липосомах. Мы научились — неважно как — легко, например инъекцией, простым уколом, и не дорого вводить внутрь клеток (минуя защитные барьеры организма) различные агенты. Сегодня это, как правило, разнообразные «яды», убивающие больную клетку, например раковую. Но возможны и другие агенты — вплоть до генетической информации. Приготовление липосом, их «зарядка» имеет свои сложности. Но применение относительно просто: обычный укол.
Вот здесь и скрыт серьезный риск. Уколы делает средний медицинский персонал, а применение таких препаратов требует серьезных медицинских знаний. Вот и получится, что лечить нас будут не высокообразованные врачи, а специалисты по уколам. Этот процесс в практической медицине уже идет. Нанотехнологии его значительно ускорят. Специалист-диагностик будет заменен прибором, хирург и терапевт — прибором. Будут востребованы новые специалисты, знающие, как устроен тот или иной прибор, как его применять. И уйдут в прошлое специалисты традиционные — те, которых мы когда-то называли врачами.
Описанный выше пример адресной доставки лекарств таит в себе опасности и иного рода. Когда мы болеем и принимаем лекарства, наш организм реагирует. Медики называют такую реакцию симптомами, имея в виду признаки (что и означает слово «симптом» по-гречески), на которые они ориентируются в ходе лечения. А при применении липосом соответствующих своевременных симптомов может не быть — человека отравили, а его даже не рвало.
Все это — лишь некоторые из возможных, но не всегда видимых нами аргументов в пользу следующего тезиса. Применение нанотехнологий в медицине потребует кардинального пересмотра принятых процедур и сложившихся подходов. Когда-то с появлением анестезии (наркоза) родилась специальность анестезиолога. И сегодня она не менее значима, чем специальность хирурга. Быть может, такой «анестезиолог» станет главным действующим лицом будущей медицины? Но готова ли медицина — как институт — к этому? Медицина консервативна, и это правильно. Но консервативность медицины при одновременном внедрении принципиально новых методов — методов воздействия непосредственно на клетки организма — источник серьезных рисков.
Заметим — и вовсе не на полях, это важно, — риски нанотехнологий часто связаны не с ними самими, а с организацией тех или иных институтов, не готовых к изменениям, вносимых нано. И институт медицины — лишь один среди прочих.
Липосомы, описанные выше, — не единственный нанотехнологический способ адресной доставки биологически активных агентов, таких как лекарства, в организм человека или животного. Есть и другие, причем список их «клиентов» шире — включает и растения, для которых липосомная техника неприменима. Среди них — нанороботы, вирусы и модифицированные бактерии.
Перенос активных агентов с помощью бактерий наиболее схож с липосомной техникой. Известно, что бактерии способны реагировать на специфические биохимические сигналы. Это позволяет направлять бактерии в желаемые ткани или части организма, где бактерия, по другому биохимическому сигналу, остановится и «разгрузится», т. е. освободится от прикрепленной к ней наноразмерной молекулы-устройства — здесь помогут знакомые нам дендримеры — с различными полезными свойствами: оптическими, электрическими, магнитными или медицинскими.
Но в случае бактерий есть существенное отличие. По-видимому, чтобы сделать бактерии эффективными переносчиками, необходимо вывести их новые «породы», как это мы делали с домашними животными. Правда, речь идет не о селекции, а о направленной генной инженерии.
Бактерии, безъядерные микроорганизмы — довольно живучие создания и обитают в различных средах. Для ряда бактерий такой средой являемся мы с вами, и не потому что болеем. Многие бактерии находятся в симбиотических, в том числе в мутуалистических, отношениях с другими организмами. Под словом «мутуализм» скрывается очень важное — мы не можем жить друг без друга. В буквальном смысле слова «жить». По существу, бактерии — пусть обособленная, но жизненно необходимая часть нашего организма. Конечно, речь идет именно о тех бактериях, которые установили с нами симбиотические отношения. Мы хорошо знаем, что бактерии населяют желудочно-кишечный тракт животных и человека и необходимы для нормального пищеварения. Так, в кишечнике человека в норме обитает от 300 до 1000 видов бактерий общей массой до килограмма, а численность их клеток в 10 раз превосходит численность клеток человеческого организма. Микрофлора — а именно так называют совокупность симбиотических бактерий организма — по существу является дополнительным «органом», который отвечает за пищеварение и защиту организма от инфекций. Таким образом, переделывая бактерии, мы рискуем переделать самих себя!
Не следует также забывать, что бактерии лежат в основе нашей трофической цепи. Все то, что мы едим, начинается с растений. А растения без прикорневых (почвенных) бактерий не растут — без них нет почвы! Да и «перевариваем» мы их, как правило, в желудке коровы (или другого травоядного), точнее, в его самом большом отделе, называемом рубцом. Именно рубец содержит те бактерии, которые переваривают целлюлозу.
Бактерии лежат в основе и других трофических цепей — на суше и в океане. И, переделывая бактерии, мы должны помнить, что бактерии размножаются. Что будет, если чуть-чуть переделанная бактерия заместит первоначальную в какой-нибудь из пищевых цепей? И при этом не выполнит какую-то функцию, отведенную ей природой?
Этот риск, наверное, неправильно называть экологическим. Речь идет о более системных возможных нарушениях — нарушениях основ функционирования биогеоценоза.
Краткая таблица рисков
Риск подмены врача лекарством.
Риск кардинального пересмотра принятых в медицине процедур и сложившихся подходов.
Риски консервативности медицины при одновременном внедрении принципиально новых методов.
Риски мутуалистических отношений человека и микрофлоры. Переделывая бактерии, мы рискуем переделать самих себя. Риски нарушения трофических цепей как основы функционирования биогеоценоза.
4.4. Homo autofaber. Запчасти для любимой
Разговоры о том, что технологически мы можем достичь бессмертия, во всяком случае фантастического удлинения жизни, ведут к пересмотру огромного пласта наших собственных убеждений.
Сергей Николаевич Ениколопов[65]Нанотехнологии находят свое применение в медицине не только как инструменты: диагностические приборы и средства, приборы поддержания жизни, хирургический и в целом медицинский инструмент, не только как препараты: новые, ранее невозможные лекарственные препараты и средства их доставки, но и как средство по «ремонту» тканей и органов человека.
Искусственная кровь — давно известная тема. Так, плазмозамещающие средства уже есть — тут нанотехнологии не нужны. Достаточно упомянуть разработанный в 1997 г. перфторан, называемый «голубой кровью», — плазмозамещающее средство на основе перфторорганических соединений. В этом же ряду перфукол, разработанный в Гематологическом научном центре РАМН, и японский флюозол-ДА. Но настоящая искусственная кровь, содержащая необходимые клетки, как переносящие кислород, так и другие, не может быть сделана на современном уровне наших умений из неживого материала. Но выход есть. Этот выход — так называемые стволовые клетки. Клетки в организме разные, с разным строением и разными функциями. Но все они — результат дифференциации так называемых стволовых клеток. История стволовых клеток связана с клетками крови. Сам термин «стволовая клетка» был введен в научный обиход русским гистологом Александром Александровичем Максимовым (1874–1928). В 1909 г. он постулировал существование стволовой кроветворной клетки — этакого обобщенного лимфоцита. Но современное понимание стволовой клетки иное.
Эмбриональная стволовая клетка — это «незрелая» клетка, способная к самообновлению и развитию в специализированные клетки организма. Это клетка, геном которой находится в «нулевой точке»; механизмы, определяющие специализацию, еще не включены, из них потенциально могут развиться любые клетки. Итак, стволовые клетки — это те клетки, из которых произошли все клетки нашего организма — и клетки печени, и клетки мозга, и все остальные. Просто они дифференцировались или специализировались. Из клетки печени клетку кожи уже не сделать, равно как и наоборот, а вот из стволовой — можно и то, и другое. Но что более важно — из клеток кожи новую кожу не вырастить. Нужны промежуточные стволовые клетки кожи. Во взрослом организме стволовые клетки — правда, они не такие же универсальные, как эмбриональные, — находятся в основном в костном мозге и в очень небольших количествах во всех органах и тканях. Они обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей и не только поврежденных, ведь клетки не вечны — их надо замещать.
Но где брать стволовые клетки? Их запас у каждого человека ограничен, да и рассредоточен. Инженерия клеток — один из методов бионанотехнологий — дает нам шанс их получения. Во-первых, мы можем в чужую эмбриональную клетку вставить наш геном, так же как мы делали, получая ГМО. Во-вторых, мы можем попытаться переделать обычную клетку в стволовую, пусть и промежуточную.
И тогда мы можем вырастить новую кожу вместо утраченной, например при пожаре, вырастить новый кровеносный сосуд, новую печень.
Новую? А если дополнительную? Шутка?
2007 год. Уроженец Кипра Аркадиу Стэлиус, известный как австралийский «художник» Стеларк, имплантировал себе под кожу руки дополнительное ухо, сделанное из человеческого хряща (рис. 4.7). Да, ухо не функционирует, однако «художник» имплантировал в него микрофон, чтобы другие слышали по сети Интернет то, что воспринимает его новоприобретенное ухо.
А теперь представьте, что ухо сделано с применением технологии стволовых клеток. И не только ухо, но и соответствующие нервные окончания. И ухо слышит, и дополнительная третья рука работает, и далее «по тексту»: и лишнее сердце обеспечивает выживаемость в условиях современного боя…
Рис. 4.7 Третье ухо «художника» Стэлиуса[66]
«Усовершенствование», а по сути калечение людей, может стать потребностью и нормой, например военной или для освоения планет Солнечной системы. В Средние века специально уродовали детей, чтобы они становились карликами — была такая потребность в шутах. Авторы не уверены, что с тех пор мы, люди, стали лучше, ведь никого не смущают профессиональные заболевания и практически гарантированная инвалидность боксера-профессионала от регулярных сотрясений головного мозга. При этом эстетические возражения (ведь в отличие от сотрясения третью руку видно) вряд ли сработают. О снятии этических возражений уже начали заботиться — и среди первых «художник» Стэлиус.
Со стволовыми клетками связано и следующее важное обстоятельство. Кроме «экзотических» применений стволовые клетки, как ожидается, будут эффективным средством продления жизни. Клетки мозга, как предполагают, могут жить дольше, чем «короткоживущие» клетки человеческого тела. Вот тут-то и выходят на сцену стволовые клетки. Во-первых, их инъекции позволяют увеличить ресурсы организма человека. Конечно, речь идет об инъекциях собственных стволовых клеток человека, а не о моде на омолаживание инъекциями стволовых клеток эмбрионов. Во-вторых, возможна пересадка искусственно выращенных тканей, а впоследствии органов, без их отторжения иммунной системой.
Продление жизни — это здорово. Но нужно спросить — чьей?
Такая возможность — вне сомнения, притягательная — может стать уделом «элиты» человечества, более того — способом ее формирования. То, что сегодня происходит в сфере «черной» трансплантологии, — серьезный аргумент в пользу такого сценария.
Но если все это будет доступно практически каждому? Предположим, что цена процедуры будет приближена к цене антибиотиков…
В условиях большой детской смертности во многих культурах сложились традиции и институты общества, гарантирующие высокую рождаемость. Большинство детей умирало — некоторые выживали. Существовал жестокий баланс жизни. Но изобрели антибиотики, другие способы снижения смертности — не по причинам старости, а традиции и институты остались практически неизменными. И численность населения Земли перевалила за цифру 7 миллиардов. Что будет, если мы существенно продлим человеческую жизнь, причем массово? Чтобы избежать перенаселения, придется перестать рожать детей, как это сегодня уже делают в Китае. Но что это будет за общество, в котором родительство отсутствует как институт, столь естественный для человека? Из жизни человека уйдет что-то главное, быть может, незаметное и неосознаваемое за рамками поэзии. Но будут и видимые изменения. Возможно, первыми падут институты семьи и брака. Зачем они: чтобы решать имущественные споры сексуальных партнеров?
Но это не все. За продление жизни придется платить, пусть и не сразу. Человек все равно не вечен. И в перспективе многих лет следует ожидать демографического спада. А рожать уже никто не захочет — соответствующие институты атрофируются.
Но будет и более ранняя расплата. В современном быстро меняющемся мире человек испытывает шок — футурошок, шок будущего, как об этом однажды образно написал Элвин Тоффлер[67]. Уходящему поколению трудно адаптироваться к происходящим изменениям. Наши дети — иное. Они лихо умеют делать то, чему старшие из нас с трудом учатся, например писать sms-сообщения. А вот представьте, что общество поголовно состоит из людей, для которых все это не удобство, а мучение? Захотят ли они быстрого развития, поддержат ли они его, в том числе своим рублем, приходя в магазин? Наверное, нет. Значит, технологический прогресс неизбежно должен будет замедлиться. Это, конечно, само по себе ни плохо, ни хорошо. Может, даже удобно. Однако человечество в своем развитии, как представляется авторам, дошло до стадии «езды на велосипеде»: замедлил ход — «велосипед» утрачивает устойчивость, падает. Вся наша современная экономика основана на идее развития, питается ею. Инновации и инвестиции — ее непременные атрибуты.
Сказанное выше означает, что все это придется менять, от многого отказываться. Возможно, такие изменения неизбежны и в силу других причин. Но не учитывать это — значит, не учитывать риски, связанные с технологическим развитием, риски торможения этого развития в силу его высокой скорости по отдельному направлению.
Краткая таблица рисков
Риск некорректного использования возможностей регенеративной медицины. «Искусство» по телу и «усовершенствование» человеческого тела.
Риски продления жизни. Перенаселенность или утрата института родительства, утрата молодости как фактора перемен, кастовое общество.
Риск торможения развития в силу его высокой скорости по отдельному направлению.
Глава 5
У зеркала: это все еще я?
5.1. Бегун на протезах
Верю, что человек когда-нибудь создаст «гомункулуса», искусственного человека. Заклинаю только: ради Бога, не надо повторять Его ошибку и создавать этого человека по своему образу и подобию.
Станислав Ежи ЛецНанотехнологии — потенциальный мостик между живым и неживым. Мостик с двух сторон: живое конструируется как неживое, одновременно неживое становится частью живого. Последнее возможно за счет новых свойств материалов — основы всего неживого.
Действительно, материалы, создаваемые с помощью нанотехнологий, обладают не только «техническими» свойствами, такими как прочность или радионевидимость, но и свойствами биологическими. Эту совокупность свойств называют биологической совместимостью.
Биологическая совместимость позволяет создавать искусственные материалы и структуры, не отторгаемые организмом. Это не только искусственный сустав, способный функционировать долгие годы без «технического обслуживания», ведь такое «обслуживание» без дополнительной операции невозможно. Это искусственные сосуды и сердечные клапаны, искусственная гортань, а также искусственный кожный покров. Сегодня такие материалы и операции, с ними связанные, не только дорогостоящи, но и показаны только в случаях угрозы жизни. Зубное протезирование — исключение. Однако есть все основания полагать, что такие операции могут стать вполне обыденной медицинской практикой — как к стоматологу сходить.
Отметим, что искусственное и внедренное в организм необязательно подобно живому. Конечно, с применением нанотехнологий можно создавать действительно живые ткани и органы для их приживания — путем ли имплантации, путем ли выращивания in vivo[68] — в организме, как это описано выше. Но вполне возможно и иное — вживление в организм человека органов и устройств, скорее напоминающих нам индустриальный механизм, чем нечто принадлежащее к живому. При этом, как уже писалось, этот механизм может быть детально инкорпорирован в организм. Технологии коммуникации (или интерфейс) таких устройств по принципу «машина — человек — машина» мы уже описали.
Все это дает возможность применения подобных устройств не только и не столько в медицинских целях, показанием для которых является спасение жизни пациента, сколько в любых других случаях.
Не секрет, что соревнования современных «спортсменов» по многим дисциплинам (есть и исключения, авторам на ум приходят шахматы и стоклеточные шашки) есть соревнования фармацевтов. Одни разрабатывают препараты искусственного поддержания человека в экстремальных режимах его деятельности, другие разрабатывают тесты по их обнаружению в организме спортсмена. Результат — победителем в беге скорее всего сможет стать астматик. Он получает необходимый препарат легально по справке и тем самым находится в более выгодных условиях.
Может так статься, что наиболее успешными спортсменами станут инвалиды, над которыми поработали нанотехнологии. И это уже происходит.
Вот не слишком давняя новость: «28 августа 2011 года выступающий на протезах бегун из ЮАР вышел в полуфинал забега на 400 метров чемпионата мира по легкой атлетике, который проходит в Южной Корее. Таким образом, 24-летний Оскар Писториус стал еще ближе к мечте всей своей жизни — выйти на старт финала чемпионата мира. У этого атлета по прозвищу „Бегущий по лезвию“ в возрасте одиннадцати месяцев были ампутированы ниже колена обе ноги. В Южной Корее он выступает на карбоновых протезах. Писториус стал первым подобным спортсменом, который успешно прошел отборочные соревнования и выступает наравне с нормальными бегунами»[69]. Здесь, скорее всего, мы имеем дело с удивительной волей конкретного спортсмена, такой же, как воля легендарного летчика Великой Отечественной войны Маресьева[70]. Однако благодаря нанотехнологической чувствительности возможных протезов, замене мышц на неустающие движители такой инвалид-спортсмен может, напротив, получить преимущество по отношению к «немодифицированному» спортсмену.
В современных гонках, таких как «Формула-1», соревнуются не только и не столько талантливые пилоты, но и «конюшни» — в борьбе за Кубок конструкторов. Вполне возможно, что в беге на 10 000 метров, олимпийской дисциплине легкой атлетики для мужчин с 1912 г., мы скоро увидим нечто похожее. И это не самое удивительное, что может нас ожидать: возможно и прибавление дисциплин — наряду со спортивной ходьбой и бегом (на двух ногах) соревнования в «рыси» и в «галопе».
Конструировать новый человеко-механизм можно далеко не только в спорте. Есть ряд сегодняшних профессий, требующих от человека неординарных физических и физиологических способностей. Среди них не только летчики сверхзвуковой авиации, вынужденные переносить колоссальные ускорения и реагировать в темпе, недоступном обычному человеку. Здесь и вполне «земные» профессии, такие, например, как водолаз, или даже более массовая: горный рабочий, забойщик и проходчик — все то, что объединяется словом «шахтер».
Список профессий, для которых «модификация тела» может стать профессиональным риском, значителен. В первых позициях списка вне сомнения покорители космического пространства: космонавты, астронавты и тайконавты, а также будущие специалисты по освоению планет и спутников Солнечной системы, начиная с Луны и Марса. Конечно, мысль о том, что такая профессия в ближайшей перспективе станет массовой, сомнительна. Но это не отменяет самой возможности манипуляций с человеческим телом в различных, часто невидимых глазом, аспектах. Третья рука — скорее, экзотика. Куда более актуальны мышцы, способные в условиях невесомости или сниженной гравитации не деградировать, желудочно-кишечный тракт, нормально работающий опять же в условиях пониженной гравитации. Это же касается и сердечно-сосудистой системы, привыкшей за долгие годы человеческого прямохождения к тому, чтобы голова была сверху. В общем, наш организм имеет, с точки зрения освоения космического пространства, множество «недостатков». И у нас появляется инструмент эти «недостатки» купировать. Будет ли этот инструмент задействован (повторим, при имеющейся технологической возможности) — вопрос не технологический.
Человеческие «недостатки» множественны. Некоторые из них объективны, и их устранение — область медицины, в том числе регенеративной. Недавно на национальном собрании Американского химического общества была представлена новейшая технология регенеративной медицины на основе нановолокон-нанотрубок, способная повысить физические возможности пожилых людей и людей, пострадавших в авариях. В частности, с помощью этих волокон и стволовых клеток, направляемых и структурируемых этими волокнами, можно выращивать искусственные кровеносные сосуды, нервные узлы, другие структуры и ткани организма, например «заплатки» поврежденной части сердца, головного, спинного мозга или других органов. Иными словами, нановолокна могут «выстроить» стволовые клетки в нужном порядке для надлежащего ремонта поврежденных тканей.
Но не все человеческие «недостатки» объективны. У кого-то некрасивый нос, и он делает пластическую операцию, кто-то увеличивает свою женскую привлекательность за счет силиконовых губ или бюста. Эти вмешательства в организм человека, какими бы незначительными ни казались, лишь начало большого пути. Искусственная печень как альтернатива отказу от избыточного употребления алкоголя или вполне функциональные имитаторы половых органов с «набором» необходимых ощущений при смене пола могут быть вполне «биологически безопасными», как и силиконовая грудь. Но они создают новые возможности-риски, относящиеся, скорее, к области этики и социальных проблем, которым будет посвящена одна из последних глав.
Возможность что-либо имплантировать в организм человека уже на современном уровне технологий предполагает возможность имплантации устройств, подсоединенных к мозгу человека. Это тот же интерфейс «человек — машина — человек», что и описанный ранее, только из биологических электронных схем, способных становиться неотторгаемой частью организма. Первые результаты по разработке так называемых умных имплантатов уже получены. Создан прототип электронной схемы на биологическом материале, способный функционировать in vivo и переносить процедуры термической стерилизации, необходимой перед введением устройства в организм.
Флешка, подключенная к мозгу, «файлы» которой можно считывать на уровне ощущений и знаний, — далекая, но реальная перспектива. Можно лишь предположить с достаточной степенью уверенности, что управление такой флешкой будет подобно тому, как описанное в п. 2.4 «Нейронное минное поле».
Конечно, подобные технологии могут расширить функциональные возможности человека: его памяти, его наполненности знаниями, а точнее, информацией. Но это и изменение самого человека, с возможными предвидимыми и неожиданными последствиями.
Современные технологии делают трудноразличимой границу механического и биологического тюнинга человеческого тела. Однако следует отличать изменение организма за счет биологически совместимых имплантатов (как заменителей (протезов), так и новых органов, выращенных in vitro[71] или изготовленных на станке) от генетического изменения организма. Нанотехнологии — необходимое звено обеих возможностей. Но именно последняя — серьезная основа изменения человеческого тела как биологического вида. Все сказанное выше справедливо отнести и к направленным генетическим манипуляциям с человечеством с той лишь разницей, что изменения могут (даже если мы этого не хотим, даже если уверены, что этого не произойдет) передаваться по наследству.
Пусть отдаленные, но возможные последствия таких генетических «экспериментов», начатых еще фашистской Германией, как евгеника (селекция человека), с помощью биологических наноинструментов, таких как векторы, могут быть чудовищными.
Вектор — это не привычная нам стрелочка в школьной тетради. Вектор — это простейший организм, способный переносить генетическую информацию. Простейшим из них является вирус. Конечно, вирус — это субклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток организма, и в этом смысле он «не совсем организм». Но в этом и преимущество. Он часть нашего организма, по крайней мере, когда находится внутри клетки. Он изменяет генетическую программу клетки, заставляя ее производить не привычный набор белков (протеом), а нужный ему, т. е. ему подобный. Это делает природа в лице вируса. Человек же с его нанотехнологиями научился изменять геном самого вируса. Вспомните описанную в предыдущей главе липосому. Так вот, вирус — это такая живая липосома, способная не только доставить нужный ген в нужное место, но и вставить его в генетический код клетки.
Если эта клетка — гамета[72], то вполне может получиться новый организм. А если это организм человека, многие картины, описанные в фантастических романах, могут стать реальностью. Достаточно вспомнить фантастический вид человеческих существ, описываемых в романах «В свободном падении» и «Дипломатическая неприкосновенность», — человек четверорукий (лат. Homo quadrimanus), в просторечии квадди (от англ, quaddie). Главной особенностью квадди является их полная приспособленность к условиям невесомости. Основное отличие от Homo sapiens — отсутствие ног и наличие вместо них второй пары рук.
Краткая таблица рисков
Риски «протезирования» не по медицинским показаниям — тюнинг человеческого тела.
Риски преимущества «инвалида» перед здоровым человеком.
Риски «индустриализации» человеко-механизма.
Риски регенеративной медицины как способа сохранения девиантного поведения.
Риск генетического конструирования постчеловека.
5.2. Поцелуй на расстоянии
Аватара (санскр. ?????, «нисхождение») — термин в философии индуизма, обычно используемый для обозначения нисхождения Бога из духовного мира в более низкие сферы бытия. Чаще всего термин «аватара» ассоциируется с Вишну и его десятью основными аватарами. Из них наиболее популярны Кришна, Рама, Будда.
ВикипедияДостижения нанотехнологий в области взаимодействия искусственных органов — манипуляторов и органов чувств — дают нам еще одну возможность, которую справедливо рассматривать как принципиальный риск, обусловленный нанотехнологическим развитием. И связана эта возможность с развитием робототехники в принципиально новом направлении.
Совсем недавно ученые из Университета Осаки (Япония) сконструировали роботизированную руку для обмена приветствием с удаленным пользователем во время проведения встреч в виртуальном пространстве.
Роболадонь имитирует основные ощущения от реального рукопожатия: силу, температуру руки и структуру человеческой кожи. Манипулятор имеет покрытие из силикона и пористого материала, а встроенный нагревательный элемент обеспечивает поддержание температуры на нужном уровне[73].
Но это — половина дела. С помощью ранее описанного интерфейса «человек — машина — человек» вполне возможно сделать так, чтобы пожимающий, точнее, управляющий таким удаленным манипулятором также ощущал рукопожатие.
Следует подчеркнуть, что для реализации такого «удаленного» рукопожатия нужны нанотехнологии, притом комплексные.
Успехи робототехники, понимаемой как сложное механико-электронное устройство, прежде всего связаны с наличием необходимых материалов, на основе которых можно создавать сложные структуры. Обычные электрические провода и печатные схемы не годятся. Робот — это не просто подвижный компьютер, сопряженный с внешними устройствами, а нечто большее. И для этого нужны именно те материалы и структуры, которые создаются в рамках нанотехнологий. Это наши хорошие знакомые — функциональные наноматериалы, по существу являющиеся распределенными в пространстве устройствами, позволяющими создать искусственные органы чувств: обоняния (вспомним описанный ранее искусственный нос), осязания, зрения (и не только в видимом диапазоне), чувства магнитного поля, как у перелетных птиц, а также те «чувства», которые, быть может, и не встречаются в живой природе.
И это не фантастика. Вот пример. Уже сегодня в ряде лабораторий мира разрабатывается «протезирующая кожа», способная передавать «осязательные» ощущения носителю. Конечно, делается это в рамках регенеративной медицины, предполагая, что эта кожа будет находиться непосредственно на руке. Но даже эта «контактная» технология требует интерфейса взаимодействия с нервными окончаниями и (или) структурами головного мозга. Это наш когнитивный наноинтерфейс «человек — машина» и «машина — человек».
Уже сегодня ученые[74] трудятся над технологией передачи команд по подобному интерфейсу «человек — машина» от носителя протеза к частям его механической руки — отдельным «пальцам». Имплантат (вернее, его прототип, поскольку о законченном продукте говорить рано) хирургическим путем устанавливается рядом с нервом, который до утраты носителем конечности управлял ею. Конечно, речь сегодня идет о лабораторных мышах, а не о людях. Опыты показали, что нервная ткань медленно, но верно прорастает через устройство. Нанотехнологическое устройство таково, что воспринимает нервные импульсы, которые адресовывались утраченной конечности, и передает их по искусственным каналам в протез.
Но это, как понятно, половина дела. Необходим и интерфейс «машина — человек», обеспечивающий обратную связь. Действительно, чтобы взять что-то пальцами, человек ориентируется далеко не в первую очередь на зрение. Более важное значение имеют тактильные или, проще говоря, осязательные ощущения. Искусственная кожа обеспечивает тактильную компоненту, а интерфейс «машина — человек» передает эти «ощущения» в нервную систему человека.
Но вернемся к нашей руке для рукопожатий на расстоянии. Все только что описанные технологии вполне применимы и к ней. Вы протянули виртуальную руку и ощутили не только дружеское рукопожатие, но и признаки волнения — рука контрагента вспотела. И все это на расстоянии в тысячи километров. Вы сообщаете шефу — клиент нервничает, дела идут нормально! Клиент же скромно докладывает: ваш совет, шеф, использовать искусственную руку был удачным — она очень вовремя «вспотела». Мы — выиграли!
Уже сегодня есть профессии, не требующие присутствия на рабочем месте. И речь идет вовсе не о таких «творческих» профессиях, как писательский труд. Многие профессии в наш век информационных технологий по-настоящему «дистанционны»[75], например профессия программиста. Дистанционной, или почти дистанционной, становится даже медицина — консилиум или, консультация специалистов с применением информационно-коммуникационных технологий уже вошли в нашу жизнь. Недостает малого: хирурга, осуществляющего полосную операцию с применением виртуальных рук.
Если такие профессии, как токарь или фрезеровщик или музыкант-виртуоз, не утратят актуальности, а в наш высокотехнологичный век это вполне возможно, то они тоже имеют шанс стать дистанционными.
Идея дистанционности имеет свое логическое завершение в идеи аватары — искусственном теле, управляемом сознанием человека. Под «управлением» согласно индуистской традиции следует понимать воплощение. Аватара — это эффект полного присутствия (воплощения), как это показано в фантастическом фильме «Аватар». Разум «здесь», а тело «там». Но это «там» — такое же «здесь»: вы имеете полный набор ощущений, что это именно вы присутствуете «там», вы принимаете решения и вы действуете, хотя ваше тело — временно не нужное — пребывает в коматозном состоянии. Другими словами, аватара — это мы, наше перевоплощение.
Какие последствия это будет иметь для нашей психики — неизвестно. И наверное, все зависит от ряда обстоятельств.
Одно дело, если аватара — средство быть в недружественной человеку среде, такой как иная планета, в которой условия для аватары «приемлемы». И, надо полагать, совсем другое дело, если это «обычное» человеческое тело, используемое для того, чтобы почувствовать себя молодым любовником, выдающимся спортсменом, воином без риска быть по-настоящему убитым, и даже для того, чтобы пережить смерть как острое ощущение. Этакий пейнтбол не понарошку.
Многого мы не знаем. Одно ясно: мир с аватарой — это совсем другой мир. И дело не в том, что мы получим доступ к чему-то чуждому, нет. Важнее другое. Мы сами станем другими. И не обязательно людьми…
«Джо изогнул спину и зашипел на своих врагов.
Они лезли через туннель в комнату. Пока Джо боролся с одним, который, извиваясь, впился всеми когтями в его затылок, целая дюжина этих тварей наполнила тесное помещение. Они цеплялись за ноги, стараясь вскарабкаться к нему на спину. Джо бил их лапами, хвостом. Он упал, и сразу же целая куча навалилась на него. Потом он снова встал, подняв на себе всю эту чудовищную груду.
Стена убежища не выдержала напора, вздрогнула, балка подалась, и крыша обвалилась.
Энглси оказался в яме, среди разбитых ледяных плит, под тусклым светом заходящего Ганимеда».
Остается добавить: для того чтобы быть чудовищем, Ганимед, описываемый в цитируемой повести Пола Андерсона «Зовите меня Джо», не обязателен. Все это возможно и на Земле. Да и в качестве «тварей» вполне могут быть такие же аватары.
Возможность иметь искусственное тело — искушение, порождаемое могуществом человека нанотехнологического, но столь же слабого в остальном, как и тысячи лет назад. А аватара — это искусственное тело. Осталось переселить и разум. Но об этом далее.
Краткая таблица рисков
Риск новой виртуальной реальности как полноценной замены натуральной.
Аватара как альтернатива жизни — жизнь как компьютерная игра; утрата базовых ценностей.
5.3. Мозг навынос
Он застрял на Марсе в чужом теле, которое надо освободить. Через шесть часов он превратится в разум, лишенный тела и почти лишенный надежды обрести таковое. Разум не может существовать вне тела. Медленно и неохотно Марвин Флинн принял к сведению, что стоит перед угрозой неминуемой смерти.
Роберт Шекли («Обмен разумов»)Нанотехнологии, и об этом мы уже говорили (см. п. 2.4 «Нейронное минное поле»), позволяют нам приступить к созданию компьютера, построенного на принципах работы головного мозга.
Компьютер, что в дословном переводе на русский значит «вычислитель», прочно вошел в нашу жизнь. Можно с уверенностью говорить, что сегодня уже мало областей человеческой деятельности, где решения принимаются без участия компьютера.
Однако это участие принципиально ограниченное. В отличие от людей компьютер не способен принимать решения, основываясь на неполных или неоднозначных данных. Человеческому мышлению свойственно что-то принципиально отличное от алгоритмического поиска правильного решения. То, что мы называем опытом, навыками, убеждениями, предрассудками, парадигмами, не удалось моделировать с помощью алгоритмов машины Тьюринга. Машины Тьюринга, как показывает более чем полувековой опыт их развития, не могут учиться на своем опыте — для решения любой проблемы требуется вмешательство программиста. Проблема распознавания образа — то, что мы делаем автоматически, — сложная вычислительная задача. Когда вас просят подтвердить на том или ином сайте, что вы человек, а не программа-робот, вам предъявляют простенькую картинку с буквами или цифрами, и вы их узнаете всякий раз, какой бы вид «помех» для этого ни применялся. Программа-робот так не может. Человек же способен разобрать слова речи, адресованной ему в многоголосном хоре, способен узнать своего поседевшего знакомого через много лет после встречи, способен найти неожиданную связь двух, казалось бы совершенно разных, явлений. Человек может анализировать и синтезировать, думать и творить.
Нам могут возразить: современный суперкомпьютер уже обыграл шахматного чемпиона. Вот как это было. Начиная с 1989 г. Гарри Кимович Каспаров играл с компьютером три раза, но в 1997 г. произошло страшное: суперкомпьютер IBM Deep Blue обыграл тогдашнего безусловного чемпиона мира со счетом 3,5 : 2,5. Каспаров тогда жутко расстроился, заявив, что программисты вносили изменения в программу после каждой партии, из-за чего гроссмейстеру казалось, что каждый раз перед ним новый противник. Это привело к психологическому расстройству и фатальной потере концентрации. По вышеназванным причинам Каспаров потребовал от IBM реванша, на что получил не слишком-то мотивированный отказ[76].
Здесь также уместно добавить, что коллектив программистов обыграл чемпиона, можно сказать, по принципу «бери больше, кидай дальше»: машина оценивала около 200 миллионов возможных ходов в секунду. А в шахматах, как известно, играют на время.
Любая вычислительная машина — это попытка создания искусственного разума. И на машинах Тьюринга пытались и пытаются имитировать работу человеческого мозга. Но нейрокомпьютер позволяет нам надеяться, что мы создадим действительно нечто подобное нашему разуму, и это «нечто» найдет место во многих аспектах нашей жизни.
Вспомните искусственный нос (см. п. 2.3 «Оставив свободу с носом»). Компьютер, умеющий анализировать и принимать решения (нет, не по четкому алгоритму, который можно рассматривать как «закон»: превысил скорость — плати штраф, а на основе «представлений»), снабженный органами этот мир воспринимать, обучаться и в этот мир вмешиваться, — вот возможное продолжение того технологического развития, которое мы сегодня называем нано. А учитывая его потенциально малые размеры, можно не ошибиться, предположив, что он всегда будет рядом с нами или внутри нас.
Следует отметить, что создание нейрокомпьютера и когнитивных интерфейсов, таких как описанные выше интерфейсы «человек — машина» и «машина — человек», опирается на одинаковые или схожие технологии.
Мозг — это нейронная структура. Биологический нейрон состоит из трех основных компонентов: дендритов (входные каналы), сомы (центральный «процессор») и аксона (выходной канал). Слово «дендрит», как и слово «дендример», о котором речь шла в начале книги, произошло от греческого «дерево», что вполне оправдывает его ветвеобразную структуру. И это не случайно. Именно такие структуры, как дендримеры, — возможная основа искусственного дендрита, а следовательно, той структуры, которая составляет мозг.
Этой структурой мы учимся управлять. Согласно сегодняшним представлениям, в основе нашей памяти лежит образование таких структур путем молекулярно-генетических перестроек в нейронах. Уже сегодня получены первые результаты биохимического управления такими структурами — in mure[77], если можно так сказать. Мышей заставили вспомнить то, чего не было. Вот этот эксперимент[78]. Ученые помещали животных в клетку определенного цвета и запаха. Мыши запоминали это окружение, после чего их пересаживали в другую клетку, которая выглядела и пахла иначе. Здесь мышей слегка било током. В обычных обстоятельствах животные различали две клетки и, будучи посажены в опасное помещение, старались затаиться, чтобы избежать стресса. Но тут мышам в электрической клетке вводили вещество, которое избирательно активировало нейроны, запомнившие первую, безопасную клетку. В результате мыши начинали бояться еще и первой клетки, хотя в ней их никто не обижал.
Возможность управления воспоминаниями не только мыши — вполне возможное направление будущих медицинских исследований. Действительно, забыть последствия травматического шока — патологического процесса, сопровождающегося прогрессивным нарушением жизненно важных функций различных систем организма, — очевидная медицинская задача. Такими же медицинскими задачами были и являются разработка и применение ряда лекарственных препаратов, и никто не имел в виду потребности токсикоманов. Открывая возможности, мы создаем риски. В данном случае — риск управления памятью, а возможно, и личностью человека.
И если гипотеза о том, что «структура» равна «личности», верна, то инженерия личности имеет все шансы стать новой отраслью промышленности. Сегодня мы создаем «грезы». Увиденный нами «исторический» фильм воспринимается как реальное историческое событие. Мы уже стали цивилизацией с «непредсказуемой историей». Почему бы нам не конструировать личности: сегодня вы подающий надежды поэт, завтра — популярный ведущий телешоу. Важно только заплатить.
Здесь необходимо оговориться. Авторы не считают все это полностью возможным, как не считают вышеозвученную гипотезу верной. Эта гипотеза — возврат человеческого мировоззрения к редукционизму: пониманию и объяснению поведения целого исключительно поведением его частей[79]. Хочется верить, и авторы так и делают, что человек не сводится к движению электронов по нейронным структурам его мозга. Так, если мы создадим полную копию структуры мозга «атом к атому», то нет гарантии, что этот мозг не будет уже умершим, или, если угодно, еще живым.
Но вот создать гомункула — искусственное подобие человека без души — вполне возможно, причем создать из ранее живого человека — живого в том смысле, что он не только двигается и разговаривает, не только успешен и богат…
А вы не хотите стать роботом?
Но предположим, что авторы неправы, что создать искусственный мозг, во всем (или в достаточной степени) подобный человеческому, можно. Этакий «протез»-носитель. Как флешка. Переписал и…
…Человечество с настороженностью относится к возможности клонирования — клонирования тел, ведь однояйцевые близнецы, природный аналог клонов, все же разные личности. А теперь появилась возможность клонировать личность: искусственное тело в сочетании с искусственным мозгом и возможностью переписать в него «личность».
Это больше, чем бессмертие, — это множество жизней.
«Дрич мечтал найти колонию людей, думающих, как он, чувствующих, как он, да и во всем остальном похожих на него…
Для достижения задуманного существовал только один путь, и Дрич со своей женой Анной упорно трудились ради приближения великой цели.
И вот, наконец… из установки вылезла точная копия Эдмонда Дрича.
Итак, Дрич изобрел первый в мире Дубликатор.
Он произвел еще пятьсот Дричей, после чего провел общеполитическое собрание. Все пятьсот Дричей обратили внимание на то, что для успешного существования колонии им необходимы жены.
Дрич I предложил свою Анну в качестве наилучшего партнера. Пятьсот остальных Дричей, естественно, согласились. И Дрич произвел пятьсот точных копий жены для пятисот Дричей».
Конечно, мы пока очень далеки от тех проблем, которые так мастерски обозначил великий фантаст Роберт Шекли в рассказе «Триптих». Но возможность прожить еще одну или несколько жизней в искусственном теле… — об этом человечество уже задумалось.
Краткая таблица рисков
Риск замены активной стороны — решения, принимаемые не человеком, а компьютером.
Риск непрерывного присутствия компьютера — компьютер внутри нас.
Риск управления памятью и личностью человека.
Риск копирования и переноса личности.
Искусственный человек — человек без души.
5.4. Кризис идентичности
Вероятно, созданный в рамках движения «Россия 2045» искусственный человек будет коммунистом, — заявил доктор Говард По, подчеркнув, что выступает против создания киборга в России.
http://vz.ru/news/2012/3/12/567665.htmlВсе написанное в данной главе может показаться «научной фантастикой», не имеющей дела с реальностью научно-технологического развития. Уж больно странные и неформатные это вещи.
Все так. И не так. Вот что заставило авторов рассматривать эти «фантазии» как возможный риск, причем риск системный, многоплановый, не ограниченный лишь теми аспектами, о которых шла речь ранее.
17–20 февраля 2012 г. в Москве состоялся I Международный конгресс Global Future 2045 («Глобальное будущее — 2045»). Основными инициаторами этого конгресса были общественное движение «Россия 2045», известное в связи с проектом «Аватар», и Международная ассоциация всемирной истории с ее ключевыми американскими и российскими участниками.
На конференции было представлено множество докладов разного характера, объединяющим началом которых является концепция трансгуманизма. Пусть вас не вводит в заблуждение корень «гуманизм» в этом слове. Если вы попробуете написать слово, означающее полный отказ от гуманизма, то в его состав также войдет этот корень. Так в общем и есть.
Но остановимся на этом чуть подробнее.
Вот та мысль, которую организаторы Конгресса пронесли сквозь все его мероприятия. Вселенная развивается. Она родилась как результат Большого взрыва и от кварк-глюонной плазмы, той первородной каши, которая заварилась в первые мгновения Творения[80], через образование атомов и молекул и породила жизнь и разум. Все исторично. Все меняет друг друга и потому не вечно. Все эволюционирует. Это — всемирная история.
Не вечен и человек. Он должен эволюционировать, но не обязательно биологически. Он может делать это сам. В этом его миссия — миссия трансгуманизма.
По разным причинам мы должны это делать. Есть причины условные. Мы хотим в космос, но в этой агрессивной среде с ее сверхнизкими и сверхвысокими температурами, вакуумом и всепроникающей радиацией человеку не жить. Другое дело аватара, другое дело некий, свободный от биологического человеческого тела разум. Человек как «вид», подразумевая под видом не биологическую оболочку, а разум, согласно законам эволюции, обречен на экспансию. Когда-то жизнь вышла из моря на сушу. Теперь разум выходит в космос.
Но есть причины и безусловные. Человечество подошло к краю. Его история заканчивается. Нам не преодолеть те кризисы, которые как малые волны сложились в одну большую, в цунами, изменяющее лицо мира до неузнаваемости. Это точка сингулярности, за которой нечто совсем другое, незнакомое и чуждое нам.
Наша ответственность — пронести искру разума через точку сингулярности. Человечество обречено создать новый вид искусственного разума. Вместо себя. Вот такой гуманизм — транс!
И самое удивительное — все случится не через тысячелетия или столетия. Крайняя точка — и это «доказывается» в рамках Всемирной истории графиками — 2045 год. И мы должны успеть.
По мнению апологетов этой точки зрения на судьбу человечества, необходимо, чтобы вопросы эволюции человечества, стратегии дальнейшего развития, бессмертия, неочеловечества прозвучали с самых высоких трибун — ООН, ЮНЕСКО, были высказаны главами ведущих государств не в виде абстрактных теорий, а в виде конкретных проектов[81].
Человечество, руководимое всеми этими институтами, сделало и продолжает делать немало того, о чем следовало бы пожалеть. Защищая права одних, напрочь отбрасываются права других. И все это делается с неослабевающим напором и под мантры о благе человека.
И можем ли мы, видя все это своими глазами, поручиться, что права человека не будут очередной раз истолкованы, теперь уже последователями трансгуманизма, как преимущественные права монстров и роботов[82]. Гуманизм, версия 2.0.
Как метко заметил Ежи Лец[83], «гуманизм переживет человеческий род»!
Краткая таблица рисков
Комплексный риск трансгуманизма. Прекращение существования человечества.
Глава 6
Нано — детям не игрушка
В настоящей бомбе с часовым механизмом взрывчатым веществом является время.
Станислав Ежи Лец6.1. Безопасный динамит
Умные, интеллигентные люди, а строем не ходят!
Шутка с военной кафедры МФТИ (70–80-е годы XX в.)…Но вот, говорят, русские изобрели какую-то штуку специально против унтер-офицеров.
— Какие-то особые электрические токи, — дополнил вольноопределяющийся. — Путем соединения с целлулоидными звездочками на воротнике унтер-офицера происходит взрыв. Что ни день, то новые ужасы!
Ярослав Гашек («Похождения бравого солдата Швейка»)Если не все, то многое из того, о чем мы говорили в предыдущей главе, носит фантазийный характер. И чтобы все это сбылось, необходимо как минимум, чтобы кто-то в эти «фантазии» поверил — реализовал их.
И такие непременно найдутся.
Как известно, самые большие фантазеры — военные. Они часто поддерживают и развивают именно те проекты, которые кажутся нереализуемыми на данном уровне технологического развития или даже в принципе. И многого, как показывает опыт, добиваются. Яркий пример — ядерный проект с его трагедиями Хиросимы и Нагасаки. Создание нового вида смерти, равно как и нового вида защиты от нее, — неотъемлемая черта нашей цивилизации. К сожалению. И авторы не исходят из идей пацифизма. Не быть вооруженным в компании тех, у кого такое оружие есть, — непозволительная, порой преступная, глупость.
Нанотехнологии — основа принципиального развития средств ведения войны, как совершенствования старых его видов, так и появления новых.
Очевидно, что использование наноматериалов, обладающих уникальными свойствами, способно существенно развить технологии создания ядерных устройств и одновременно расширить их «номенклатуру». Прежде всего это создание ядерных устройств малой мощности. Это так называемое тактическое ядерное оружие (ТЯО) или нестратегическое ядерное оружие (НСЯО), предназначенное, согласно представлениям военной науки, для поражения крупных целей и скоплений сил противника на фронте и в ближайших тылах.
Тактическое ядерное оружие — это авиационные бомбы, заряды тактических ракет, артиллерийские снаряды и мины, а также глубинные бомбы и торпеды.
Неприменение тактического ядерного оружия в ходе боевых действий, а боевых действий за всю историю ядерных технологий было не мало, объясняется отнюдь не международными договорами. Просто оно все равно ядерное, и применить его — значит, открыть «ящик Пандоры» с непредсказуемыми для себя и мира последствиями.
Видимо, существует некоторая черта, за которую стороны (или, как теперь чаще бывает, — одна сторона) в вооруженном конфликте не заходят. Но если возникает возможность создания сверхмалых ядерных зарядов, а это нанотехнологии как раз делают возможным, то на пути их применения указанный «барьер» может не сработать. И это будет иметь далеко идущие последствия. Этот барьер будет преодолеваться — постепенно, но неуклонно. Сегодня можно взорвать маленький заряд, завтра побольше.
В доказательство вероятности развития по такому сценарию можно привести два аргумента. Во-первых, такое «преодоление» началось и без нанотехнологий. Это применение обедненного урана в бронебойных подкалиберных[84] снарядах. Конечно, взрыва никакого и нет — это просто тяжелая болванка, ведь плотность урана крайне высока, но и с радиоактивной частотой тоже не все в порядке: обедненный уран «светит» лишь на 40 % слабее естественного. И кроме того, это все равно «уран».
Во-вторых, системы защиты — то, что раньше называлось ПВО, а теперь превращается в ПРО, — побуждают делать боеприпасы, наносящие ощутимый урон на расстоянии — без прямого попадания.
Нанотехнологии (за счет терагерцевой электроники) позволяют нам создавать такие радиолокационные системы, что и «муха не пролетит». Приходится летать «слонам».
Вообще, нанотехнологии имеют все шансы обострить принципиальную особенность систем вооружения и борьбы с ними: технический прогресс дает возможным создавать — как мы считаем — эффективные системы противодействия оружию, а это противодействие является стимулом использовать вновь открывшиеся технологические возможности для совершенствования оружия поражения. Этакий «замкнутый круг» с положительной обратной связью.
Все это справедливо и для обычных видов вооружения. Имеет место соревнование на основе применения наноматериалов: снаряд vs[85] броня, радионевидимость vs эффективные системы обнаружения, скорость самолета vs скорость ракеты-перехватчика и многое другое. Но оружие (как нападения, так и обороны) становится не только более эффективным, но и технологически зависимым, что означает, что технологии превращаются в оружие. Следовательно, эти технологии будут контролироваться, и на них будут устанавливаться режимы нераспространения.
Вот захочет какая-либо очередная «Северная Корея» запустить орбитальный спутник или очередной «Иран» развивать ядерную энергетику[86], а мировое сообщество в ответ — нет, нельзя, это имеет военное применение.
И кто не согласится, что режимы нераспространения устанавливать нужно! Однако есть два очень веских НО.
Первое: вы и ваша страна — не обязательно «мировое сообщество». Может, это именно вам нельзя. Нельзя не только вооружаться, но и развивать технологии.
Второе: если ваша страна и есть «мировое сообщество», то все равно технологии, которые на этот раз развиваются, надо контролировать. А будучи технологическим лидером, вы эти технологии применяете практически во всех секторах экономики, во всех сферах жизни. И все это контролируется: вместе с экономикой, вместе с жизнью.
При высокоразвитых технологиях велик риск того, что «все и вся» контролируют не общество и конституционная власть, а «специально уполномоченные службы». И причиной тому — возможное военное применение.
А как мы отметили — и риск применения тоже возрастает.
Когда-то основатель Нобелевской премии открыл динамит. Еще раньше было открыто опаснейшее вещество — нитроглицерин. Неудачно встряхнешь, и готово, взрыв. Динамит создан Нобелем на основе нитроглицерина, но безопасен — чтобы его взорвать, необходим детонатор. Динамит — это пропитанный нитроглицерином адсорбент, в качестве которого могут выступать опилки или просто рыхлая порода — у Нобеля это был диатомит, откуда, вероятно, и пошло название взрывчатки.
Существует легенда, что Нобель не предполагал военного использования динамита и даже утверждал, что с изобретением столь разрушительного оружия войны станут невозможными. Однако следует помнить, что русский химик Зинин[87] вел свои работы над взрывчаткой на основе нитроглицерина в целях именно военного применения. Когда в 1853 г. армия англо-французско-турецко-сардинских[88] союзников вошла в Крым и война приняла затяжной характер, Зинин сделал все, чтобы русская армия имела на вооружении самые сильные взрывчатые вещества.
Исследуя нитропроизводные, Н. Н. Зинин вместе с В. Ф. Петрушевским начал работы над созданием взрывчатой композиции на основе нитроглицерина, безопасной при транспортировке. В итоге был найден хороший вариант — пропитка нитроглицерином карбоната магния. Об этом Зинин рассказывал своему соседу по даче Альфреду Нобелю, сыну Эммануила Нобеля — владельца завода по производству мин. Идея пригодилась А. Нобелю спустя несколько лет.
Итак, именно безопасность динамита определила его судьбу — судьбу опасной взрывчатки, применяемой отнюдь не только в горном деле, но и современными террористами.
Нанотехнологии делают некоторые виды военных компонентов доступными не только на основании их безопасности. Все технологии переплетены. Нет отдельного производства стали для сабель и кухонных ножей. И для нанотехнологий это вернее, чем ранее, многократно. В результате многие компоненты, способные применяться не в мирных целях (войны, включая террористические и партизанские), становятся доступными и относительно дешевыми. И не надо ресурсов целой страны, чтобы сделать что-нибудь по-настоящему ужасное.
Различают конвенционное и неконвеционное оружие. На созванной по инициативе Императора Всероссийского Николая II мирной конференции в Гааге в 1899 г. и впоследствии в 1907 г. приняты международные конвенции о законах и обычаях войны, включенные в комплекс норм международного гуманитарного права. В частности, установлен перечень запрещенного оружия. Впоследствии, в том числе в современной истории, международное сообщество этот список значительно расширило.
Ядерное и термоядерное оружие рассматривается международным правом как неконвенционное. Но это уже не относится к вакуумной бомбе или любой другой, возможно, не менее разрушительной, чем ящерная бомба. Нанотехнологии — это путь создания стратегического конвенционного неядерного оружия, которое не успели запретить, оружия, создание которого связано с возможно менее ресурсными (или иначе — затратными) технологиями, а не с такими технологиями создания оружейного ядерного заряда, которые составляют отдельную отрасль промышленности.
Следует также учесть, что такое, как, впрочем, и иное, оружие благодаря нанотехнологиям может быть высокоточным. Создание датчиков ускорения на основе особенностей метаматериалов и (или) МЭМС- и НЭМС-устройств[89] делает бортовые гироскопы крайне надежными, удивительно компактными и чрезвычайно точными. Ракету или иной снаряд можно позиционировать с точностью до долей метра. Влетает, что называется, в окно. Такое оружие может быть управляемым, и его точное позиционирование обеспечивается системами глобального позиционирования, т. е. спутниковыми группировками, на борту которых находятся такие же или аналогичные «гироскопы», а точнее, датчики ускорения. А это снова нанотехнологии. Военные определили высокоточное оружие так (мы это определение возьмем за ориентир, понимая, что понятие высокоточного оружия несколько шире): вид управляемого обычного оружия, вероятность поражения которым малоразмерных целей с первого пуска близка к единице, даже если цели находятся на межконтинентальных дальностях, в любых условиях обстановки.
Высокоточное оружие — это не только и не столько умный и высокотехнологичный носитель боевого заряда (а может, и тяжелой болванки, как в случае с бункерной бомбой). Это, как опять же говорят военные, органичное сочетание высокоэффективных средств разведки, управления и доставки при наличии глобального или регионального информационного поля, создаваемого космическими и воздушными летательными аппаратами и обеспечивающего выдачу данных о цели в реальном масштабе времени.
В связи с высокоточным оружием говорят о так называемых войнах шестого поколения. Для этих войн характерно следующее. Высокоточное оружие по эффективности поражения целей приближается к тактическому ядерному оружию. Массированное применение конвенционного высокоточного оружия по объектам экономики, военным объектам способно парализовать жизнедеятельность любого государства, а при разрушении потенциально опасных объектов — вызвать экономические катастрофы регионального и планетарного масштаба. И все это — без применения ядерного оружия. Сдерживающих барьеров — как это имеет место в случае ядерного оружия — нет, а результат, имея в виду степень поражения, тот же.
Таким образом, развитие нанотехнологий способно сместить стратегическое равновесие в мире. Результаты смещения такого равновесия были явно продемонстрированы в Ираке.
И не надо думать, что высокоточное оружие приводит к меньшим жертвам. Любое оружие, в том числе высокоточное, применяют на войне, а война убивает — разными способами.
Вот сравните и сделайте вывод. Общее количество погибших в результате ядерной бомбардировки, по оценкам, составило от 90 000 до 166 000 человек в Хиросиме и от 60 000 до 80 000 человек — в Нагасаки[90].
Жертвами войны с применением высокоточного оружия среди мирного иракского населения стали (по результатам социологического исследования, проведенного фирмой Opinion Research Business) около миллиона человек (от 946 000 до 1 120 000 мирных иракцев) [91].
Более того, по оценкам военных специалистов, высокоточное оружие несет с собой кажущуюся неожиданной угрозу — угрозу распространения ядерного оружия.
Хорошо известно, что ядерное оружие — это оружие сдерживания. Наличие его у жертвы заставляет задуматься потенциального агрессора о понесении им неприемлемого ущерба.
Высокоточное оружие — прежде всего оружие военных действий, оружие агрессии. По мнению В. С. Белоуса, члена-корреспондента Академии военных наук, генерал-майора в отставке[92], основным предназначением высокоточного оружия является ведение войны, что подтверждается обнародованными концепциями и военными доктринами ряда ведущих стран мира, в которых предусматривается массированное боевое применение «интеллектуального» оружия. Высокоточное оружие является наступательным, а не оборонительным оружием, и накопление его запасов носит характер приготовления к наступательным действиям. Напротив, возможная сдерживающая роль высокоточного оружия сомнительна и существенно уступает ядерному оружию. Таким образом, наращивание арсеналов высокоточного оружия ведущими странами мира (учитывая, что создание такого арсенала обойдется во многие десятки миллиардов долларов, подобные запасы высокоточного оружия могут себе позволить лишь пять-шесть ведущих стран мира) будет инициировать стремление небогатых стран к овладению ядерным оружием с целью обеспечения своей безопасности, видя в нем действенную альтернативу при значительно меньших затратах. В настоящее время этот процесс пока не вышел из-под контроля, однако трудно предсказать, как развернутся события в мире через 10–15 лет.
Самым точным оружием было бы адресное оружие. Оружие, поражающее, как в бессмертном романе Гашека «Похождение бравого солдата Швейка», исключительно унтер-офицеров. А такое или почти такое оружие возможно. Только «маркером» для его действия будут не капральские звездочки, а ваш геном. Это бактериологическое, а точнее, вирусное оружие с использованием знания генетических особенностей различных этносов. А такие особенности, как показали работы, проведенные в рамках проекта «Геном человека», есть. Конечно, бактериологическое оружие запрещено. Но кто знает, какие исследования проводятся в закрытых лабораториях.
Краткая таблица рисков
Риск гонки тактического ядерного оружия. Сверхмалые ядерные заряды как преодоление сдерживающих барьеров.
Риск развития систем противооружия как стимула совершенствования оружия сдерживания.
Риск контроля нанотехнологий как потенциально военных. Замена контроля общества и власти контролем «специально уполномоченных органов».
Риск доступности и «безопасности» компонент военного применения.
Риск создания оружия массового поражения, не являющегося неконвенционным.
Высокоточное оружие как основание войн шестого поколения. Риск массированного применения конвенционного высокоточного оружия.
Риск смещения стратегического равновесия в мире.
6.2. Электронный вертел
В природе не существует ничего, что бы могло сопротивляться силе «лучевого шнура»… Здания, крепости, дредноуты, воздушные корабли, скалы, горы, кора земли — все пронижет, разрушит, разрежет мой луч…
А. Н. Толстой («Гиперболоид инженера Гарина»)Военное применение нанотехнологий разнообразно. Это и создание военной техники пятого и последующих поколений, включая самолеты, подводные и надводные корабли, ракетную технику, энергонасыщенные материалы. Это и индивидуальное вооружение современного солдата — от приборов ночного видения, возможных датчиков и сенсоров до средств индивидуальной защиты и жизнеобеспечения.
Список этот обширен. Принципиальным здесь является то, что создается реальная угроза доступности этих средств. Задача нераспространения становится принципиально важной.
Многое понятно и без пояснений. Действительно, оружие, попавшее не в те руки, — это автомат в руках бонобо — карликового шимпанзе, как это было продемонстрировано в известном ролике на YouTube[93], который уже просмотрело более 21 миллиона человек. Даже необдуманное или непреднамеренное применение может стать причиной катастрофы — ввиду особой эффективности оружия.
Кроме энергонасыщенных материалов, что, по сути, является высокоэффективной взрывчаткой, нанотехнологии предлагают нам так называемое инициирующее оружие. Основная идея, заложенная в такой тип оружия, заключается в том, что энергия взрыва уже локализована в месте взрыва — необходимо только доставить средство, инициирующее этот взрыв.
Представьте себе вполне безобидную таблетку-катализатор, которую может безопасно носить в кармане ребенок, если только не попытается опустить эту таблетку в емкость с нефтепродуктами. Последует взрыв. И неудивительно — ведь это боевой заряд ракеты или снаряда для уничтожения нефтехранилищ противника.
К инициирующему оружию вполне можно отнести и уже описанную вакуумную бомбу. Она инициирует кислород сжигать то, что ему предоставили. Отсутствие кислорода (ведь он связан при горении) означает понижение давления на 21 % — именно такова объемная доля кислорода в атмосфере. Это и вызывает взрыв изнутри, что частично оправдывает название «вакуумная».
А вот если связать азот! Его ведь в атмосфере 78 %! Взрыв действительно будет «вакуумным»![94] Правда, он будет сопровождаться кислотными дождями — смеси азотной кислоты и NO2— высокотоксичного вещества, сильного окислителя (используется как окислитель ракетного топлива), в атмосфере которого горят фосфор, сера и углерод.
Да, такое лучше не давать в руки ребенку. И надо заботиться о том, чтобы это не попало в руки террористов. Напротив, производство такого — на сегодня гипотетического — материала может быть простым. Когда вы создаете химическое или бактериологическое оружие, вам нужны специализированная лаборатория, оборудование и средства индивидуальной защиты, чтобы не погибнуть. Здесь же достаточно синтезировать катализатор при температурах не ниже нуля градусов, и атмосферный азот вам не помеха.
Нанотехнологии расширяют представления и об «обычной» взрывчатке. Разнообразие материалов водородной энергетики, способных накапливать водород с плотностями, близкими к плотности твердого тела, дает основание полагать, что среди них найдутся такие, которые в своем составе будут иметь и необходимый «окислитель».
Но наша «привычка» к тому, что поражающим фактором может и должна быть сила взрыва, вводит нас в заблуждение.
До появления лазеров роман Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина» действительно был фантастическим. Правда, и сегодня мощный лазер не может быть эффективным бортовым оружием — слишком громоздок. И именно нанотехнологии, а точнее функциональные наноматериалы, дают все основания полагать, что вполне компактный мощный лазер будет создан. Компактными будут как само излучающее устройство, так и накопители энергии — ведь ее надо много. Уже сегодня маленьким лазерным фонариком, которым балуются дети, можно ослепить летчика самолета при взлете или посадке, уже сегодня по лазерному лучу наводят ракету или авиационную бомбу. И прогресс в квантовой электронике (а именно так исторически называют лазерные технологии) с развитием нанотехнологий — стремительный. Дело не только в миниатюризации. Так, наноструктурные метаматериалы позволяют генерировать лазерное излучение в ультрафиолетовом диапазоне волн, в диапазоне так называемых окон прозрачности земной атмосферы. Последнее означает, что даже в туманный день или за грозовыми тучами вы не спрячетесь от лазерного луча, направленного на вас с орбитального спутника.
Но лазерное оружие может получить более широкое распространение — стать бортовым оружием, как когда-то пулеметы и пушки. По данным информационного портала cybersecurity.ru[95], военное подразделение авиаконцерна Boeing сообщило о первых успешных испытаниях боевого лазерного оружия, предназначенного для размещения на борту военно-транспортного самолета С-130Н — лазерная установка поразила цель на земле. Правда, этот лазер не нанотехнологический. Его вес — 4 тонны. И источником энергии является химическая батарея, но это только начало. В планах DARPA — Агентства передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США, отвечающего за разработку новых технологий для использования в вооруженных силах, — создание мобильных установок, способных генерировать луч из небольшой установки, пригодной для транспортировки человеком, а это уже нанотехнологии. Конечно, представить «фонарик», который не слепит летчиков, а сбивает самолеты, сложно. Но вот установку — вполне.
Любопытно заметить, что Женевские конвенции запрещают использовать лазерное оружие для ослепления людей. Например, дети, балующиеся лазерной указкой, их нарушают. Однако никакого запрета на использование лазера для уничтожения личного состава, т. е. людей, международное сообщество не накладывало.
И создание дальнобойной сверхточной лазерной снайперской винтовки вполне возможно. А учитывая, что ее «свет» не обязательно видимый (например, ультрафиолет), получим сверхэффективное оружие диверсанта.
Однако оружие — это не только то, что поражает человека. Развитие технологий сверхмощного электромагнитного излучения — а оно основано на метаматериалах, слоистых наноструктурах, способных генерировать мега- и гигагерцовое излучение, — приводит к созданию инфраструктурного оружия.
Представьте себе микроволновку, только вывернутую наизнанку, т. е. поджаривает она не еду, находящуюся внутри, а то, что снаружи. Такое излучение испускают радиолокационные станции (РЛС). Рассказывают, что с помощью их излучения солдаты готовили курицу-гриль. Но РЛС громадны. Однако нанотехнологии позволяют создать компактный мощный источник такого микроволнового излучения и на основе этого источника создать так называемую E-Bomb[96], или электронную бомбу. Конечно, «бомба» или «ракета» — только средство доставки. Поражающий эффект от установленного в нем мощного источника микроволнового излучения сможет «облучить» большую территорию. Возникающее при этом сильное электромагнитное поле вызывает в электрических проводниках кратковременные перенапряжения в тысячи вольт. Излучение такой бомбы способно уничтожить электрические приборы на территории целой страны.
Электрические приборы — это не только телефоны и компьютеры. Это и оборудование больниц и госпиталей, это и системы жизнеобеспечения, такие как водопровод, это, наконец, и электростанции и линии электропередач. Нарушение работы последних приводит нас к ситуации, описанной в разделе «Энергетические консервы». Наступит полный коллапс инфраструктуры — ведь резервное оборудование тоже выйдет из строя. А предположения, что вместо электрической тяги на железной дороге можно пустить тепловозы, справедливо лишь отчасти — без электроэнергии вы не сможете управлять железной дорогой как системой, придется пускать поезда по-одному.
Ядерное оружие мы умеем контролировать. Оно всегда «расписывается» своим радиоактивным излучением, его создание требует большой и хорошо заметной инфраструктуры. В случае E-Bomb все иначе. Ее можно не только незаметно создать, но и — возможно — применить. Мы можем долго спорить, из-за чего потерпела неудачу космическая миссия «Фобос-Грунт» (из-за того, что при создании станции были применены нештатные зарубежные микросхемы, не выдержавшие солнечной вспышки, или потому, что станция попала под СВЧ-луч мощного американского радара, следившего за астероидом 2005 YU55), и так никогда не узнать правду[97].
Может ли бомба быть стационарной? Странный вопрос — глупо взрывать бомбу там, где она «базируется», если это не подведенная заранее мина. А вот в случае с E-Bomb, точнее с ее аналогом, такое вполне возможно. Речь идет о направлении радиофизики, начатом сверхмощными СВЧ-излучателями, такими как российская «Сура» и американская HAARP. Конечно, обе упомянутые установки — научные. Но их работа основана на воздействии мощным излучением на стратосферу Земли. А такое воздействие — это влияние на процессы, протекающие в стратосфере и в атмосфере в целом. Возможно — а некоторые эксперты так считают, — это прообраз климатического оружия. Принцип действия такого оружия — путем разогрева излучением ионосферы вызывать ураганы разрушительной силы.
То, что такое возможно, косвенно подтверждается следующим. Руководство самой научной станцией HAARP осуществляется исключительно представителями военно-морских и военно-воздушных сил США, деятельность станции засекречена, сама станция защищена противоракетной системой обороны Patriot.
Возможно, что опасность представляет не потенциальное климатическое оружие, а сами исследования. Ни ученые, ни политики, ни столь храбрые военные не знают, что станет с нашей Землей в следующую секунду, когда оператор включит установку на вновь увеличенную мощность. Нельзя исключить, что испытание геофизического оружия окажется механизмом для запуска геологических катаклизмов, что первое испытательное применение геофизического оружия окончится планетарной катастрофой.
Нанотехнологии — тот инструмент, который позволяет делать подобные установки намного более мощными, применяемые антенны компактными, а саму технологию мощных излучателей более доступной. Иными словами, экспериментировать смогут многие.
Но опасность может представлять не только сверхмощное излучение. Относительно слабое СВЧ-излучение, направленное на человека, может и не вызывать летального исхода, а лишь быть причиной нестерпимой боли. И это натолкнуло на мысль о создании так называемого несмертельного оружия. Первые разработки уже есть. Это радиочастотное оружие бьет на расстояние до 600 метров 95-гигагерцевым микроволновым лучом, который, разогревая человеческую кожу, вызывает сильную боль, но, по утверждению компании-разработчика Raytheon, не наносит реального вреда здоровью.
Но, как мы уже отмечали, спектр применения нанотехнологий в современных военных действиях всем этим далеко не исчерпывается. Нанотехнологии, по мнению военных теоретиков, способны изменить характер войны — сделать ее скоротечной и разрушительной. И начало положено. Первыми изобретателями нанооружия стали американцы. По данным Национальной нанотехнологической инициативы США, в 2006 г. в Афганистане были испытаны системы слежения за передвижением войск союзников НАТО, чтобы координировать их действия.
В США уже создан Институт воинских нанотехнологий — для разработки вооружения и экипировки «солдата будущего». Это будет, собственно, уже не солдат в привычном сегодня понимании, а отдельный самостоятельный механизм, начиная с формы-бронежилета и заканчивая системой жизнеобеспечения в экстремальных условиях ведения боя.
Пульс, давление, температуру солдата считывают микроскопические датчики в костюме, по результатам диагностики (с дистанционным участием врача или автоматически) «костюм» производит необходимые инъекции. «Костюм» же предупредит солдата о химической или биологической атаке. Приказы будут приходить, отображаясь на защитном стекле шлема. Шлем заменит солдату и бинокль, и прибор ночного видения. Добавьте к этому систему глобального позиционирования и многое другое, о чем авторы не знают.
Ведение войны быстро и разрушительно предполагает следующее: одна сторона конфликта имеет подавляющее преимущество перед другой, как это и имело место во всех современных вооруженных конфликтах.
А это делает возможным ведение войн без понесения одной из сторон серьезного урона, а значит, нет того барьера, который бы останавливал от применения силы по любому мало-мальски значимому вопросу.
Возникающее нанотехнологическое неравенство, аналогичное хорошо известному цифровому неравенству современного мира, — серьезный источник рисков вооруженных конфликтов по ливийскому образцу.
Краткая таблица рисков
Риск доступности высокоэффективного оружия и систем вооружения. Риск попадания оружия «не в те руки».
Риск тяжких последствий из-за непреднамеренного применения высокоэффективного оружия.
Риск «простоты» технологий производства высокоэффективного оружия.
Риск создания эффективного лазерного оружия — бортового и космического базирования.
Риск создания инфраструктурного оружия.
Риск испытаний при разработке климатического оружия.
Риск создания и включения в оборот нелетального оружия.
Риск уверенности в быстротечном характере военных действий в силу значительного технологического преимущества.
6.3. Умный песок
Кладем кузнечика на лабораторный стол, стучим по столу — кузнечик ускакал. Отрываем лапки у кузнечика, стучим — кузнечик неподвижен. Вывод: органы слуха у кузнечика под коленками.
Анекдот[98]Появление новых систем вооружения, не имеющих ранее аналогов, — само по себе достаточный риск. Опыт нас учит — войны не становятся гуманнее в ходе технологического прогресса. Но то, что развивают военные, имея в виду именно военное применение, может сказаться на нашей жизни вне контекста военных действий или даже специальных операций. Конверсия технологий бывает не только применительно к сковородкам. Разработанное как военное, оно может найти применение в полицейских или иных целях, создавая угрозу нам и нашей свободе.
Миниатюризация, которую предлагают нам нанотехнологии, — источник таких угроз. Системы слежения и контроля вовсе не обязаны ограничиваться стационарной видеокамерой или жучком на вашем телефоне. Все может быть значительно «интересней».
Насекомые, оснащенные мискоскопическими датчиками, могли бы вести разведку в тех местах, в которые человек не способен попасть. Например, в здания, отравленные вредными химическими веществами, щели бетонных плит рухнувших зданий, чтобы искать людей под обломками после землетрясений. И, по информации Journal of the American Chemical Society, первый шаг к созданию таких гибридов уже сделан. Эти миниатюрные устройства, имплантируемые таракану, используют его энергию — углевод, получаемый организмом тараканов при переработке питательных веществ и поступающий в его кровь. Так сказать, радиостанция на крови.
Но ползающие насекомые[99] — не предел. Ведутся работы по изучению и контролю движения летающих насекомых различных видов. Вместо того чтобы конструировать микросамолет, длина которого не превышала бы несколько сантиметров, можно воспользоваться преимуществами, которые приобрели насекомые за сотни миллионов лет эволюции.
Именно так поступили исследователи аэродинамической лаборатории в университете Хайфы (Израиль). Конечной целью их работы является превращение мух, кузнечиков и стрекоз в биороботов, способных к выполнению боевых задач[100]. Глава проекта, профессор Даниэль Вайхс, недавно работавший генеральным директором израильского министерства науки и технологий, объясняет это так. Сенсоры, вживленные в разные части тела насекомого, передавали электрические сигналы, получаемые во время полета в аэродинамической трубе. Это позволило выявить и расшифровать все импульсы, связанные с полетом. После этого ученые «перевели» движения насекомого во время полета на язык кода, состоящего из электронных сигналов. Пользуясь этим кодом, можно посылать сигналы мускулам насекомого и принуждать его к движению в желаемом направлении.
Такие исследования — результат совпадения интересов военных и ученых. Военные хотят командовать армией киборгов-насекомых для слежки за вражескими шпионами. А биологи мечтают влезть в нервную систему насекомых, чтобы понять, как же они летают.
Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) ведет работы по программе создания насекомо-машинного интерфейса уже много лет. Для этого, в частности, необходим уникальный нейрозонд, подключаемый к нервной системе насекомого, что и обеспечивают нанотехнологии. Сопротивления электродов и нервной ткани насекомых, как и другие электрохимические характеристики, должны совпадать. Новый зонд, разработанный исследовательской группой из Массачусетского технологического института, изготовлен из полимидного полимера, заключенного в «рубашку» из золотых и углеродных нанотрубок, полное сопротивление которых значительно ближе к показателям нервной ткани[101].
Общий вес устройства, включающего зонд, беспроводной стимулятор со встроенными радиоприемником, аккумулятором и микрогенератором электрических импульсов, — менее полуграмма и вполне по силам крупной бабочке. В экспериментах использовали табачного бражника (Manduca sexta) с размахом крыльев около 10 см. Эксперименты показали, что при подаче определенного импульса бабочка летит вправо, противоположного — влево.
Это замечательный биологический эксперимент. DARPA, разумеется, видит все это под другим углом; цель агентства — создание управляемых насекомых, несущих микрокамеру и звукопередающее устройство, другими словами, насекомых-шпионов.
Нанотехнологии позволяют не только использовать возможности организма насекомого, но и полностью имитировать их, создавая их механические подобия.
И первые здесь — дроны с машущим крылом, мимикрирующие под мелких птиц. Военные нуждаются в беспилотных летательных аппаратах, которые будут не просто похожи на птиц, но и летать так же тихо и маневренно, как настоящие. Такие механизмы называют орнитоптерами.
Одно из главных препятствий для орнитоптеров — высокая жесткость крыла при его малой массе — для микроаппаратов с применением наноматериалов сегодня уже не проблема.
Самая маленькая птичка, которую пытаются сымитировать в первую очередь, — колибри[102]. Дрон, разрабатываемый компанией Aerovironment, носит наименование Hummingbird, что и означает «Колибри». Колибри взята за прообраз не просто так: при пикировании птичка пролетает за секунду до 400 длин своего корпуса (среди боевых самолетов ничего такого пока нет), способна летать назад без разворота и имеет самую большую скорость воздушного торможения — как в природе, так и среди искусственных летунов. Размах крыльев и масса Hummingbird — 16,5 сантиметров и 19 грамм. Сюда входит вес всех полетных систем и опционального почти невесомого обтекателя в форме тела колибри, призванного придать аппарату сходство с птичкой.
«Колибри» способна весьма быстро ускоряться и останавливаться и даже летать назад без разворота корпуса, при этом транслируя видео через встроенную камеру. Кроме того, дрон может в течение двух минут зависать в условиях бокового ветра со скоростью 2,1 метра в секунду без сноса, пролетать сквозь двери, а его максимальная скорость ограничена 18 километрами в час.
Правда, вызывает сомнение, что в условиях средней полосы «Колибри» могла бы быть столь же неприметной, как воробей, — скорее она выступает по разряду «заблудившегося попугая», способного привлечь внимание каждого. Да и весит она не 2 грамма, как настоящая колибри. Но заметим — это только демонстрационная версия, и результаты еще впереди.
Дроны-насекомые — также важное направление создания систем слежения и, возможно, оружия. При этом технология производства роботов-насекомых, недавно созданная в Гарвардской лаборатории мини-роботов, носит массовый характер, т. е. применяется не отдельный робот-пчела, а пчелиный рой дронов[103]. Это настоящая нанотехнология с печатью электроники прямо на робопчелах, словно на обычных печатных платах. Это технология сборки МЭМС/НЭМС — с ее использованием может быть собрано любое электромеханическое устройство в промышленном масштабе.
На работе и в банке, в компьютерной и в сотовой телефонной сети вы оставляете свои следы, мы под контролем. Возможно, мы захотим забыть об этом. Выключим телефон — и на рыбалку, туда, где только мы и нетронутая природа. И нам невдомек, что стрекоза, присевшая на минуту на стебель травы, смотрит своими фасетчатыми глазами неспроста. Увы — и здесь мы не одни!
А если эти насекомые жалят? Их жало может быть оснащено любым смертельным ядом. Их рой — верная смерть.
Дроны могут быть разработаны для различных сред и ландшафтов: от пустынь до влажных лесов Амазонки. Одиночество не гарантируется и дайверу, плавающему в глубинах различных морей. Инженеры Политехнического университета Виргинии (США) разработали подводный дрон, который выглядит и плавает, как медуза[104]. При этом он использует инновационную систему движения, в которой нет места электричеству: искусственные мышцы на основе сплавов с «памятью формы» сокращаются под действием тепла. «Мышцы» робомедузы представляют собой многослойные углеродные нанотрубки (диаметром 1,6 миллиметров), покрытые наночастицами платины и завернутые в никель-титановую оболочку. Когда топливо — смесь кислорода и водорода — поступает в трубки, происходящая в них экзотермическая реакция активирует никель-титановые поверхности мышц, и они сокращаются.
В качестве возможной сферы применения подводного дрона авторы называют подводные поисково-спасательные и исследовательские операции. Однако финансирование разработки, ведущейся по программе MURI Отдела исследований ВМС США, показывает, что у робота, копирующего распространенную медузу и не производящего при движении шума (ни моторов, ни винтов, выхлоп — вода), могут быть и иные, не столь мирные приложения.
Коллективное поведение — как это было в случае дронов-пчел — основание для создания дронов, эмитирующих неживые объекты. Так, инженеры Массачусетского технологического института разработали алгоритм взаимодействия автономных миниатюрных модулей — дронов, которые авторы назвали «умный песок»[105]. Алгоритм позволяет модулям копировать форму внешних объектов, не прибегая к централизованному управлению. Устройство-прототип сегодня довольно большое — 10 миллиметров в поперечнике. Однако исследователи намерены дойти до наномасштабов.
Такой «умный песок», или даже более мелкий, называемый «умной пылью», будет в состоянии эмитировать различные ландшафты и скрывать то, что действительно за ним находится. Это обеспечит незаметность большую, чем у хамелеона или камбалы, копирующих на своих кожных покровах раскраску внешней среды.
Вам хорошо знакомо понятие «мираж»? Но речь идет не о таком, который можно руками потрогать, а о мираже смертельно опасном — неожиданно распадающемся на рой смертельно жалящих дронов.
Краткая таблица рисков
Риск непреднамеренной «конверсии» военных технологий. Полицейские и иные применения.
Риск любопытства. Совпадение интересов военных при разработке новых систем оружия и «любопытства» ученых в исследовании новых явлений.
Риск тотального контроля. Дроны-насекомые — шпионы и убийцы.
6.4. Самоходный чип и кошмар Дрекслера
Серая слизь — гипотетический, предложенный Дрекслером, сценарий конца света, связанный с успехами молекулярных нанотехнологий и предсказывающий, что неуправляемые самореплицирующиеся нанороботы поглотят всю биомассу Земли.
Роботы, создаваемые с применением нанотехнологий, могут быть самых разнообразных размеров. Нет принципиальных препятствий в создании огромных монстров, таких как в сериалах о трансформерах. Но настоящие чудеса находятся на противоположном полюсе — это нанороботы.
И закоперщиками здесь выступают не только военные. Так, в рамках Национальной ассоциации астрономов (Великобритания) предложено использовать для изучения других планет описанную ранее «умную пыль» — компьютерные микрочипы в пластиковой оболочке, которые смогут менять свою форму при подаче электрического импульса и таким образом двигаться в заданном направлении. По мнению профессора Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго доктора Джона Баркера, разработчика таких систем, речь идет о формировании роев нанодронов, взаимодействующих друг с другом при помощи беспроводных сетей.
«Умная пыль» — сложная кибернетическая сеть. Большинство частиц могут осуществлять коммуникации с ближайшими соседями, но когда их много, они могут общаться на куда больших расстояниях. Так ведут себя атомы в кристалле: за счет взаимодействия с ближайшими соседями обеспечивается дальний порядок. Только для «умной пыли» такая связь управляема.
Еще одной особенностью «умной нанопыли» является то, что она составляет — пусть примитивный — распределенный мозг. Повреждение любой его части не является критическим. Все части взаимозаменяемы в противоположность тому, что мы имели в случаях нейронных сетей. Этакая нанотехнологическая гидра!
В нашем мире есть живой аналог такой структуры. Это всем хорошо знакомые и при этом абсолютно неизвестные слизевики. Это очень необычный организм, который мы часто видим на южной стороне деревьев, что иногда позволяет нам ориентироваться на местности. Но на южной стороне слизевик не вырос, он туда приполз. Без рук, без ног, без глаз, без нервной системы!
Тело слизевика не такое, как у большинства организмов[106]. Наш организм, как и у подавляющего большинства живых организмов, исключая, конечно, вирусы, состоит из клеток: быть может, одной, зачастую — из множества. А у слизевика клеток нет. Его тело — плазмодий: множество «клеточных» ядер, погруженных в общую среду. Плазмодий активно перемещается в направлении источников пищи. Он движется в направлении более влажных мест и навстречу потоку воды. Пользуясь этой особенностью плазмодия, его можно «выманить», например, из пня. Для этого нужно поместить от края пня вглубь его под наклоном полоску стекла, а сверху нее положить фильтровальную бумагу, конец которой погрузить в сосуд с водой. Ток воды может вызвать вползание плазмодия на стекло, тогда можно не только рассмотреть его под микроскопом, но и проследить, с какой скоростью он перемещается.
Вот примерно так и ведет себя «умная пыль». Или даже более «умно». Но принцип коллективного поведения вполне понятен. Рой нанороботов также способен вести себя как единый распределенный организм.
Неизвестно, когда кибернетические рои начнут «опылять» другие планеты, но, как всегда, первыми положили глаз на научные разработки военные.
Ясно, что один отдельно взятый наноробот (нанобот), как и один муравей, не опасен. Однако когда в одном месте и в одно время их, допустим, собраны миллиарды и действуют они, как единый организм — гораздо более слаженно, чем фронты, армии и полки на театре военных действий, — ситуация принципиально меняется. Одно из возможных применений, которое придумали американские стратеги, — поражение танков вероятного противника: облако наноботов, несущих заряд, окутывает бронированную машину и взрывается.
Для военных нужен не просто «организм», им нужен управляемый «организм». Конечно, можно создать рой нанороботов, реагирующих на танк так же, как слизевик реагирует на пищу. Но как отличить дружественный танк от недружественного?
Эту проблему — как считается — сегодня успешно решают. Но именно «считается» — практикой это не подтверждено. А известно, что самое сложное в контроле поведения роя ботов является его реакция на нестандартные ситуации. Представьте, что он, по непонятной нам причине или без причины вовсе, отбился от рук. По замыслу разработчиков, основной областью применения таких роботов могут стать поиск и обезвреживание бомб и мин, опасных биологических и химических материалов. А вдруг они начнут обезвреживать что-то другое?
Вдруг этот «коллективный» разум роботов, организованных в мобильные стаи, перестанет следовать стратегиям, которые мы в него заложили, — из-за маленькой ошибки программиста или из-за не вовремя ударившей молнии?
Среда, в которой могут передвигаться нанороботы, — не только воздух, почва или вода. В качестве такой среды может выступать человеческое тело, например кровеносная система. Такие устройства активно разрабатываются[107].
Новое крошечное устройство, разработанное в Станфорде, способно нести разные сенсоры или лекарство. Оно умеет передвигаться в потоке жидкости контролируемым образом. При этом питание чип получает извне, что как раз и позволило сократить его размеры настолько, чтобы он мог проходить по крупным сосудам.
Аналогичное устройство разработано в НИЦ «Курчатовский институт».
И это только начало. Наноботы, автономно двигающиеся в крови и получающие энергию в рамках метаболизма[108] человека, — следующий очевидный этап. Так или иначе наноботы попадут внутрь организма человека.
Но в отличие от слизевика наноботы не размножаются. Или все же и такое возможно?
В основе нанотехнологий лежит принцип самосборки, позаимствованный у живой природы. Простейшим наноботом является вирус, способный размножаться. Наноботы, построенные по принципу синтеза живого и неживого, — далекая перспектива. Но эта перспектива на пути самого главного направления нанотехнологий — нанобио. И она вполне реальна.
Такой размножающийся «плазмодий» из наноботов Ким Эрик Дрекслер — известный американский ученый, «отец нанотехнологий», инженер, известный популяризатор нанотехнологий, первый теоретик создания молекулярных нанороботов — назвал серой слизью.
Дрекслер предложил катастрофический сценарий, когда наноботы неудержимо размножаются и пожирают биомассу планеты, которой предположительно питаются. И неважно, сколько это займет времени: несколько дней, как предположил сам Дрекслер, или столетие, результат один — гибель всей биологической жизни.
И хотя впоследствии Дрекслер «передумал», утверждая, что такое маловероятно, так как нет смысла создавать самовоспроизводящихся нанороботов, над его словами стоит задуматься. Вдруг кто-нибудь этот смысл увидит. Но даже если наноботы будут размножаться ограниченно, как это делает все живое на земле, следует не забывать, что они могут начать делать что-нибудь вовсе не запланированное нами. Или мы сами запланируем какую-нибудь гадость. Например, разрушение наноботами инфраструктуры противника: нефтяных и газовых труб, дорожного покрытия, стен и перекрытий домов и других строений или что еще хуже — человеческих тел. А с этим мы уже знакомы. Эпидемия гриппа, даже в его самых страшных формах, — это такая же ситуация. Только с наноботами мы можем получить что-нибудь пострашнее тех бактерий и вирусов, которые разрабатывали и, как мы надеемся, перестали разрабатывать военные.
Краткая таблица рисков
Риск создания квазиорганизма — нанотехнологической гидры, не имеющей точек уязвимости. Любая достаточно большая часть эквивалентна целому.
Риск создания нового оружия — роя нанороботов.
Риск распознавания цели.
Риск сбоя целей и программ «коллективного разума» роя нанороботов.
Риск — наноробот внутри нас. Кошмар Дрекслера — размножающиеся нанороботы. Размножающиеся нанороботы как эпидемия.
6.5. Наноголем
«Лечь-встать» — всего лишь быт новобранцев. «Умри-воскресни!» — вот это жизнь!
Станислав Ежи Лец
Голем (ивр.????) — персонаж еврейской мифологии. Человек, созданный для защиты еврейского народа из неживой материи (глины), — по аналогии с Адамом, которого Бог создал из глины, — и оживленный каббалистами с помощью тайных знаний. Исполнив свое предназначение, голем превращается в прах.
Но нанороботы — как мы думаем, относительно далекая перспектива. Гораздо вероятнее скорое появление механических антропоморфных (т. е. похожих на человека, повторяющих функции человеческого тела) — во многом или частично — устройств, которые можно с тем или иным основанием именовать роботами. Конечно, еще совсем недавно роботами мы называли и станки с числовым программным управлением, и космические зонды — автономные или управляемые на расстоянии как луноход. Но надо признать, в слово «робот» мы вкладываем нечто большее: робот — это нечто заменяющее, если не замещающее, человека.
Не исключение и военное дело. Американская армия уже объявила о своих планах массовой замены солдат роботами. Ведут соответствующие разработки и другие страны, среди них: страны Европы, Япония, Израиль, Россия. Робототехника — на современном ее этапе — это одно из направлений применения нанотехнологий, а значит, и их разработки: ведь создание антропоморфного устройства (даже если у него пока нет мозгов, конечно, если не принимать за «мозги» бортовой компьютер) требует таких инженерных и технологических решений, которые без нанотехнологий попросту невозможны.
Но что получается? Военная техника становится все сложнее — она сама как «робот», если сбросить со счетов требование антропоморфности. И управлять ею будут такие же автоматы? Это то же самое, что и просто автономный автомат, только он состоит из двух частей. А что такое автомат, самостоятельно принимающий решение убить или не убить, нетрудно догадаться.
«Политкорректный» Запад уже сейчас озабочен тем, как превратить роботов поля боя не просто в терминаторов, а в «гуманных» терминаторов. В частности, такими исследованиями начиная с 60-х годов прошлого века занимается Исследовательский центр ВМФ США. Публичным результатом этих исследований стала недавно опубликованная концепция использования боевых роботов под аккуратным названием «Концепция операций вооруженных автономных систем». Концепция предполагает, что роботы будут бороться не с «носителями оружия», а с самим оружием. Если при этом все-таки будет убит или ранен вражеский солдат, например танкист, который почему-то находится непосредственно внутри оружия, или моряк вражеского флота, которому почему-то затруднительно покинуть боевой корабль посреди океана, подобные «огрехи» можно будет расценивать как извинительную ошибку.
В такого рода концепциях уже заложена автоматическая реализация важнейшего риска, связанного с использованием высокотехнологических средств ведения войны, таких как робототехника. Это риск лицемерия, риск оправдания войны как гуманного действия. Тезис концепции, что главной задачей армий является не «выигрыш войны», а «выигрыш мира», такой же эвфемизм, как и «гуманитарные бомбардировки». В борьбе за мир мы не оставим камня на камне.
Следует обратить внимание и на следующий аспект «гуманизации» боевых действий. Сама постановка этой проблемы наводит на мысль, что «боевые действия» будут вестись не против регулярных воинских подразделений, когда подобные оправдания излишни: война есть война, а против населения. Вот где обезличенность действующего лица (и действующего «по определению» гуманно) действительно пригодится. Если человек убил человека не на поле боя — это убийство, это осуждается, за это может наступить и иногда наступает ответственность уголовного характера. А вот если человек убит «автономной системой», то это лишь несчастный случай, и ответственность, в лучшем случае, ограничится извинениями и оказанием материальной помощи.
Впрочем, сделать до конца «автономную систему», принимающую решение о применении оружия, так, чтобы можно было положиться на ее «решения», — сложно. Такая система должна уметь «думать». Речь идет не о следовании (пусть и не простом) алгоритмам распознавания свой-чужой и сопровождения целей, как это происходит уже сегодня на системах крупных военных кораблей, а о принятии решений в условиях недостатка информации и нестандартных ситуаций, именно тех решений, которые с переменным успехом принимает человек.
Нужен искусственный мозг, умеющий думать. Тот самый «мозг навынос», о котором написано в предыдущей главе. Но можно поступить проще. Для того чтобы получить эффективного боевого робота, можно не машину превращать в человека, а напротив — человека в машину. И этот путь, также требующий множества нанотехнологических решений, более перспективен.
Первым шагом является обеспечение воина эффективной защитой. Это и бронежилет, не только не пробиваемый, но и поглощающий энергию выстрела без травмирующих последствий для носящего, многоразовый и легкий. Это и автоматические системы медицинского обеспечения жизнедеятельности воина в экстремальных условиях, включая стимулирующие инъекции, это и «бортовые» системы навигации, связи и дистанционного наблюдения, как это описано в п. 6.2 «Электронный вертел». При этом следует подчеркнуть, что такой боевой костюм не обязан защищать воина. Он скорее ориентирован на его боевую эффективность, и лишь там, где требование эффективности означает обязательно выживание, он действительно «защищает» воина. Но последствия его «ношения» — уже после боевых действий — для человека могут быть самыми тяжелыми. Ближайший пример — костюм-скафандр водолаза. Он, конечно, защищает водолаза и от воды, и от ее давления, но здоровья водолазам это не добавляет.
Но первого шага недостаточно. Для ведения эффективных боевых действий нужно переделать самого человека. Неверно думать, что, надев такой костюм, любой становится эффективным или хоть каким-нибудь воином. Подготовка российских десантников или американских морских пехотинцев тому пример. Это, так сказать, внетехнологические способы переделки человека в боевой автомат. Но ведь возможны и технологические. Помните насекомое, которое летит туда, куда ему прикажут по радиосвязи? А если попытаться сделать нечто подобное с человеком? Правда, ситуация сложнее. Мы хотим оставить человеку возможность думать и принимать решения, но, конечно, в рамках приказов, а точнее, передаваемых сигналов. При этом действия таких воинов-машин могут быть скоординированы, подобно тому, как предполагается скоординировать действия роя насекомых-наноботов.
Ведение боевых действий требует предельной эффективности, ведь на кону человеческие жизни. И именно поэтому человеческие жизни могут быть принесены в жертву этой эффективности. Такова логика войны. А это означает, что в погоне за эффективностью воин все больше будет превращаться в машину, все меньше оставаясь человеком. Чтобы он не чувствовал боли или страха, мы начнем управлять его сознанием. Его многократное «применение» потребует управления памятью. Нам потребуются быстрые мышечные реакции и мы начнем переделывать тело, как это описано в п. 5.1 «Бегун на протезах». А что будет потом? Как эти люди будут жить среди нас? Частичный ответ на этот вопрос мы найдем, посмотрев на «успехи» социализации воинов, прошедших горячие точки, таких как Афганистан или Чечня.
В условиях современного боя средняя продолжительность жизни танка составляет три минуты. Кстати, вместе с находящимися в нем танкистами.
Высокие технологии, примененные в военных целях, не только превращают человека в машину. Они заставляют нас относиться к человеку как к машине — ведь он лишь составная ее часть.
И нанотехнологии делают в этом направлении огромный шаг.
Древние грезили машиной-человеком, сделанной по технологиям Господа из глины. Мы — по нашим технологиям — создаем человека-машину. Но в обоих случаях — это голем: после выполнения предназначения он не нужен.
Краткая таблица рисков
Риск лицемерия — риск оправдания войны как гуманного действия.
Риск безответственности автономного оружия убийства.
Риск создания эффективной машины-человека с утратой базовых человеческих свойств.
Риск технологического синдрома «афганца».
Риск переноса отношения — отношение к человеку как к машине.
ЧАСТЬ III
НОВАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
Глава 7
Нарушение системы
7.1. Ключи от мира. Технологические пакеты
Барабан может заглушить весь оркестр, но не может заменить его.
Эмиль Кроткий (Э. Я. Герман)Развитие нанотехнологий, как уже говорилось, по мнению большинства экспертов, ведет к смене технологического уклада. Наша привычная жизнь уступает место тому, что нам пока неизвестно, а, возможно, и чуждо — как когда-то было чуждо человеку многое из того, без чего современная картина жизни немыслима.
Нанотехнологии образуют стержень этих изменений. Но изменения затронут, без исключения, все стороны нашей жизни и уж тем более технологии — те технологии, которые будут иметь место, но которые мы, по нашим критериям, собственно к нанотехнологиям не относим.
Почему так получается? Когда изменения происходят плавно, относительно малыми шагами, мы многого не замечаем. Мы думаем — вот поменяли одну технологию на другую, а остальное ведь прежним осталось. Ну, если и изменилось, то не принципиально. Ну, заменили мы домну на мартен. Сталь, конечно, стала лучше, дешевле, ее стало больше. Но ведь и там сталь — и там сталь. Есть ли принципиальная разница, из какой стали сделан кузов автомобиля?
А вот если изменения происходят резко, скачкообразно, то многое из того, как устроена наша технологическая цивилизация, становится видно. Нет, когда мир менялся медленно, он был устроен также. Просто у нас не было необходимости это замечать.
Итак, как этот мир устроен? Объяснение было дано футурологами, которые как раз столкнулись с проблемой предсказания того, что будет в долгосрочной перспективе (поверьте, эта «долгосрочная» перспектива не за горами) с миром из-за бурного развития технологий: прежде всего с развитием нанотехнологий, информационных технологий, биотехнологий, составляющих ядро современного технологического развития или, как говорят, составляющих «технологический мейнстрим». К технологическому мейнстриму разные эксперты относят различные технологии, и, возможно, справедливо. Одни относят технологии эффективного природопользования (помните, что мы говорили в начале книги об экологии как о подходе, ориентированном не на человека, как о негуманном подходе — на самом деле мы природу не бережем, мы ею пользуемся, но надо это делать эффективно). Другие относят когнитивные технологии, обеспечивающие связь технологического и, быть может, уже не машинного мира с мозгом человека. Но важно то, что такой мейнстрим есть. И трудно сказать, где заканчиваются одни технологии и начинаются другие. Информационные системы будут построены из нанодеталей, последние будут смоделированы на мощнейших компьютерах. Живые и неживые технологии перемешаются — грань между ними перестанет быть отчетливой. Нанотехнологии позволят нам беречь ресурсы — мы перестанем коверкать и корежить мир, в котором живем.
Футурологи, обратив внимание на связь технологий, на их взаимное проникновение, вдруг поняли — технологии связаны всегда. Они не бывают поодиночке. Они составляют технологические пакеты. Концепция технологических пакетов была предложена в 2008 г. А. Желтовым (ЦСР «Северозапад») и развита футурологами С. Переслегиным и Н. Ютановым и их коллегами при участии НИЦ «Курчатовский институт»[109]. В чем суть технологического пакета? Это проще всего пояснить на примере уже состоявшихся событий. XV век знаменателен эпохой географических открытий. Открыли Америку. Мир стремительно стал доступным, связным, перестал состоять из разных частей, никак не зависящих, не интересующихся друг другом. Но почему это случилось?
Для того чтобы открыть Америку, кроме личного мужества, жажды наживы, политической воли правителей нужны были соответствующие технологии. Вот они:
• умение строить корабли и управлять ими;
• навигация.
Вот о навигации мы и поговорим. Это яркий пример технологического пакета [110]. Для навигации необходимы: карта; компас; умение измерять время; умение измерять широту; умение измерять долготу. И если чего-то одного не хватает, то остальное вам не поможет. Вы будете заниматься каботажным плаванием[111]и не будете помышлять о географических открытиях. Собственно, так и было. Не хватало «мелочи» — умения измерять долготу. Научились — и вот вам сразу целая эпоха географических открытий.
Можно пояснить все сказанное совсем просто. Школьнику, чтобы сделать домашнее задание, нужны и тетрадь, и ручка. Нет тетради — нет результата. Нет ручки — опять нет результата. Письмо — технологический пакет. Его современная реализация: производство бумаги и изделий из нее, например тетрадей; производство ручек (чернильных, гелевых) и чернил для них. Более ранняя — технология глины и технология изготовления стило — для начертания клинописи. Сегодня появляется еще одна: электронное устройство и «печатающее» устройство — слово «печатающее» в кавычках, так как не ясно, что заменит «бумажную» копию, что значит «напечатать»; может, это пересылка по каналам связи на экран гаджета? Ведь есть же планы Роснано: каждому школьнику — планшетник вместо учебников.
Итак, технологический пакет — это системно организованная совокупность взаимосвязанных технологий, делающих возможным те или иные технологические процессы. Если в технологическом пакете чего-то не хватает, соответствующий процесс невозможен, а технологии, в него входящие (если они, конечно, не входят в какой-либо другой технологический пакет), оказываются бесполезными или даже бессмысленными.
Нанотехнологии — это, прежде всего, технологии новые. И вовсе не обязательно, что они входят в уже существующие технологические пакеты. А если пакета нет — технология может быть бесполезной. Что же получается? Мы связываем наши надежды с бесполезными — пусть только сегодня — технологиями? Так и есть! Но будет ли бизнес вкладывать средства в бесполезное? Во всем мире нанотехнологии развиваются при принципиальной государственной поддержке. Государство заинтересовано, чтобы национальный бизнес в условиях глобальной экономики был конкурентоспособным.
А что будет, если положиться на волю конкурентного рынка — рынка, ориентированного на эффективность и, следовательно, не готового нести расходы на бесполезное? Это самый главный риск, который связан с нанотехнологиями, точнее, с технологическим развитием, нанотехнологиями порожденным. Можно попросту не успеть за технологическим развитием.
Такое «не успеть» произошло на наших глазах. Пусть с другими технологиями — с так называемыми ИКТ-технологиями, или полностью: информационно-коммуникационными технологиями, включающими компьютеры и информатику, спутниковую связь и многое другое. Обратите внимание, это тоже ярко выраженный технологический пакет. Так, Интернет — это и спутники связи, а следовательно, и средства выведения их на орбиту.
Так вот, для этого «не успеть» ИКТ-технологий даже специальный термин придумали — «числовое неравенство». Смысл термина в следующем: люди и экономики разных стран имеют принципиально разный доступ к такому ресурсу, как… Вот тут термина на русском языке не придумали: говорят об информации, знаниях, базах знаний, вычислительных возможностях, и многом другом; по-английски этот «винегрет» называется «компьютинг», что означает проникновение компьютера во все сферы нашей деятельности.
Так вот, страны, которые не сумели вступить в гонку ИКТ-технологий, безнадежно отстали. Безнадежно — в том смысле, что это числовое неравенство, как правило, с течением времени не уменьшается, а только растет, несмотря на предпринимаемые усилия догнать. Кто думает, что наша страна — исключение, ошибается вот в чем: мы отстали не по всем ключевым звеньям данного технологического пакета; по некоторым из них мы ранее являлись мировыми лидерами; по некоторым — мы лидеры и сегодня. И хоть мы и оказались в роли догоняющих, мы все еще на дорожке бегунов и не сошли с дистанции. И — вот ведь кстати — развитие нанотехнологий может позволить вернуть утрачиваемое нами лидерство.
Итак, развитие нано несет с собой риск нанотехнологического неравенства. Страны, которые вовремя влились в нанотехнологическую гонку, будут развитыми. Остальные — отсталыми. В условиях современного мира речь скорее идет не о странах, а о суверенитетах. Например, безусловно, существует североатлантический суверенитет. Но есть ли технологический суверенитет Германии или даже Евросоюза — большой вопрос. И для России такой путь также волне естественный. Нам необходимы наднациональные рынки, способные быть самодостаточными по ключевым технологиям. И первый шаг в этом направлении сделан. Речь идет, естественно, о Евразийском экономическом сообществе.
Дело в том, что без таких рынков и одних лишь технологических компетенций и даже превосходства недостаточно. Мало кто задумывался о том, кто «рассчитывал» самый крупный пассажирский самолет современности, кто принимал принципиальное участие в его конструировании? Ответ может показаться удивительным. Это ЦАГИ (г. Жуковский Московской области) и ряд других российских научно-технологических центров. Специалисты — наши. Самолет — европейский. И все дело в том, что авиастроительный рынок, традиционный для России еще со времен бывшего Союза ССР, был разрушен. Его восстановление — теперь тяжелая работа. Но и первый наметившийся результат такого восстановления свидетельствует о том же. Речь о разработке Сухого: Суперджет-100 — наш, российский; до 70 % технологий — западные[112].
В авиастроении — одном из наиболее высокотехнологичных секторов экономики, применение нанотехнологий в котором крайне перспективно, — есть и более «жесткие» примеры. Перспективы развития авиастроения тесно связывают с новыми материалами — материалами, которые так и называют: наноматериалы. Это и легкие и прочные нанокомпозиты, необходимые для планера и крыла воздушного судна, и керметы (металлокерамика), позволяющие сделать принципиально лучший авиационный двигатель. И Россия в этом направлении на первых ролях. И не случайно. Еще во времена разработки многоразового космического корабля «Буран» мы, по утверждению наших экспертов[113], обгоняли ближайших конкурентов в области разработки материалов лет на тридцать. И сейчас наши материаловедческие нанотехнологические центры — ВИАМ, Институт неорганических материалов им. академика А. А. Бочвара, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» и др. — занимают по ряду направлений лидирующие позиции в мире. Но достаточно ли это для того, чтобы «выиграть гонку»? Скорее всего, нет. И это следует из обещанного примера. Вот он.
Российская Федерация — признанный лидер в производстве авиационного титана. Мы владеем данным технологическим пакетом в полном объеме: от производства материала до его обработки. И наши преимущества здесь носят системный характер. Плавка титана — электроплавка, требующая громадных генерирующих мощностей (речь, естественно, об электростанциях), соответствующей энергетической инфраструктуры, специальных печей. И мы это делаем. Но значимых авиапроизводителей — а значит, и потребителей титана — на сегодня всего два: «Боинг» и «Аэрбас». И они диктуют условия: плавьте, а болванки продайте нам, мы их сами как-нибудь обработаем, без вас. И неважно, что у нас в России тоже и заводы, и рабочие, что и им работать нужно. Вот и становится наша компетенция все уже и уже, несмотря на ее кажущуюся полноту. Ведь настоящим технологическим пакетом был не пакет «титан и его обработка», а «построим самолет», в котором «титан и его обработка» только «кирпичик».
Однако в ряде случаев, обладая лишь «кирпичиком», можно контролировать технологический пакет целиком. Такие технологии-кирпичики называются замыкающими. По определению Сергея Переслегина, замыкающая технология — это физическая или гуманитарная технология, достраивающая набор слабо связанных между собой технологий до системно организованного пакета. Это «измерение долготы», без которого ваши «карты», ваш «компас» — не более чем забавная игрушка. Условие этому таково: вы нужны всем и вы один. Здесь, конечно, вы услышите «концерт» о монополизме, о том, как монополизм плох, и не просто плох, а совершенно ужасен. Он, монополизм — первейший враг «демократии», «свободы» и «ценностей», которые — кто бы мог сомневаться — общечеловеческие! Правда, это не мешает тому замалчиваемому факту, что в мире всего три центра, способные разрабатывать наиболее сложные чипы и электронные схемы; для разработки чипа вы вынуждены поставить задачу на одном из трех «языков», любезно предоставленных вам за плату, и обратиться к разработчику. А потом — производите на здоровье, если сможете, ведь на пути у вас может оказаться не один такой «кирпичик».
Нанотехнологии — наиболее перспективный источник замыкающих технологий. Владение именно этими «кирпичиками» позволит контролировать технологический пакет в целом — естественно, при вашей способности управлять и другими рисками: среди них не последнее место занимают политические.
К политическим рискам можно и нужно отнести стандарты. Нанотехнологии, нанопродукция требуют разработки новых стандартов. Можно ли использовать светодиодное освещение для школьных помещений? Можно ли использовать наноматериалы для бытовой посуды, для строительства жилого дома, для корпуса самолета? И каковы требования ко всему этому? Об этом, о так называемых СанПиНах, мы говорили в п. 1.2. Но, и это важно, национальные и международные стандарты — инструмент конкурентной борьбы за рынки. В Российской Федерации с 90-х годов прошлого века сложилась негативная тенденция, обозначаемая «красивым» термином — «гармонизация». Гармонизация — это отнюдь не сопоставление разных стандартов с выяснением того, что лучше, что следует взять за основу для общей пользы. Напротив, это копирование предложенных извне стандартов — стандартов, учитывающих интересы только одной стороны. В области материаловедения в России сложилась замечательная база стандартов, и возможный отказ от нее — большая ошибка. Недавние исследования по безопасности наночастиц и нанопорошков, приведшие к разработке соответствующих СанПиНов, показали уверенное лидерство Российской Федерации в этом направлении. Однако далеко не факт, что это преимущество будет реализовано. Для его реализации нужны политическая воля и четкая система приоритетов.
Развитие технологий, и прежде всего нанотехнологическое развитие, — причина пересмотра приоритетов. Точность приоритетов — необходимое условие успешного преодоления системных рисков. О том, что эти риски имеют место, свидетельствуют, например, первые результаты программы энергоэффективности и энергосбережения, которую справедливо связывают с новыми возможностями, которые предоставляют нанотехнологии.
Конечно, забавно наблюдать, когда в зимнее время продавцы цветов (в уличных цветочных ларьках) обогревают цветы с помощью энергоэффективных ламп — ламп, которые по определению светят, а не греют; ведь это и есть их эффективность. Но ведь другие запретили законом, тем самым законом об энергоэффективности! Раньше и свинарники, и теплицы обогревали специальными лампами накаливания — теперь они запрещены.
Но все гораздо серьезнее. Установлен приоритет — снижение энергоемкости национальной экономики. Никто не спорит — энергию надо беречь! Не надо забывать гасить свет, когда он вам не нужен (можно и датчики поставить), не надо терять тепло в трубах (нужны надежные теплоизоляторы). Все это так. Но объявленная цель — принципиально ошибочна!
Производство многих современных материалов крайне энергоемко. Это и уже упомянутый титан, и алюминий. Это и базовый материал новой нанотехнологической промышленности — сверхчистый кремний. Конкурентным преимуществом российской национальной экономики являются ее энергетические возможности. Мы можем позволить то, что другие себе позволить не могут, — мы можем иметь энергоемкие производства. И вдруг стратегическая «цель» — отказаться от конкурентного преимущества. Если разработчики закона скажут, что они имели в виду совсем другое, что надо беречь, а не транжирить… так это и без закона известно; а вот лампочки запретили. Да и неумение выразить то, что хотел сказать, допустимое для подростка, объясняющегося в любви, недопустимо для законодателя.
Все сказанное можно пояснить проще: канаву можно вырыть экскаватором, а можно посредством «десяти человек с лопатами» — ресурсы взаимозаменяемы; применяют то, что дешевле, а это дело обстоятельств. В России, в ее современных условиях, самым редким — и потому, по необходимости, сберегаемым — ресурсом является человек. И беречь надо его, а не электроэнергию. Там, где человеческий труд будет заменен электроэнергией, там мы в выигрыше! Конечно, все сказанное не отменяет требования энергоэффективности, но цель, как было уже сказано, не верна!
А неверно объявленные цели, особенно если они стратегические, — важнейший вид системных рисков. Это, прежде всего, риск отказа от контроля замыкающих технологий. Ведь может так статься, что эти «кирпичики» окажутся «неэффективными» по какому-нибудь придуманному критерию. А что еще более вероятно, действительно будут неэффективными в кратко- и среднесрочной перспективе!
Но вернемся к технологическим пакетам. Как угадать, какие технологические пакеты сегодня уже возможны, какие — нет? Сделать это сложно, но в ряде случаев можно. Например, если у вас все элементы «пазла» уже есть и не хватает только замыкающей технологии. Вот пример. Мы научились распознавать отдельные протеомы (белки). Мы научились (или научимся) понимать, что означает наличие или отсутствие в организме человека тех или иных белков (это называется протеомным статусом). Мы знаем, что их наличие или отсутствие — предвестник заболевания, например рака. И, если знать заранее, болезнь можно не лечить, а предотвратить. А если знать весь протеомный статус, можно предотвратить любую болезнь.
Анализы делают в лабораториях. Появились лаборатории, в которых за умеренную плату делают большой спектр анализов с применением современных технологий для любого обратившегося — самостоятельно обратившегося. Результат — по Интернету.
Хорошо бы так и с анализом на протеомный статус. Но протеомный статус — это 200 000 различных протеомов. Вот если бы была технология, позволяющая из одной капли крови получить сразу 200 000 результатов. Это и есть недостающий «кирпичик». И он возможен благодаря нанотехнологиям. Это биочип с наноразмерными ячейками — нанобиочип. Всего — 200 000 ячеек, по одной на каждый протеом. Этот потенциальный нанобиочип позволит дешево делать анализ сразу по 200 000 показателям, а не как сейчас: в пределах двух десятков.
Изменения, которые произойдут в медицине, могут быть «тектоническими». Но вот готовы ли мы к ним — вопрос. Готовы ли мы не лечиться, а предупреждать болезнь? Да, скажут некоторые. Спросим: а вы бросили курить? Здесь мы сталкиваемся еще с одним видом системного риска — риском неготовности принять существенные изменения.
Итак, при оценке рисков, связанных с технологическим развитием, удобно исходить из концепции технологического пакета — тогда мы сможем учесть риски, связанные не только с той или иной нанотехнологией, но и с теми технологиями, которые с данной технологией составляют технологический пакет.
И если нанотехнология безопасна, это вовсе не означает безопасность всего технологического пакета.
Краткая таблица рисков
Риск пакетных технологических изменений. Нанотехнологические изменения обязательно влекут технологические изменения в других технологических областях.
Риск невложения средств в развитие технологий, «бесполезных» в силу незавершенности технологического пакета.
Риск не успеть. Отставание от технологического процесса, следуя концепции эффективности. Нанотехнологическое неравенство.
Риски узости технологических суверенитетов. Необходимость наднациональных технологических суверенитетов.
Риск неполноты технологических пакетов.
Риск контроля технологического пакета через замыкающие технологии.
Стандарты как политические риски нанотехнологического развития.
Риск отсутствия или ошибочности приоритетов. Точность приоритетов — необходимое условие успешного преодоления системных рисков.
Риск «неэффективности» замыкающих технологий по законодательно вмененным критериям — самостоятельный отказ от технологического лидерства.
Риск неготовности к структурным изменениям. Риск неготовности принять существенные изменения.
Риск нанотехнологий — это риск всего технологического пакета. Наличие в пакете «опасной» технологии — важный фактор.
7.2. Усложнение систем. Риск сложности
Я не пью больше 100 грамм, но, выпив 100 грамм, становлюсь другим человеком, а этот другой пьет очень много.
Эмиль Кроткий (Э. Я. Герман)Нанотехнологии как замыкающие технологии образуют множество технологических пакетов — как ранее существовавших, так и совершенно новых. Про новые технологические пакеты разговор особый. Но что привносят новые нанотехнологические возможности в уже существующие — и, безусловно, развивающиеся — технологические пакеты? Один из результатов — принципиальный рост сложности.
Если большую часть своей истории человечество имело дело преимущественно с отдельными артефактами — созданными им вещами: глиняными тарелками, мечами из прочной стали, пишущей машинкой, то уже начиная с эпохи промышленной революции человечество создало системы. Среди первых — механический телеграф, описанный А. Дюма в романе «Граф Монте-Кристо». Затем телефон, телеграф — то, что брали большевики в 1917 г. Теперь в нашей жизни таких систем множество, и они усложняются. Одним из факторов такого усложнения служит миниатюризация элементной базы. Очевидно, что электроника прочно вошла в нашу жизнь и стремительными темпами занимает все большее «пространство»: Интернет, системы глобальной связи, системы глобального позиционирования — это то, что на виду, а также системы управления ядерными реакторами, энергосетями и многое другое. Сбои, случающиеся в работе таких систем, часто имеют тяжелейшие последствия. Достаточно вспомнить имеющие место веерные отключения электроэнергии в мегаполисах и промышленных агломерациях, последствия которых интуитивно понятны.
А если учесть, что таких систем, как энергетическая, в нашей жизни множество (попробуйте, например, представить, что отключится мобильная связь: вся и на длительное время или перестанет работать метро в Москве), то следует признать: риск, связанный со сбоями в работе сложных систем, — один из самых тяжелых.
Почему такой риск имеет место? Неужели мы не в состоянии так создать систему, чтобы предусмотреть и исключить все риски? Нет, не в состоянии. Сложность систем продолжает расти. И растет она стремительно. Мы просто не успеваем все предусмотреть. А часто просто не можем — системы слишком сложны: мы можем предусмотреть, что случится, если произойдет событие 1 (пойдет дождь), или событие 2 (подует сильный ветер), или событие 3 (температура упадет ниже 10 градусов), или событие 3287. Но как быть с их комбинациями: попарными, по трое (так, одновременные дождь, ветер и отрицательная температура приводят к обледенению проводов электропередач и авариям на линиях электропередач), в любых других комбинациях? Это предусмотреть просто невозможно!
Рост сложности систем связан с ростом наших возможностей такие системы создавать. А последнее напрямую связано с миниатюризацией в электронике, миниатюризацией и появлением новых датчиков и управляющих устройств, делающих возможными контроль систем и управление ими.
Миниатюризацию в электронике наглядно можно продемонстрировать так: там, где раньше для системы управления был необходим суперкомпьютер, охлаждаемый жидким азотом, подобный использовавшемуся с 1985 г. в противоракетной обороне города Москвы суперкомпьютеру «Эльбрус-2», сегодня достаточно простенького чипа.
Темпы роста наших возможностей демонстрирует эмпирическая тенденция, названная законом Мура. В уже далеком 1965 г. Мур[114] высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 18 месяцев, а следовательно, теми же темпами будет расти производительность наших электронных устройств. И его предположение подтвердилось. Вот это обстоятельство и лежит в основе того, что мы имеем возможность усложнять наши системы.
Но дальнейшее следование закону Мура без ухода в нанообласть уже невозможно. Уже сейчас характерные размеры топологии микросхемы — 70–90 нм и менее. Традиционные, так называемые КМОП-микросхемы[115] способны дойти до размеров в 9–10 нм отдельного элемента.
Одновременно с этим развиваются нанотехнологии совсем нетрадиционной электроники. И здесь принципиальны два пути такого развития, имеющие общее следствие — снятие топологического ограничения на сложность.
Все мы помним, что у транзистора три «ножки». Поэтому создать в одной плоскости схему так, чтобы провода, соединяющие транзисторы схемы, не пересеклись, — невозможно. Поэтому чип делают в несколько слоев, слой за слоем, чтобы «распутать» провода. Но точно разместить слои друг над другом сложно. Ну, сделали вы нанометровый транзистор. Но если при этом не позиционировали положение слоев с точностью 1–2 нм, работать он не будет. А таких слоев не два — несколько. Но вот нанотехнологии преподнесли нам сюрприз — такой элемент, как мемристор[116], способен заменить транзистор. А «ножек» у него две. И следовательно, «ножки» будут «пересекаться» значительно реже. И можно обойтись двумя слоями для самой сложной схемы.
Но даже в этом случае наша электронная схема «плоская». А вот второй путь развития нетрадиционной электроники на основе нанотехнологий принципиально «не плоский». Показано, что транзистор, точнее, множество транзисторов, можно сделать на поверхности нанотрубки. При этом сами нанотрубки, как ожидается, смогут образовывать структуру, похожую на нейронную сеть. Вот и получится, что ножки транзисторов не пересекаются, как не пересекаются автомобильные дороги, если из плоскости уйти в три измерения (вспомните автомобильные развязки). Можно будет создавать принципиально более сложные электронные схемы, которые на сегодня невозможны по топологическим причинам.
И вот такие технологии, как «кирпичики» технологических пакетов, обеспечивающих функционирование тех или иных систем, позволят делать их еще — и даже не многократно, а экспоненциально! — более сложными.
Это, среди прочего, означает, что наши традиционные системы, например энергетическая, станут намного более сложными. Уже сегодня говорят о так называемых умных энергосетях. Эти умные энергосети способны надежно обеспечить нас более качественным энергоснабжением. Многие риски будут сняты. Нам не надо будет бояться веерных отключений по образцу 2005–2010 гг. Но одновременно с этим у нас вырос другой риск — риск сложной системы.
Краткая таблица рисков
Риск принципиального роста сложности систем.
Риск утяжеления последствий при росте надежности.
Риск достижения предела миниатюризации. Невозможность дальнейшего усложнения систем.
7.3. Упрощение систем, бездорожная экономика
Будьте просты — но не слишком. Простейшее — амеба.
Эмиль Кроткий (Э. Я. Герман)Нужно усложнять, чтобы в результате все стало проще, а не упрощать, чтобы в результате все стало сложнее.
Веслав БрудзиньскийКак это ни парадоксально звучит, с развитием нанотехнологий связан и прямо противоположный риск — риск принципиального упрощения существующих ныне систем. Правда, данные системы — не технологические или не совсем технологические. В частности, это может быть инфраструктура или даже экономика в целом.
Как может происходить такое упрощение? С развитием нанотехнологий связывают и такую возможность, как производство разных товаров на одном и том же заводе. Вы вкладываете определенную программу, пусть выраженную в привычных байтах, но представляющую собой задание на работу «наследственного» механизма клетки-фабрики, которая «выращивает» что-то нужное нам. Это, конечно, самое сложное и самое важное достижение нанотехнологий. Но такие работы, в частности в НИЦ «Курчатовский институт», начаты. Пусть это и самые первые, пока робкие шаги. Но проект «искусственная клетка» как фабрика будущего уже запущен.
Предположим, что, несмотря на всю сложность технологии, завод на базе искусственных клеток — с измененной нами генетической программой — подобен заводам традиционных биотехнологий, например производству по выращиванию дрожжей. Значит, он может быть расположен там, где потребляется его продукция. И передачи подлежит только программа. А для этого у нас есть развитые информационно-коммуникационные технологии.
Помните 3D-принтер, описанный нами в п. 2.5 «Программируемая материя»? Вот стоит такой «принтер» в вашем городке как современное «сельпо»[117]. И все в этом «сельпо» есть: и велосипеды, и книги с газетами, и продвинутые гаджеты. А если чего и нет — достаточно в интернет-магазине заказать соответствующую программу, с помощью которой можно «отпечатать» нужного товара столько, сколько надо.
Конечно, мы многое упростили. Необходимо также, чтобы сырье — видимо, пища для клеток — было «местным». И вопрос о том, передаем ли мы энергию через сети или выработка энергии местная (а это также может быть обеспечено с применением нанотехнологий, например солнечной энергетикой), мы вынесли за скобки. Важно, что мы ничего не возим. А раз не возим, то и дороги нам не нужны или почти не нужны. А раз дороги не нужны — они будут утрачены. Вот вам и принципиальное упрощение инфраструктуры.
Здорово? Наверное…
Вот только что делать со ставшими ненужными городами? Почему ненужными? А зачем вам жить в городе?
Города, какими мы их знаем сегодня, появились не просто так. Причина их появления — возникновение ремесел, а затем — промышленности. Большое количество людей, трудящихся на массовом производстве, — вот «родовое пятно» города. Нет производства — нет города.
А работать ведь тоже можно дистанционно и не только «рабочему», а точнее, инженеру, который создает новые вещи в образе соответствующих программ для 3D-принтера, но и хирургу, музыканту и даже шахтеру.
Хирург, осуществляющий полостную операцию с применением виртуальных рук, был описан нами в п. 5.2 «Поцелуй на расстоянии». И симфонический оркестр, где вместо людей — управляемые механизмы, тоже вполне возможен, тем более, что такое полезное изобретение Рихарда Вагнера, как оркестровая яма, известно еще с XIX в.
С шахтером сложнее. Но и в шахте могут работать дистанционно управляемые механизмы, или (и такое не следует сбрасывать со счетов) механизмы воплощения — аватары.
Ну, в общем, на работу, которая исторически связана с понятием «город», больше ходить не надо. Она всегда под руками.
И жить в городе причин все меньше. Нет, конечно, города останутся. Это и качественная школа, и возможность посетить театр. Впрочем, с развитием дистанционного образования, дистанционной медицины (а все это также зависит от развития нанотехнологий, применительно к информационно-коммуникационным, медицинским и иным технологиям) многие проблемы могут показаться нам надуманными.
Конечно, в том виде, как это изложено здесь, все это можно смело назвать «фантастикой». Это так! Но сам принцип возможного упрощения инфраструктуры при локализации производства изложен верно. И не учитывать его — ошибка.
Более того, упрощение может быть не только инфраструктурным.
Вот, смотрите, как устроена наша экономика. Нам нужно вырастить хлеб. Для этого мы трактором пашем землю. Чтобы трактор работал, нужно горючее. Трактор надо произвести, а для этого нужны заводы, которым тоже нужна энергия. Значит, энергию (включая горючее) нужно произвести. Опять нужны заводы. И так далее. Что в итоге? 90 %, если не больше, наших усилий, имеющихся ресурсов затрачивается на «вспомогательных» стадиях. Экономисты называют это капитализацией экономики.
А вот теперь представьте. С помощью нанотехнологий (а то, что нанотехнологии «вмешиваются» в живое, мы уже выяснили) создан специальный организм — «червяк», который в нужное время вспахивает землю. На ней растет уже становящееся привычным, генетически модифицированное зерно, например кукуруза. Но трактор — как минимум чтобы пахать, — нам уже не нужен, как и горючее с заводами.
Это, конечно, в длительной перспективе хорошо, как появление первых паровых машин хорошо с нашей сегодняшней точки зрения. Но хорошо ли оно было с точки зрения тех английских рабочих, получивших историческое наименование «луддиты»?
Конечно, нет. Они действительно лишались работы и средств для обеспечения себя и своих семей. Вот и ломали машины.
Это тоже крайний пример. Но технологические изменения — а с нанотехнологиями связывают именно принципиальные изменения — ведут к изменениям в структуре производства, в том числе к упрощению. Впоследствии высвободившиеся при упрощении ресурсы могут быть востребованы, послужить основой нового развития. Но это может случиться не сразу, и это серьезный риск.
Краткая таблица рисков
Риск упрощения и утраты базовых систем и институтов современной цивилизации.
Риск снижения капитализации экономики.
Риск лишних рук.
7.4. Вперед в прошлое. Риск не состояться
До всего лишь два шага: один вперед, другой назад.
Станислав Ежи ЛецВы можете задаться вполне справедливым вопросом: если с нанотехнологическими изменениями связаны все вышеперечисленные и неперечисленные риски, может быть, и не надо этого развития? Ведь запрещают клонирование человека и, наверное, не зря. Может, и это все запретить?
Мы уже писали о риске отстать, риске, когда одни страны вырвались вперед, а другие отстали, но все же повторим: если бы это было возможно и все страны договорились и наложили на нано вето, то стало бы это выходом? Увы, нет. Человечество в своем развитии подошло к некой черте. Возможно, гонка технологий человечеством будет выиграна, и мы решим проблему голода, проблему социально значимых болезней, целый веер экономических проблем. А если нет?
Удивительно, но мы знаем ответ на этот вопрос. Всё, как было, не останется. Произойдет социальный и технологический «регресс», если, конечно, такой термин уместен. Ныне работающие экономические и социальные механизмы вдруг окажутся несостоятельными. И мир перейдет в некое «стационарное» состояние — уже этим здорово отличное от изменяющегося «сегодня», — состояние, в котором проблемы нехватки ресурсов, как и другие нерешенные проблемы, найдут решение за счет «упрощения», «примитивизации» жизни. Так уже было. Это время назвали темными веками Средневековья. Для Европы VI–X вв. были характерны упадок городов и возврат к аграрной цивилизации, рост влияния церкви. Повторится ли это в том же виде — как знать. Но, в общем, запасайте дрова, чтобы не замерзнуть зимой…
Рост влияния церкви заслуживает особого упоминания. По сложившейся традиции, как бывшей советской, так и европейской, это принято связывать, прежде всего, с мракобесием, инквизицией (но внимание: расцвет инквизиции приходится на эпоху Возрождения!) и прочими негативными факторами. Но давайте не будем забывать, что церковь Средневековья — это, прежде всего, монастыри. И именно там была сохранена и впоследствии восстановлена европейская культура и цивилизация. «Монастыри» — серьезный симптом наступления темных времен. Удивительно, но, похоже, они формируются сегодня на наших глазах. Трудно, конечно, разглядеть в наукограде Дубна с особым международным статусом и собственным международным университетом такой вот монастырь. Но все же…
Это, конечно, не означает автоматического наступления темных времен. Только симптом, только готовность к их наступлению (да и лучше быть готовым). Но внимательный да увидит.
Еще раз подчеркнем. Остановка технологического развития означает неминуемый технологический откат, технологическую деградацию. За этими простыми словами скрывается многое.
Если кто-то думает, что «ничего, сажали картошку, не привыкать…», он здорово ошибается. И вот почему.
В своей технологической гонке человечество регулярно замещало одни технологии другими, более эффективными, «прогрессивными». А что происходило со старыми? А мы их утрачивали. Не все, конечно, но многие. Сегодня швейцарские часы — запредельная технология точной механики. А еще совсем недавно она была вполне обыкновенной технологией создания точных механизмов, механизмов в прямом смысле — без какой-либо электроники. И если бы не любовь к роскоши — возможно, и не было бы такой технологии. Вот и космический корабль «Союз» мы, наконец, сделали полностью «цифровым». А скоро электроника (с помощью нано — радиационностойкая) доберется до всех аспектов контроля и управления ядерным реактором.
И вот представьте, что вдруг вы не смогли дальше производить электронные чипы. Что делать? Транзисторов нет. От вакуумных ламп мы отказались еще раньше. А механизмы, основанные на точной механике, мы делать разучились. Разве вот только надежда на часовых дел мастеров в Швейцарии.
Мы это рассказываем потому, что если случится технологический откат, то он с неизбежностью будет глубоким и может затронуть те аспекты нашей жизни, которые мы не замечаем, считаем само собой разумеющимися.
Мы не только самолеты разучимся делать, но и памперсы. А на очереди — технологии производства антибиотиков, чистой воды в промышленных количествах. И самое страшное — полный отказ от ГМО (впрочем, об этом чуть позже).
В общем, окажется, что 7 миллиардов человек на планете — это слишком много. Оставшиеся в нашем распоряжении технологии такое количество людей обеспечить не могут. В принципе!
И многие останутся без средств к существованию. Вот только кто в первую очередь? Не исключено, что наименее приспособленные к условиям ставшего чрезмерно жестким мира, носители знания, в том числе технологического. И круг замкнулся…
Подведем итог сказанному. Самый важный риск, связанный с нанотехнологиями, — это риск их несостоятельности, нерешения ими задачи кардинального изменения технологического уклада нашей экономики. И тогда у нас одна дорога: вперед — в прошлое. И к этому лучше быть готовым. Планшетник вы с собой не возьмете. Придется вернуться к библиотекам и читать, возможно, при свечах. Важно лишь то, чтобы записанное оказалось полезным, а не носило характер информационного мусора. Но есть надежда, что его большая часть уйдет в небытие вместе с Интернетом.
Краткая таблица рисков
Риск черты развития. Принципиальная невозможность отказа от нанотехнологического развития.
Катастрофический риск несостоятельности нанотехнологий: нерешение ими задачи кардинального изменения технологического уклада нашей экономики.
Риск наступления нового Средневековья.
7.5. В капкане ложных целей
Заблуждения, заключающие в себе некоторую долю правды, — самые опасные.
Адам Смит
Мы уже писали о состоявшемся в Москве первом Международном конгрессе «Глобальное будущее — 2045», о том, какие задачи он ставит, — задачи, по мнению авторов, антигуманистические. Вместе с тем от посещения этого мероприятия авторами было вынесено и еще одно понимание базовых рисков нанотехнологического развития. Это риски ориентации на ложные цели. Данные риски комплексны, многогранны.
Вспомните то, что мы писали в главе 3 «Страсти по квантам». Очевидно, что квантовый мир настойчиво «предлагает» нам смену мышления. Это действительно необходимо, но как результат развития, как результат нашего понимания. Смена мышления, смена системы парадигм — сложный и болезненный процесс.
Но знаете ли вы, что такое «квантовое мышление»? Да и многие ли знают? Знают ли те, кто его пропагандируют? А пропаганда серьезная. Лозунг отказа от ньютоно-картезианского мышления выдвинут в повестку дня.
Здесь, видимо, нужны пояснения. Все то, что вы знаете со школьной скамьи как научное знание, и есть это ньютоно-картезианское мышление, связанное с именами его «основателей» — Декарта и Ньютона.
Так вот, нам предлагают отказаться от него, давая взамен то, что мы не в состоянии оценить. Для этого нужны знания, которых нет почти ни у кого по простой причине. Область нано — новая, требующая новых теорий, новых научных инструментов. А их у нас пока нет. Как мы писали во введении, это пропущенная область, некий «затерянный мир» на границе старого мира, классического и нового, квантового. И в этом «затерянном мире» люди науки так же порой беспомощны, как и простой обыватель. Научный авторитет как гарантия отсеивания чепухи и безграмотного наукообразия зачастую отсутствует. И под товарным знаком «нано» можно продать любую глупость: от нанокирпичей до нанофильтров Петрика — Грызлова[118].
А уж если там что-нибудь совсем сложное и непонятное, «квантовое»! Ведь ясно же, что в этом что-то есть. Как в астрологии: надо быть упертым, чтобы не замечать влияние Луны на человека и всю его жизнь — от приливов и отливов до сельскохозяйственного календаря. Правда, вот астрологию это верной не делает.
Но протаскивание глупостей, неверные применения нанотехнологий, как в случае с нанокосметикой и носками с наносеребром, — лишь незначительная мелочь. Значительно опаснее — новые «лекарства» с приставкой «нано», которые в лучшем случае являются плацебо. Вместо того чтобы действительно лечиться, мы принимаем то, что сегодня попросту модно. А модно сегодня именно нано. И эффект плацебо можно отнести не только к медицине. Неэффективное средство с приставкой «нано» вполне может начать замещать то, что эффективно, но нано не является, будь то нагревательные приборы, строительные инструменты или ракетное топливо.
Но и это не все. Рискуем мы значительно большим: ни много, ни мало — основанием нашей техногенной цивилизации.
Одним из главных составляющих в ньютоно-картезианском мышлении является анализ — изучение явления по частям. Это касается всего. Наше научное знание фрагментировано на отдельные его отрасли: физику, химию, биологию и другие самостоятельные науки. Мир разделен на объекты и субъекты. Кто знает электродинамику, может вспомнить: мы умеем описывать движение тел в заданном поле или наоборот, рассчитывать поля, создаваемые телами, движение которых задано. Но мы не умеем — принципиально! — решать задачу о движении тел в поле, создаваемом ими самими. Большинство «парадоксов» современной науки построено на этом основании. Подобный парадокс пробрался даже в философию и математику. В них он именуется парадоксом Рассела. В «фольклорном» варианте он звучит так. В городе живет брадобрей. Он бреет всех, кто не бреется сам. И он не бреет никого из тех, кто бреется сам. Бреет ли он сам себя? В теории множеств (разделе математики), где данный парадокс встал во всей своей полноте, было найдено решение — простое и недостаточное как Колумбово яйцо — часть объектов (множеств) запретили к существованию. Но вот пучок электронов, летящих в собственном поле, отменить нельзя.
В общем, с нашим «мышлением» действительно есть проблемы. Но надо отдать ему должное — оно работает и здорово нам послужило. Но теперь мы заметили дефекты. И вырабатываются различные подходы по его постепенному изменению — естественно, не выбрасывая всего ценного, что наработало человечество.
Такие попытки — вполне научные — есть. Среди наиболее успешных — так называемый конвергентный подход, предполагающий конвергенцию (взаимное проникновение) различных научных дисциплин в единое целое — так, как это было во времена Гиппократа и Аристотеля.
Конвергентные технологии (синтез нанотехнологий, биотехнологий, информационных технологий и когнитивных технологий) — значимый вектор современного развития науки. В Российском национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» даже создан специальный исследовательский центр — НБИКС-Центр. НБИК означает нано-, био-, инфо-, когнотехнологии. Последняя буква «С» добавляет к ним социальные науки и технологии. И это дает нам шанс оставить наше знание в области науки, пусть меняющейся, трансформирующей свои базовые подходы, парадигмы, но сохраняющей главное — объективность и соответствие реальной действительности.
В противном случае мы рискуем утратить научное мышление как основу современной цивилизации. Процесс такой утраты уже идет. Появляются целые области знания, легализованные как «наука», выряженные в ее одежды, но по сути являющиеся возвратом к донаучному, догматическому мышлению. Яркий пример, который у нас у всех перед глазами, — трансформация когда-то мощной науки экономики в экономике, в аксиоматике которого уже без стеснения заложен отказ от соответствия реальности.
А нанотехнологии дают такого рода начинателям прекрасную почву, замечательный «инструмент» для их построений. Разговоры об «эффективности» и «инновациях» — надежный признак их узнавания, а словосочетание «эффективный менеджер» — сигнал отсутствия научного и инженерного фильтра того, что этот менеджер делает.
Сам ученый, инженер, изобретатель — человек второстепенный, объект манипуляции. Во второй половине XX в. наука в своем развитии прошла этап, когда роль отдельного ученого была нивелирована — наука стала предметом деятельности коллективов, в которых отдельный ученый вполне заменим, не критичен. Нанотехнологии вернули нас в эпоху если не ученых-одиночек, то небольших научных коллективов. И уже поэтому такие научные коллективы зависимы. Они готовы за финансирование заниматься ерундой. Помимо всего, ведь она так красиво называется.
Инстинктивно научные работники это чувствуют, понимают. Наиболее серьезные исследования и вузовские курсы часто избегают слова «нано» — кто разглядит это нано под привычными ученым структурной электродинамикой и физикой конденсированного состояния. И напротив, часто исследования, не имеющие к нанотехнологиям никакого отношения, — при всем уважении к ним, к их принципиальной важности и нужности, — жонглируют словом «нано» в поисках государственного финансирования. Вот и исследуют серьезные ученые наноструктуру кварк-глюонной плазмы, и не важно, что вся эта «плазма» умещается на размерах атомного ядра и, следовательно, много меньших 1 нм.
Критерии смещены. Важно не то, что действительно важно, а то, что правильно называется. И нельзя не согласиться с точкой зрения вице-премьера правительства[119] С. Б. Иванова, пытающегося такой подход изменить: нано — это не то, что так называется, а то, что дает полезный результат. К сожалению, при всем его влиянии, у него слишком много оппонентов, в том числе и «эффективных менеджеров» от науки и экономики, для которых игра в слова — образ их эффективного существования.
Итак, критерии и цели смещены. В норме человек в своей практической деятельности преследует конкретные цели. Нам не нужна эффективность как таковая, она — инструмент, позволяющий достичь нам большего, достичь того, что нам нужно. Действительно нужно. Мы живем в материальном мире, и нам надо удовлетворять свои витальные потребности. Мы люди, и нам надо удовлетворять свои духовные потребности. Человек — существо социальное, и ему надо удовлетворять свои социальные потребности. Но у нас не должно быть потребности соответствовать кем-то придуманным критериям, как не должно быть ориентации на не присущие человечеству как виду цели.
Наши цели должны быть конкретными, адресными и в конечном счете увеличивать человеческое счастье. Слово «человеческое» хотелось бы выделить особенно. Пусть это вселенский эгоизм, но человеку как виду нет дела до судеб трансгуманистических чудищ, даже если это «дело жизни» тех или иных — часто очень влиятельных — менеджеров.
Ошибочность целей имеет еще одно важное последствие. Ресурсы, находящиеся в распоряжении человечества — пусть в каждый конкретный момент, — ограничены. Расходуя их, мы обязательно отказываемся от чего-то другого. И наши цели должны быть достойны такого отказа, ведь, преследуя эти цели, мы отказываем не только себе, но и огромному множеству даже незнакомых нам людей.
В наногонке участвуют более 50 государств. Средства, направляемые на развитие нанотехнологий в мире, составляют колоссальные суммы: ежегодно затрачивается не один десяток миллиардов долларов.
Но на что тратятся эти средства? Значительная часть этих средств — как минимум в России — тратится на проведение выставок, международных конгрессов, на которых рассказывается о предстоящих успехах, на создание инвестиционного климата, развитие инфраструктуры и создания национальных корпораций и институтов развития. Часто все происходит в строгом соответствии с одним из правил Мерфи: если вы не хотите что-либо делать, начните к этому подготовку.
Возникновение и следование ложным целям — не случайность. Это структурный эффект. Технологическое развитие, подстегнутое нано, ведет к смене институтов науки и промышленности, в частности превращая науку, о чем преждевременно заявляли экономисты, в один из важнейших факторов производства, в производительную силу. Кому принадлежит эта производительная сила? Научному коллективу с его новеньким патентом или тому, кто этот патент сложит со множеством других для создания производственной цепочки? В изменяющемся мире ответ еще не найден.
Краткая таблица рисков
Риск ориентации на ложные цели.
Риск превращения нано в товарный знак. Отсутствие научного авторитета.
Риск нанотехнологического плацебо.
Риск зависимости малых научных коллективов, вновь возникающих в условиях развития нанотехнологий.
Риск утраты научного мышления как основы современной цивилизации.
Риск замены средства на цель.
Глава 8
Невидимые цели
8.1. Наш враг — стереотип
Дьявол всегда сумеет подыскать и обернуть в свою пользу цитату из Библии.
Уильям Сомерсет МоэмРазвитие нанотехнологий диктует множество изменений, не являющихся технологическими. Это изменения так называемых гуманитарных технологий, которые мы чаще всего попросту не замечаем. Любой технологический пакет требует для своего полного замыкания таких технологий. Чтобы открыть Америку, помимо описанного нами технологического пакета «навигация», нужны технологии, связанные с набором команды, подчинением команды ее капитану, и многие подобные. Экономисты называют такие «технологии» рутинами и институтами.
Рутины — это то, что мы делаем по привычке, считая, что «так и надо», не задумываясь. Нобелевский лауреат по экономике Фридрих Хайек[120] сформулировал гипотезу, что значительная, быть может большая часть, наших знаний нами не сформулирована, не находится в одном месте. Просто каждый на своем месте знает то, что он делает. Знания рассредоточены. Очевидно (хоть этого Хайек не утверждал, он не разделял взглядов экономистов, последователей институциональной теории), что эти рассредоточенные знания и есть те самые многочисленные рутины, которые мы не замечаем.
Но эти рутины технологически не независимы. Поменяв технологии, часто необходимо поменять и их. Их смена, наряду со сменой экономических институтов, и означает смену технологического уклада, той смены, которую нам обещают нанотехнологии.
Изменения, ожидаемые как результат нанотехнологий, должны носить системный характер. Это означает глобальную смену рутин.
Но позвольте! Мы к ним привыкли. Оно наше второе «я» — именно поэтому мы их и не замечаем. Мы привыкли к своим профессиональным обязанностям, мы привыкли к тем бытовым и иным возможностям, которые имеем. И все это поменять?
Очевидно, что быстрая смена рутин будет сталкиваться с повсеместным, может быть даже неосознанным, сопротивлением. Просто нам многое вдруг станет не нравиться, мы это не будем поддерживать, а наши «смыслы» будут утрачиваться.
Конечно, такое происходило и раньше. Весь XX и начало XXI в. были горазды на такое. Люди постарше испытали все это на себе. Но ожидаемые последствия, вызванные нанотехнологической революцией, возможно, будут несопоставимы. И «давление» рутин на попытки изменений будет несопоставимо большими.
Но наши рутины будут не только препятствовать технологическому развитию. Они, не находя опоры, повисая в воздухе — ведь рутины, это правильное поведение, а правильным оно быть перестало, — будут разрушать нас, превращая в упрямых противников или бесхребетных соглашателей, не имеющих собственных убеждений.
Вот почему к НБИК-технологиям была добавлена буква «С»[121]. Человек должен не только принять нанотехнологии как источник изменения базовых основ его образа жизни, он должен научиться конструктивно с ними уживаться, сделать их частью себя.
Сложность такой задачи можно продемонстрировать уже приведенными во введении примерами: неолитической революцией, когда свободный и гордый человек-охотник перешел к оседлому образу жизни и земледелию, и промышленной революцией, когда появились эти странные, быть может дьявольские, машины, разделившие труд на отдельные бессмысленные операции, подобные осколкам разбитого зеркала. Нас ждет что-то подобное. Только оно все еще «за горизонтом» нашего видения. И все страхи и преимущества нано нами еще не осознаны, не пережиты. Быть может, мы и слов то нужных пока не придумали.
Ясно наверняка следующее.
Во-первых, риски нано рассыпятся как картинки в калейдоскопе — каждому своя. Наши возможности приспособиться к этому быстро меняющемуся миру индивидуальны. Адаптационные механизмы человечество уже вырабатывает. Японцы, например, придумали концепцию второго шанса. Человек после 40 лет кардинально меняет род занятий, профессию. Он заново учится, как учился в юности. Он, возможно, не просто учится, а меняет систему представлений. И проще это сделать, если новый род деятельности никак не связан с предыдущим — чтобы стереотипы не мешали. Альберт Эйнштейн как-то заметил, что жизненный опыт — это те предубеждения, которые мы приобретаем в первые 18 лет жизни. Возможно, он был не прав. В середине жизни нам придется приобретать новые.
Во-вторых, темп технологических изменений настолько высок, что от этого не увернуться почти никому. Это затронет всех и каждого. Если раньше пусть и революционные изменения происходили так, что жизнь отдельного человека протекала в почти неизменных условиях, то сегодня это не так. Китайское проклятие «Чтоб тебе жить в эпоху перемен!» кажется наивным — изменения как волны будут накатывать одно за одним.
И наши рутины придется менять, возможно, не один раз в течение жизни человека. Помните, нам опрометчиво обещали долгую жизнь? (См. главу 4.) Если это сбудется — то наверняка!
А рутины нужны, ведь это наше несистематизированное знание, наши навыки, наши умения. И они уже не постоянны, не рутинны. Может, действительно, придумать для них новое слово?
Гуманитарные технологии, неизбежно меняющиеся с изменением технологического уклада, включают в себя и институты.
Институты можно представить как некие правила, определяющие модели поведения. В частности, институты — хотя и не только — выражаются через право. Мы знаем институт семьи и брака, институт частной собственности, институт охраны здоровья и множество других. Они как структура, как скелет, держат нашу цивилизацию. Поменяйте институты, и цивилизация будет иной. Нельзя безболезненно менять институты. Институт банковского процента не сочетается с шариатским правом.
Но, как мы хорошо знаем, институты не являются чем-то принципиально неизменным. Они историчны. И не прав футуролог Фукуяма, пообещавший нам конец истории[122]. Столь принципиальная смена технологического уклада, который, как ожидается, генерируют нанотехнологии, приведет к смене множества институтов, и мы сегодня не знаем — каких. Конечно, на этот счет есть и теории, и спекуляции — разнообразные «-измы». Но у авторов нет уверенности в единственности и справедливости того или иного «-изма», пусть даже в каждом из них много разумного, а может быть именно потому, что разумное по ним рассеяно, как золотой песок по различным приискам. Да и сами «-измы» могут оказаться тем стереотипом, от которого придется отказаться.
Внимательный читатель может заметить, что институты современности испытывают серьезные изменения и вне связи с нанотехнологиями, с теми или иными технологическими изменениями. Вот, например, институт семьи и брака. При чем тут нанотехнологии, когда англиканская церковь разрешила однополые браки? Связь мейнстрима технологического развития с этим не очевидна.
Всё это так. И одновременно не так. Технологические изменения делают возможным то, что ранее было невозможно. Так, вода течет сама сверху вниз, с гор через долины к океану. И мы привыкаем к кажущемуся нам неизменным ландшафту. Но если убрать плотину или, более того, прорыть канал, то у воды появится возможность — и более того, у нее нет выбора — течь туда, куда она ранее не могла. Так же и с институтами. Информационные технологии и Интернет были пусть не единственным, но значимым фактором в произошедшем с институтом семьи и брака — от однополых браков до ювенальной юстиции.
Повторим, как и когда скажутся технологические изменения на наших базовых институтах, мы точно не знаем — можем лишь предполагать некоторые детали, о чем мы писали в предыдущей главе. Но это случится! Обязательно.
Но есть институты, которые нам принципиально важны, которые определяют то, что мы люди. И прежде всего это те институты, что прошли проверку временем, такие как Нагорная проповедь. И их нам надо обязательно сохранить. Вопреки прогнозу Фукуямы, история только начинается! И нам придется находить достойные ответы на не заданные еще вопросы.
Краткая таблица рисков
Риск давления рутин предыдущего технологического уклада на темпы и качество технологических изменений.
Индивидуальный характер рисков, вызванных изменением технологического уклада.
Риск многократной смены рутин и представлений в течение жизни человека.
Риски смены базовых институтов человеческой цивилизации.
8.2. Борьба мифов и реальности
Глупость никогда не переходит границ: где она ступит, там ее территория.
Станислав Ежи ЛецДля того чтобы преодолеть нанотехнологические риски, строго необходимо отличать вымысел от реальности, четко понимать, что действительно представляет угрозу, а что попросту придумано.
К сожалению, многие риски не выглядят «привлекательными» в том смысле, что рассказ о них не интересен, их последствия не кажутся очевидными и на них не видно «кинематографического» налета — того захватывающего сюжета, когда разворачивающиеся события будоражат наше избалованное воображение. И эти риски «неинтересны» для обсуждения, для их анализа общественным мнением. Они — удел специалистов, на мнение которых нам приходится полагаться. Иными словами, нам не интересно большинство из того, что действительно нам угрожает.
Риски, связанные со свойствами материалов, с санитарией, не воспринимаются нами остро. Мы, живя в высокотехнологичном мире, во многом с ними свыклись. Эти риски не уникальны для нанотехнологий, и надо очень долго убеждать, что в случае нано привычное нам может быть по-настоящему опасным, — не умеренно, как это имеет место с предыдущими аналогами, а в острой, порой безжалостной форме. И на то есть свои причины. Во-первых, мы многого не знаем, а незнание — источник самых неприятных угроз, а во-вторых, нанотехнологии проникают во все сферы жизни, и неизвестно, где тебя подкараулит эта неожиданность. Произошло привыкание к рискам. И мы стоим перед риском их недооценки.
Но часто мы не просто что-то недооцениваем. Часто мы исходим из ошибочных представлений, кажущихся нам верными лишь потому, что нас убедили.
Мы уже писали во введении, что обычная угольная электростанция является активным источником радиоактивного заражения большей площади, чем атомная. И с этим общественное мнение — например, в лице «зеленых» — скорее всего, согласится. Скажет: «И правда — дрянь! Другое дело — альтернативная энергетика! Солнечная! И, безусловно, ветряки!».
Но, увы — это наши заблуждения, с упорством поддерживаемые в нас. Давайте по порядку.
О том, что производство солнечных батарей крайне энергоемко, мы уже писали. А это означает, что чтобы перейти на солнечную энергетику, нам придется построить дополнительные электростанции, которые, как предполагается, впоследствии мы закроем. Кстати, их демонтаж — тоже источник затрат, а следовательно, неэффективности.
Но дело не только в этом. Мы готовы нести эти затраты под флагом экологичности. Ведь производство электроэнергии не потребует ни «сжигания» урана, ни сжигания нефти и газа с их загрязняющими эффектами. Однако и здесь мы оказались в плену заблуждений, в плену поддерживаемого мифа.
Использование солнечных батарей включает в себя и самую первую фазу — их производство. А это одно из самых грязных из возможных производств, которые многие страны стараются вывести со своей территории!
Но остаются ветряки. И здесь все не так замечательно!
Во-первых, это шум. Вы занимаете большие площади под мачты с ветряками. Они становятся непременным атрибутом ландшафта и шумят. Один — не сильно. Но их много, они везде…
Во-вторых, нельзя забывать про птиц. Вот, строили мы гидроэлектростанции. Экологично! Однако некоторые виды рыб — те, которые нерестятся в верховьях занятых нами рек, — наших усилий не оценили. И птицы почему-то бывают перелетные. Сбиваются в стаи и летят — то на юг, то на север, в зависимости от сезона. И гибнут в лопастях ветряков, которым по силам обеспечить лишь бытовые потребности в электроэнергии территории, которую они заняли. А вот промышленное потребление надо все равно обеспечивать за счет традиционных источников.
И в-третьих, конечно, можно так: один ветряк — один дом. Но тогда лучшей альтернативой могла бы стать обыкновенная дровяная печь. Качество нашего энергоснабжения опирается на то, что оно носит сетевой характер. Значит, и ветряки надо включать в сеть. И вот здесь нас подстерегает серьезная трудность. Все ветряки должны работать на одной, стандартной, частоте генерации, все они должны быть синхронизированы по фазе (не должно быть так, как в басне Крылова «Лебедь, рак и щука»).
Нанотехнологии позволяют решить эту проблему. Это так называемые «умные энергосети» из предыдущей главы. Но вспомним — с ними связан риск сложности. И цена такого решения может быть неприемлемой.
Все это — технологические подробности. Но за ними спрятано главное. Развитие нанотехнологий часто идет по направлениям, диктуемым нам устойчивыми мифами, такими как завышенная оценка опасности атомной энергетики и соответственно заниженная оценка вреда альтернативной энергетики и связанных с ней издержек.
Но нанотехнологии не были бы нанотехнологиями, если бы сами не являлись источником мифов.
Главный из них — нанотехнологии нам заменят… (то, что у нас уже есть, но по каким-то причинам нам не очень нравится), нанотехнологии нам решат… (проблемы, которые перед нами стоят, в том числе по причине отсутствия средств для их решения).
А что, если не заменят, как в случае с атомной энергетикой? В надежде на всесильность нанотехнологий мы отказываемся от развития энергетики, ожидаем успехов на поприще нано… и вдруг — ни успехов, ни старой, казавшейся нам неправильной, ненадежной, энергетики. И это касается не только энергетики и имеет более тяжелые последствия, такие как утеря базовых технологий (см. п. 7.5 «В капкане ложных целей»).
Также необоснованная надежда на будущее решение стоящих перед нами проблем — серьезнейший источник опасности. Развитие ГМО-технологии дает нам надежду прокормить человечество и при 12 миллиардах населения. И мы не бьем тревогу, что нас слишком много! Мы надеемся, что решим эту проблему, как и проблему питьевой (т. е. чистой) воды, как и многие другие. Но, может быть, уже сегодня нам бы следовало искать и другие решения. Но мы верим в могущество науки, той науки, которая — как мы писали во введении — еще и не вышла из пеленок.
«Наука может все» — это один из самых устойчивых мифов нашего времени. И его развенчание не будет безболезненным.
Краткая таблица рисков
Риск «неуникальности» — привыкание к рискам и риск недооценки.
Риск следования развития нано по пути, заданному мифом, а не реальностью.
Риск отказа от развития имеющихся технологий в силу завышенных ожиданий новых технологических решений.
Риск переоценки будущих технологических возможностей и отказа поиска альтернативных решений важнейших проблем.
8.3. Этика нанотехнологий
Всегда найдутся эскимосы, которые выработают для жителей Конго правила, как вести себя во время жары.
Станислав Ежи Лец
Мы уже говорили о гуманитарных технологиях как о рутинах и институтах. Но их существование невозможно без этической составляющей. Предполагаемая смена базовых рутин и институтов, обусловленная технологическим развитием, ставит перед нами ряд проблем этического порядка.
Оговоримся сразу — авторы ни в коей мере не предполагают обсуждать сами этические нормы. По их мнению, этические нормы и есть тот последний критерий, с которым мы соразмеряем наши оценки, выносим суждения о пользе и эффективности, правомерности и возможности тех или иных изменений, тех или иных новых институтов и рутин. А хороши ли сами этические нормы — предмет некой метаэтики и философии в ее широком понимании, а также сравнительной оценки этических систем (при этом обязательно исходя из приоритета какой-то одной).
Но если мы не говорим о том, хороши или плохи этические нормы, то о чем речь? А вот о чем.
Наши этические нормы так или иначе связаны с технологическим укладом. Они как минимум соответствуют или не соответствуют ему. Но они не являются калькой технологий. Напротив, они скорее составляют ту матрицу, в рамках которой возможны те или иные технологические уклады.
Таким образом, при смене технологического уклада уже сложившиеся этические нормы могут быть просто недостаточными. Появилось то новое, о чем ранее с этической точки зрения не мыслили или мыслили с других, не столь утилитарных, позиций, как это диктуется вхождением в нашу жизнь вполне себе ощутимых технологий и технологических изменений. Проблема голема, быть может, и была абстрактно-этической многие тысячелетия, но в практической плоскости она встала только сегодня.
А недостаточность этических норм, их неполнота — серьезный риск в условиях столь быстрого технологического развития, которое мы связываем с нано. Важно понимать, что наличие даже «неправильных»[123] решений лучше, чем их отсутствие. Этика не терпит пустоты — события, происходящие в нашем обществе в последние десятилетия, тому пример.
С какой скоростью, бывает, реагируют различные этические системы на технологические изменения, мы уже продемонстрировали. Вспомните о халяльности и кошерности ГМО-продуктов, описанных в п. 4.1 «Хорошую вещь ГМО не назовут». Но не все системы и не по всем важным аспектам.
Какие аспекты нанотехнологического развития прежде всего требуют дополнительного развития нашей этической системы — вопрос оценочный, как и все в этике.
Авторам представляется, что это те вопросы, которые связаны с геномными и постгеномными технологиями, а также технологиями регенеративной медицины. Именно они затрагивают вопросы, что есть человеческое, что нет. И во главе угла должен стоять принцип антропоцентризма. Возможность отказа от него — серьезный риск.
Нельзя сбрасывать со счетов и то, что ряд этических норм в условиях технологического развития может (и должен) претерпеть серьезные изменения. По-видимому, среди первых претендентов на пересмотр — наше представление о доступности технологий и режимах нераспространения. Недопущение нанотехнологического неравенства с одновременной гарантией отсутствия девиантных применений, таких как терроризм, — серьезнейшая проблема. В конце концов, все это предполагает наличие серьезных механизмов доверия сторон, а это важнейшая этическая проблема.
Важно отметить, что мы живем в мире конкурирующих взаимозависимых этических систем. По мнению многих, технологическое развитие, его глобальность, диктует нам необходимость универсализации этических систем, перехода к одной, которую способны разделять все, включая не только разные культуры и религии, но и субкультуры тех или иных меньшинств. Это — пусть неявный, непроговариваемый, но краеугольный камень современного либерализма. Не давая этому оценки, как мы и обещали, авторы не могут не отметить, что это утверждение само является этической оценкой с позиций выбранной, приоритетной для дающего оценку, этической системы.
Так или иначе, проблема взаимодействия и гармонизации различных этических систем в условиях глобального характера технологических изменений, обусловленных нано, — серьезный вызов современности.
К этому примыкает проблема базовых ценностей. В различные времена цивилизация опиралась на некоторую базовую ценность, которая так или иначе формировала ее характер, уклад, будь то первобытно-общинное общество, имевшее ценности, направленные исключительно на выживание вида, или существующее сегодня информационное общество, основной ценностью которого является коммуникация. Так в разное время в этом качестве выступали религия и наука. Сегодня, в условиях бурных нанотехнологических перемен и еще более — их ожиданий, возможна неожиданная смена такого института, о чем мы писали в разделе «в капкане ложных целей». Наука может неожиданно уступить место мифологическому сознанию — симптомы, что называется, налицо. И неважно, что называться это будет по-научному: квантово-механическое мышление.
Те или иные базовые ценности означают готовность или неготовность общества принять технологические изменения. Такое возможно не только путем оценки плюсов и минусов применения технологии, рисков, с нею связанных, и порождаемых ею преимуществ. Возможны и иные механизмы, не связанные с полной рефлексией происходящего. Именно они стали наиболее значимыми в последнее время. Речь, прежде всего, о рекламе. Можем ли мы доверять такому механизму — не решенная на сегодня этическая проблема.
Но, в любом случае, неприятие технологических изменений — это большой шаг в сторону катастрофических последствий.
Если общество не готово к технологии — эту технологию может ждать судьба Рима, разрушенного варварами, или статуй Будды, разрушенных талибами в Афганистане. (26 февраля 2001 г. в груды камней были превращены две каменные статуи Будды. Одна являлась крупнейшим в мире изваянием Будды высотой 53 метра и была высечена в скале. Возраст статуи был около 1500 лет.)
Если не будет принята критическая часть нанотехнологий, то вполне возможен сценарий темных времен, описанных в п. 7.4 «Вперед в прошлое. Риск не состояться».
Еще одна болезненная этическая проблема — проблема права на риск, на ошибки. К сожалению, путь становления этических норм, так необходимых, чтобы избегать ошибок, остро нуждается в последних.
Ошибки от применения отдельных технологий формируют новые этические нормы. Теперь все знают (как на уровне правительств, так и индивидуального сознания), что взрывать атомные бомбы не в мирных целях — преступно. Тем не менее в середине XX в. атомной бомбой пугали детей (и взрослых); атомная бомба стала удобным средством предотвращения крупных международных конфликтов. Этика выступает внутренним запретом. Но мало этот запрет создать или сформулировать (в виде свода правил, кодексов, «клятв Гиппократа» и пр.), необходимо обеспечить деятельность механизмов соблюдения данных норм не только на институциональном, но и на личном, ментальном уровне.
А это тема уже другой толстой книги.
Краткая таблица рисков
Риски недостаточности, неполноты этической системы.
Риск отказа от безусловного приоритета антропоцентризма.
Риск необходимости корректировки ряда этических норм.
Риск баланса недопущения нанотехнологического неравенства и режимов нераспространения — проблема доверия.
Риски, обусловленные взаимодействием и возможной гармонизацией различных этических систем в условиях глобального характера технологических изменений.
Риск утраты научного мышления как основы современной цивилизации.
8.4. Экология нанотехнологий
Экологи полагают, что журавль в небе лучше, чем синица в руках.
Стэнли ПирсонВажнейшей проблемой, также имеющей этическое содержание, является проблема допустимости того или иного вмешательства в нашу среду обитания. Но технологическое развитие, многократно ускоренное развитием нанотехнологий, диктует нам новое «прочтение» этой среды. Она уже не ограничена биоизмерением — тем измерением, за которое ответственна экология.
Появилось собственно технологическое измерение, заставляющее нас говорить об экологии технологий. Технологии как явление — неотъемлемый атрибут всей нашей жизни, такой же атрибут, как и та живая природа, откуда мы родом. Человек в силу своих возможностей сам создает свою среду обитания. И эта среда не всегда дружественная.
В этой связи некоторые эксперты говорят об «отравлении технологиями»[124]. Это отравление имеет следующие симптомы.
Мы предпочитаем быстрые решения во всех областях. Наше сознание «технологично», и мы это переносим на все сферы жизни, даже те, которые не терпят спешки. Мы живем на бегу — отсюда фастфуды, отсюда стрессы и образ жизни, в котором последнее слово все более утрачивает свое первоначальное значение. Мы не работаем, чтобы жить, мы живем, чтобы работать.
Мы преклоняемся перед технологией. Она нам заменила те базовые ценности, которые ранее, а может и сегодня, связаны с трансцендентным, с верой. Откуда такой всеобщий посыл, что лучше то общество, которое технологичнее? Мы стремимся выиграть технологическую гонку, часто не отдавая себе отчет, что мы подменили цель средством. А сами цели размыты, не вычленены, все более носят абстрактный характер.
Вера в технологии изменила наше сознание. У нас появился новый источник «чудес». Всё стало мысленно возможным: ведь чудо — это реализация невозможного. Мы перестаем различать реальность и фантазию. Научное сознание вновь уступает место сознанию донаучному, мифологическому.
Мы связываем свое будущее с прогрессом технологий, наши коллективные усилия — на уровне правительств и их объединений — направлены на их развитие. Наши планы — технологии. Мы с ними не расстаемся даже во сне, как маленький ребенок не расстается в постели с любимой игрушкой.
Действительно, мы любим технологии, их продукт, как дети любят игрушки. Все новые и новые гаджеты и девайсы[125] — игрушки нового времени. Инфантилизация человека — лишь одно из проявлений этого.
Это далеко не полный список того, как проявляется «технологическое отравление».
Вместе с тем отказ от технологического развития катастрофичен. Мы не можем не «загрязнять» нашу среду технологиями. Тем самым необходимо с ними научиться жить — как ни странно это звучит.
Это умение предполагает, в частности, следующее:
• планирование последствий применения нанотехнологий и технологий в целом и контроль технологического роста. Обеспечение такого планирования возможно исключительно на уровне государства. Трудно рассчитывать на объективную оценку тех или иных технологий и рисков с ними связанных, иных участников технологического развития — от корпораций до «независимых» экспертов. Действительная независимость экспертов может быть обеспечена только государственными институтами;
• проведение комплексных исследований по безопасности нанотехнологий во всех аспектах: от собственно технологических и санитарных до экономических и социальных;
• организацию системы образования, если не гарантирующей, то способствующей восприятию технологических изменений с учетом принципиального междисциплинарного характера последних.
Появление новых классов технологий имеет как минимум два взаимосвязанных, но и дихотомичных аспекта.
Во-первых, это ведет к все большему отрыву человека от природы как среды обитания. Человек обитает преимущественно во всё более технологической среде. Технологии оказывают определяющее влияние на нас, на нашу культуру и этику, на природную среду. На всё. Формируется новый ландшафт — и если ранее человек рисковал заблудиться в незнакомом ему лесу, погибнуть в пустыне, не ведая, как найти источники воды, замерзнуть от холода на Крайнем Севере, то теперь и отдельный человек, и человечество в целом рискует заблудиться в «дебрях нанотехнологий», не найдя того, что так остро необходимо для сохранения жизни. Чтобы идти в лес, надо быть взрослыми. Применение технологий, не соответствующих уровню культурного развития, ведет к катастрофам.
Во-вторых, нанотехнологии, смешивая живое и неживое, и традиционную экологию делают предметом технологическим. Геномные и постгеномные технологии, в том числе технологии, влияющие на разнообразие в живой природе на геномном уровне, молекулярные миметические[126] технологии, технологии, искажающие трофические цепочки, — вот неполный список новой биоэкологии, порожденной экологией технологий.
Объединяя все сказанное в предыдущем и данном разделе, надо признать правоту заместителя директора Института проблем развития науки РАН В. В. Иванова в том, что «современная экология будет содержать три взаимосвязанных раздела: экологию биологическую, экологию культурную (или нравственную) и экологию технологий» [127].
Краткая таблица рисков
Риск «технологического отравления».
Риск непланового, бесконтрольного технологического развития.
Риски смены среды обитания человека — с природной на технологическую.
8.5. Ответственность перед обществом и моделирование новой реальности
Бессмысленно продолжать делать то же самое и ждать других результатов.
Альберт ЭйнштейнИ так, спонтанное технологическое развитие в условиях рисков нанотехнологий, их разнообразия, принципиальной новизны и во многом, непредсказуемости, чревато губительными последствиями. Развитие нанотехнологий не может быть бесконтрольным. Но кто и как должен осуществлять этот контроль?
Прежде всего, мы должны четко и ясно сформулировать цели прогресса, не путая при этом сами конечные цели с теми инструментами, за счет которых мы их достигаем. Кто и как должен сформулировать эти цели? Ученый? Чиновник? Гражданское общество? Без ответа на этот вопрос есть все основания опасаться, что цели будут сформулированы не точно, не корректно, возможно, ошибочно.
Мы привыкли формулировать наши цели как ответы на вызовы те вызовы, которые мы видим сегодня или предполагаем в будущем. Но этого недостаточно. Было бы намного полезней, если бы мы сумели сформировать, сформулировать картину будущего, того будущего, которое не только возможно, но и желательно нам, исходя из наших этических представлений. Отсутствие таковых — заведомая гарантия неуспеха. А с этим — и у нас в России, и у человечества в целом, — как представляется авторам, серьезные проблемы.
Для формирования такого видения жизненно необходим национальный институт прогноза, при этом прогноза активного, а не пассивного, понимаемого как следование сложившимся внутренним или внешним тенденциям, трендам. Прогноз — это инструмент управления действительностью.
Итак, цели сформулированы. Так сложилась мировая практика, и это правильно, что эти цели формулируются на уровне верховной власти. В Российской Федерации это Президентская инициатива «Стратегия развития наноиндустрии», подписанная Президентом В. В. Путиным в 2007 г. Это емкий и важный документ. Но он, как ему и надлежит быть, — рамочный. Его развитие возможно через программные документы, такие как государственные программы. И вот уже с этим не всё так гладко. Существующая Программа развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2015 г. — не государственная программа. Она состоит из самостоятельных фрагментов — федеральных целевых и ведомственных программ, каждая с самостоятельными источниками и механизмами финансирования, самостоятельными целями и задачами. Общей картины, общего видения они не создают. А сама Программа — искусственная оболочка над и так существующим. Все это понимают, но мало кто что-то делает[128].
Действия различных участников процесса по введению в жизнь нанотехнологий, развития наноиндустрии с необходимостью должны быть скоординированы. А это уже не только Программа. Это институт или институты такой координации. И такой институт создан. Это национальная нанотехнологическая сеть (ННС).
Национальная нанотехнологическая сеть — согласно Положению о национальной нанотехнологической сети (утвержденному постановлением Правительства РФ от 23 апреля 2010 г. № 282 «О национальной нанотехнологической сети») — совокупность организаций различных форм собственности, обеспечивающих и осуществляющих скоординированную деятельность по разработке и коммерциализации нанотехнологий, разработке и выпуску продукции наноиндустрии, ее метрологическому обеспечению, стандартизации, оценке и подтверждению соответствия, обеспечению безопасности создания и применения, подготовке, переподготовке и повышению квалификации кадров для наноиндустрии, а также по финансированию проектов развития наноиндустрии.
Вместе с тем обеспечение такой безопасности в рамках ННС вменено всем и никому[129]. Ни в функции органа управления и координации, а это Минобрнауки, ни в функции органов координации ННС, а это:
• научный координатор национальной нанотехнологической сети — НИЦ «Курчатовский институт»;
• координатор национальной нанотехнологической сети в области метрологии, стандартизации и оценки соответствия — Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии;
• координатор инновационной деятельности национальной нанотехнологической сети — ОАО «Роснано»;
• отраслевые координаторы национальной нанотехнологической сети — головные организации отраслей по тематическим направлениям деятельности национальной нанотехнологической сети,
ни в функции участников ННС обеспечение нанобезопасности напрямую, быть может за исключением метрологического обеспечения, не входит.
В функции ННС входит задача информирования общества о возможностях, перспективах и рисках, связанных с применением нанотехнологий и продукции наноиндустрии. Но она также носит общий характер — ответственный не определен.
Сложность, системность и частая непредсказуемость рисков, связанных с развитием нанотехнологий, требуют их постоянного мониторинга и анализа. Такой мониторинг по факту осуществляется в рамках мониторинга научных исследований и разработок в сфере нанотехнологий, который входит в компетенцию научного координатора национальной нанотехнологической сети. Но самостоятельного мониторинга рисков на сегодня не существует.
Можно резюмировать. Мы находимся в начале пути по обеспечению полномасштабной безопасности нанотехнологий, контроля и учета рисков во всех аспектах, часть из которых мы попытались описать в этой книге.
Предстоит сделать больше, чем уже сделано. И авторы, как и другие люди, вовлеченные в сферу нано, понимают свою ответственность.
Краткая таблица рисков
Риски недостаточных или ошибочных целей развития нанотехнологий.
Риски отсутствия или несистемности национальной программы развития нанотехнологий.
Риски отсутствия институтов, ответственных за нанобезопасность и мониторинг рисков.
Вместо заключения: будут ли нанотехнологии управлять человеком
В своих бедствиях люди склонны винить судьбу, богов и все что угодно, но только не себя самих.
ПлатонНанотехнологии несут нам глобальные риски. Эти риски необходимо контролировать.
Часть рисков неизбежна. Это наша плата за преодоление других, более губительных рисков. Чтобы прокормить человечество, нам придется смириться с ГМО-продуктами. Побеждая болезни, мы все более делаем нас нежизнеспособными как биологический вид. Нам уже никогда не познать «прелестей» жизни свободного первобытного человека. За это мы платим. Иногда — дорого.
Часть рисков катастрофична. Их реализация означает конец человечества. Надеемся, что их удастся избежать, как удается до сих пор избежать ядерного апокалипсиса. Однако здесь у нас не все в порядке. Человека, заявившего о необходимости ядерным взрывом уничтожить все человечество, сочтут, по меньшей мере, ненормальным. А вот идеи трансгуманизма находят широкую поддержку и распространение.
Но есть риски, которые можно избежать и которые — при всей тяжести наступления неблагоприятных событий — не ведут к гибели человечества. Они разнообразны.
Есть риски технологические. С ними человечество жить научилось. Не все из них человечеством благополучно преодолены. Так, взрывы дирижаблей заставили человечество отказаться от этого экономически эффективного вида транспорта. Катастрофы на ядерных электростанциях заставили ряд технологически развитых стран — возможно, временно — отказаться от развития ядерной энергетики.
Но большинство из этих рисков — наша повседневная реальность, неизбежный фон нашей жизни. Поезда время от времени сходят с рельсов, самолеты падают, корабли тонут. Наши глобальные системы жизнеобеспечения, такие как снабжение электроэнергией, неожиданно выходят из строя. События эти редки, но они есть. И мы медленно и неуклонно делаем многое для того, чтобы они были еще более редкими, чтобы последствия были не столь трагичны.
Есть риски экологические. До сих пор нам не удавалось нанести такой вред экосистеме планеты Земля, который бы поставил на грань существования саму жизнь и жизнь человечества. Впрочем, наши попытки продолжаются. Возможное климатическое оружие — лишь видимая верхушка айсберга таких попыток.
К экологическим рискам примыкают риски создания искусственной жизни — тех нанороботов биологического и вне-биологического происхождения, которых мы готовы поставить на службу человечеству. Они — возможная новая часть всей экосистемы Земля. Наш великий соотечественник В. И. Вернадский[130] уже в XX в. писал о том, что человек — серьезный геологический фактор, преобразующий Землю, а ноосфера так же значима для планеты, как и биосфера. Быть может, его слова ранее не все принимали всерьез. Теперь — придется.
Есть риски военные. Это риски сопровождали человечество на протяжении всей его истории. И здесь нанотехнологии приготовили нам сюрприз — относительную доступность смертоносного и эффективного оружия. При возможной — также благодаря нанотехнологиям — утрате стратегического равновесия в мире последнее становится серьезным источником возможных террористических угроз.
Есть риски экономические и социальные. Структурные изменения в экономике, возможный экономический коллапс из-за изобилия дешевых нанотехнологических товаров, социальные потрясения из-за изменения стилей жизни — все это лишь предвестники возможной кардинальной смены технологического, а с ним и социального укладов.
Появились и совсем новые риски. Это риск переделки и «улучшения» человека, его тела и его мозга, его генома. Все это ставит перед нами новые этические проблемы, с которыми человечество ранее не сталкивалось или сталкивалось мало. Проблема эвтаназии может показаться несерьезной по сравнению с новыми.
Наконец, с нанотехнологиями связывают вполне экзотические риски — риски переноса законов квантового мира в наш, неквантовый. Возможность изменить саму структуру мира, его законы причинности кажется невероятной. Но невероятными и экзотическими эти риски будут ровно до того момента, пока их кто-нибудь — возможно, нечаянно — не реализует.
И все эти риски надо контролировать. Этот контроль обязателен. И он должен носить системный характер. Важно ничего не пропустить, многое заранее предвидеть. Необходимы меры властного регулирования, установление режимов нераспространения.
И вот здесь нас поджидает еще один риск — самый коварный. Это риск самого контроля и регулирования. Нанотехнологии проникают во все сферы жизни. Следовательно, и контроль, чтобы быть эффективным, должен быть тотальным. А тотальный контроль — это уже более чем риск для личности и общества, даже если власти и не будут этим контролем злоупотреблять.
Следует признать, что институты современного общества не способны должным образом разрешить это противоречие: требование контроля и обеспечение свободы. Следовательно, тот мир, который мы знаем, к которому привыкли, уйдет в прошлое. И в условиях нового мира нам надо обеспечить приоритет человека перед технологиями, перед институтами общества. Это и есть гуманизм, это и есть свобода.
И самое главное — всех этих рисков, включая последний, надо остерегаться, но не бояться. Их надо преодолевать. Их непреодоление чревато откатом, наступлением нового Средневековья. Ведь нам необходимо решить все вызовы, которые так остро стоят сегодня перед человечеством: энергетическая, экологическая и продовольственная безопасность, качество жизни, образования и общественного управления, борьба с бедностью, болезнями и терроризмом — тех вызовов, которые обозначены Президентской инициативой «Стратегия развития наноиндустрии». Не решив их, мы не сможем жить по-старому, как раньше. Не получится. Выбора у нас нет. Есть только два пути: назад или вперед.
Нано нас здорово озадачило. Найдем же в нем самом, а прежде всего в самих себе ресурсы для преодоления всех рисков. История только начинается!
Литература (неожиданная глава)
— … И — боже вас сохрани — не читайте до обеда советских газет.
— Гм… Да ведь других нет.
— Вот никаких и не читайте.
Михаил Булгаков. «Собачье сердце»— В Риме у меня была библиотека в пять тысяч книг. Читая и перечитывая их, я убедился, что сто пятьдесят хорошо подобранных сочинений могут дать если не полный итог человеческих знаний, то во всяком случае все, что полезно знать человеку.
Аббат Фариа. Роман А. Дюма «Граф Монте-Кристо»Эта глава — точнее, что ее пришлось написать, — оказалась неожиданностью для авторов. И вот почему.
Обычно в конце книги идет список литературы, которым пользовались авторы при написании книги. Но скажите, пожалуйста, какая польза на ссылку на отчет по НИР, выполненный Институтом питания РАМН для Министерства образования и науки (в рамках работ Федеральной целевой программы). Где уважаемый читатель это найдет?[131] Да и будет ли он это читать?
Может, лучше просто помочь читателю советом, что стоит прочитать? Конечно, из того, что много раньше читали авторы и что позволило им сегодня сложить эти «пазлы», последний из которых сейчас перед глазами читателя. Наверное, так будет лучше.
Тема книги — как успел убедиться читатель — синтетична, т. е. пришлось коснуться многого. Во-первых, сами нанотехнологии — принципиально междисциплинарная отрасль знания. Здесь и физика, и химия, и биология, и медицина. И как бы ни продолжать список, он может остаться неполным. А когда мы затрагиваем вопрос о том, как нанотехнологии повлияют на нашу жизнь, список тем неумолимо расширяется. Здесь и экология, и снова медицина, но в лице санитарии, и, главное, футурология и прогнозирование. Как без прогноза рассказать о том, чего еще нет, но обязательно будет?
Столько всего надо прочитать. Но, и авторы на этом настаивают, не стоит читать все подряд. Так, после прочтения множества книг о нанотехнологиях у вас обязательно сложится о них неверное представление. Вы либо решите, что нанотехнологии — это материаловедение на современном уровне, либо что это какие-то мечты нового коллективного «Циолковского» о далеком «завтра». Ни то, ни другое не верно.
Более того, в таких источниках, как Интернет, вы с легкостью наткнетесь на какую-либо виртуальную «реальность», подобную барнаульскому метрополитену (см. п. 2.4 «Нейронное минное поле»).
Итак, приступим к советам.
Из футурологии[132] в части последствий научно-технологического развития авторы рекомендуют замечательную и легко написанную книгу Андрея Столярова «Освобожденный эдем». Вот ее выходные данные.
Столяров А. М. Освобожденный эдем / Андрей Столяров. — М.: ACT: ACT МОСКВА: ХРАНИТЕЛЬ; СПб.: Terra Fantastica, 2008. — 414, [2] с. — (Philosophy).
Из этой книги вы сможете узнать многое из того, что авторы не смогли вам рассказать из-за недостатка места и требования не отклоняться от основной темы. Ссылка на фантастику не должна вас смущать — множество замечательных философских футурологических книг прошло через руки Николая Ютанова — футуролога и генерального директора издательства «Terra Fantastica». Вот следующие книги-прогнозы этого издательства, которые мы вам бы рекомендовали:
Переслегин С. Б. Самоучитель игры на шахматной доске / Сергей Переслегин. — М.: ACT; СПб.: Terra Fantastica, 2005.
Переслегин С., Переслегина Е., Ютанов Н. и др. Новые карты Будущего, или Анти-РЭНД. — СПб.: TF; М.: ACT, 2009. Конечно, читая все то, что вышло из-под пера замечательного футуролога Сергея Борисовича Переслегина, надо быть готовым к пониманию таких слов, как «имманентный» и «онтология», да и множества других. Но загляните в словарь — оно того стоит!
Полезно заглянуть на страничку официального сайта Сергея Борисовича http://www.igstab.ru/Books/Philosophy.htm. Это вам упростит поиск этих книг, а также ряда других.
Из зарубежных футурологов мы рекомендовали бы Тоффлера с его «простенькой» мыслью, что если вам 40 лет, то как минимум половина событий в этом мире случились уже при вашей жизни. Если вы об этом всерьез задумаетесь, то это может вас заставить перечитать нашу книгу более внимательно во второй раз. Вот ссылка на нее:
Тоффлер А. Футурошок. — СПб.: Лань, 1997.
Для понимания общих трендов развития общества, как они видятся с западной точки зрения, полезно почитать:
Нейсбит Дж. Мегатренды. М.: ACT, 2003.
Большую обеспокоенность в мире вызывает выход за пределы, когда человек потребляет больше, чем может дать планета. В принципе, нанотехнологии во многом являются решением этой проблемы, позволяя или отодвинуть границы дальше, или же вообще перевести их на качественно новый уровень. В 1970-е гг. по заказу ряда богатых меценатов ученые провели первые работы по математическому моделированию развития Земли. В дальнейшем их расчеты неоднократно уточнялись, перепроверялись, но вывод остался прежним: развитие человека натолкнется в ближайшем будущем на серьезную преграду: количество ресурсов ограничено! Стоит почитать эту книгу, чтобы понять, что безграничный рост и постоянное удвоение ВВП — не такое уже и благо:
Медоуз Д., Рандерс Й., Медоуз Д. Пределы роста. 30 лет спустя. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.
Если вас интересует, как строятся прогнозы в западном обществе с привлечением научных теорий, прочтите занимательно написанную книгу Н. Н. Талеба. Биржевой игрок «на пальцах» объясняет, что такое теория катастроф и хаос, о которых мы неоднократно упоминали на страницах книги:
Талеб Н. Н. Черный лебедь. М.: Колибри, 2009.
Если вы хотите поближе познакомиться с прогнозированием, его инструментарием, самим прогнозом научно-технологического развития на длительную перспективу, включая ведущую роль нано, то вам полезно познакомиться с шестью работами, представляющими единое целое, опубликованными Курчатовским институтом. Вот они:
Переслегин С., Ютанов Н., Желтов А., Ханин А. Научно-технологическое прогнозирование. Часть 1. Пространство мирового научно-технологического развития. — М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — 40 с.: ил.
Куклина И., Переслегин С., Ютанов Н. и др. Научно-технологическое прогнозирование. Часть 2. Технологические пакеты и сценарная гипотеза развития новых технологий. — М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — 56 с.: ил. Переслегин С., Ютанов Н. Сценирование технологического развития. Часть 1. Сценарии технологического развития. Методология неизбежного будущего и эволюция современных технологических пакетов. — М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — 48 с.: ил.
Переслегин С., Ютанов Н., Куклина И. и др. Сценирование технологического развития. Часть 2. Мировое пространство форсайтов и факторы, определяющие российское неизбежное будущее до 2020 г. — М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — 60 с.: ил.
Тараненко С., Переслегин С., Ютанов Н. и др. Технологические пакеты мейнстрима. Часть 1. Технологический мейнстрим как основа технологического развития и построение фундаментальных сценариев его развития. — М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — 60 с ил.[133]Переслегин С., Ютанов Н., Княгинин В. и др. Технологические пакеты мейнстрима. Часть 2. Особенности технологического развития регионов Российской Федерации. — М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — 96 с.: ил.
К сожалению, поиск этих книг потребует от вас известного упорства и посещения библиотеки. Понимая, что это сложновато, можно начать с журнала «Российские нанотехнологии».
Ютанов Н. Ю. Рабочая группа по форсайту российского научного центра «Курчатовский институт». Финансовый кризис и рынки технологического развития // Российские нанотехнологии. — 2009. — Т. 4. — № 5–6.
Интернет-версию этой статьи можно найти на сайте «Фабрика мысли». Вот ее адрес: http://www.fabrikarnisli.ru/page/128/
Коль скоро речь зашла о журнале «Российские нанотехнологии», то загляните в следующую статью, опубликованную в нем:
Тараненко С. Б., Иванов К. В. Перспективы развития наноиндустрии в Российской Федерации. «Дорожная карта» развития нанотехнологий // Российские нанотехнологии. — 2011.Т. 6. — № 5–6. С. 11–13.
Тараненко С. Б., Балякин А. А. Инфраструктура наноиндустрии // Российские нанотехнологии. 2011. Т. 6. № 11–12. С. 7–11.
Балякин А. А. Мониторинг как инструмент государственного контроля и управления развитием национальной наноиндустрии // Российские нанотехнологии. 2011. Т. 6. № 7–8. С. 8–13.
Мы незаметно перешли от прогноза к собственно нанотехнологиям. Что здесь читать еще? Написано много. Но… Впрочем, есть прекрасная книга, вот она (сразу две ссылки — на разные издания):
Нанотехнологии. Азбука для всех / под ред. Ю. Д. Третьякова. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. — 368 с.
Нанотехнологии. Азбука для всех / под ред. Ю. Д. Третьякова. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. — 368 с.
К счастью, на эту книгу есть многочисленные ссылки в Интернете.
А вот на следующую книгу, которую бы авторы с удовольствием рекомендовали, ссылок в Интернете нет, и тираж ее мал.
А ее могли бы прочитать даже дети — на них она и рассчитана. Будем надеяться, что авторам удаться ее переиздать. Вот ее данные:
Тараненко С. Б., Иванов К. И. Об удивительном мире атомов и молекул с приставкой НАНО. — Подольск, 2010. — 128 с.
В связи с нанотехнологиями нельзя не вспомнить книгу японского ученого Н. Кобаяси, который одним из первых попробовал просто рассказать о сложном. Именно эта книга — а точнее, потребность заново пересмотреть многие из проблем, которые Кобаяси поставил еще в конце 1990-х гг., до «Национальной нанотехнологической инициативы»[134] — стала одним из важных мотивов появления нашей книги, а возможно и следующей[135]. Вот ссылка:
Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008.
Две следующие книги дадут вам представление о том, какие угрозы и риски могут нести с собой высокие технологии, будучи применены в военной сфере:
Альтман Ю. Военные нанотехнологии. Возможности применения и превентивного контроля вооружений. М.: Техносфера, 2008.
Митио Каку. Физика невозможного. М.: Династия, 2009.
О том, как реально обстоят дела с нанотехнологиями в России, можно прочитать в изданных в Курчатовском институте трех сборниках по итогам мониторинга развития национальной нанотехнологической сети. В них собраны фактические данные о том, как и в каком направлении развиваются нанотехнологии в России. Не все так радужно, как нам бы хотелось, но, поверьте, не все так уж и плохо!
Интегрированная система мониторинга национальной нанотехнологической сети. Сборник аналитических материалов № 1–3 / под ред. А. А. Балякина. М.: Изд-во НИЦ «Курчатовский институт», 2011.
Впрочем, авторы намерены освятить эти вопросы в популярной форме в своей — уже упомянутой — будущей книге.
Что читать по биологии или медицине — совет дать трудно, Слова, используемые специалистами в этих науках, как правило, еще заковыристее, чем «онтология» по-переслегински. Простым и понятным языком написано крайне мало. Можно посоветовать следующее (но опять — тираж минимальный, что означает «поход в библиотеку»):
Биотехнология: взгляд в будущее. Первая половина XXI века: сборн. / В. М. Говорун, В. В. Зубов, А. А. Канапин и др.; под ред. акад. К. Г. Скрябина. — М.: Центр «Биоинженерия» РАН, 2008. 68 с.
Да, самое главное: давайте не забывать о собственно физике, которая породила нанотехнологии. Внимание! Очень часто вместо термина «нано» в физике вы встретите совсем другое, например «конденсированное состояние», будь то его теория или электродинамика. Все это, если позволяет уровень подготовки, полезно читать. Но это для физиков. А если вы не физик или им еще не стали — как быть? Бесспорно, начинать следует с классического учебника по физике «пионера» нанотехнологий Ричарда Фейнмана.
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Тома 8, 9: Квантовая механика: пер. с англ. — 3-е изд. — М.: Эдиториал УРСС, 2004.
Беда только в одном: чтобы все понять, желательно прочитать и предыдущие семь томов. Впрочем, прочитать их сможет и хорошо подготовленный школьник. Как минимум у одного из авторов в школьные годы это получилось. А удовольствие от этой книги… — впрочем, попробуйте!
* * *
Итак, конечно, это не все. Можно советовать без конца — уж больно приятное это занятие. Но надо же где-то закончить. Впрочем, стоп… вот последнее:
Я думаю, что смело могу утверждать: квантовую механику не понимает никто.
Ричард ФейнманТак что если вы что-то не поймете из прочитанного, не огорчайтесь. Как минимум вы не одиноки.
Примечания
1
Среди них Сергей Переслегин, Николай Ютанов и др. См., например: Переслегин С. Б. Самоучитель игры на шахматной доске / Сергей Переслегин. М: ACT; СПб.: TeraFantastica, 2005: Переслегин С., Переслегина Е., Ютанов Н. и др. Новые карты Будущего, или Анти-РЭНД. СПб.: TF; М.: ACT, 2009.
(обратно)2
Теория Мальтуса сводилась к двум положениям: 1) биологическая способность к размножению у человека превосходит его способность увеличивать продовольственные ресурсы; 2) сама способность к воспроизводству ограничивается наличными продовольственными ресурсами. — Прим. ред.
(обратно)3
При всем уважении к Джордано Бруно он взошел на костер не за это.
(обратно)4
Гироскоп, каким и является юла, отклонится под действием приложенной к нему силы не в направлении этой силы, а в перпендикулярном ему направлении в плоскости вращения.
(обратно)5
Это устройство с иголочкой нанометрового диаметра на конце, с помощью которого микроскоп ощупывает поверхность.
(обратно)6
Мстительный ученик установил линзу так, чтобы дом обидчика загорелся от солнечных лучей в определенный день — через год после своего позорного изгнания из дома учителя.
(обратно)7
Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Тома 8, 9: Квантовая механика: пер. с англ. 3-е изд. Эдиториал УРСС. С. 152.
(обратно)8
Среди таких технологий — размол, т. е. размельчение материала мельницей.
(обратно)9
Не очень сложный теоретико-механический расчет поведения всей системы (орбитальный спутник, поднимаемый спутник и пусть легкий, но все же весомый канат) в гравитационном поле Земли, изменяющемся с высотой, показывает, что система ведет себя совсем не так, как это предполагают апологеты космического лифта.
(обратно)10
КПД зависит от разности температур нагревателя и холодильника тепловой машины. Нанопокрытия позволяют существенно увеличить температуру.
(обратно)11
Сродством к электрону называют энергию, выделяющуюся в процессе присоединения электрона к свободному атому. Если два металла имеют различное сродство, то при их контакте возникает электродвижущая сила — как в батарейке. Текущий ток разрушает материал.
(обратно)12
Адгезия (от лат. adhaesio — «прилипание») — слипание поверхностей двух разнородных твердых или жидких тел.
(обратно)13
Авторы не приводят действительную историческую последовательность событий. Это лишь иллюстрация общего принципа.
(обратно)14
Авторы из общих соображений, хотя и не пробовали, предполагают, что при тех режимах обработки, которые используют для наноструктурного режущего инструмента (высокие скорости обработки), можно устроить неплохой фейерверк.
(обратно)15
Оказалось, что и здесь — в отсутствии должного контроля — картина та же. Сегодня СМИ сообщают о выявленных случаях производства деталей для ракетоносителей на «заводах в сарайчиках».
(обратно)16
Кермет — керамический металл, металлокерамика, искусственный материал, представляющий собой гетерогенную композицию металлов или сплавов, в том числе с неметаллами.
(обратно)17
Чистая линия — группа организмов, имеющих некоторые признаки, полностью передающиеся потомству в силу генетической однородности всех особей.
(обратно)18
Конечно, можно считать, что все, что делает Роснано, — по определению нано, но строго обратное утверждение, по мнению авторов, гораздо больше соответствует фактам.
(обратно)19
Дефекты могут двигаться по кристаллической решетке так же или почти так же, как в ней движется электрон проводимости. Для того чтобы дефект двигался, не нужно, чтобы двигался атом решетки: атомы передают дефекты «из рук в руки», как электроны.
(обратно)20
Время жизни спутников нового поколения — 15 лет.
(обратно)21
Тесла — единица индукции магнитного поля в СИ. Названа в честь Николы Тесла — физика, инженера и изобретателя в области электротехники и радиотехники.
(обратно)22
Солнечные пятна являются областями выхода в фотосферу (поверхность Солнца) сильных магнитных полей.
(обратно)23
Химик-ученый, возможно, не согласится с нами. Он скажет, что есть кислоты, не содержащие водорода. Но это не отменяет нашей аргументации.
(обратно)24
Люминофор (от лат. lumen — свет и др.-греч. ????? — несущий) — вещество, способное преобразовывать поглощаемую им энергию в световое излучение.
(обратно)25
Дендримеры — древообразные полимеры (от греч. dendron — дерево), молекулы которых имеют большое число разветвлений.
(обратно)26
Источник: http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article763
(обратно)27
Бенуа Мандельброт (1924–2010) — французский и американский математик, создатель фрактальной геометрии.
(обратно)28
Mandelbrot В. How long is the coast of Britain? Statistical self-similarity and fractional dimension // Science. New Series. Vol. 156, No. 3775 (May 5, 1967). 636–638.
(обратно)29
Нильс Фабиан Хельге фон Кох — шведский математик.
(обратно)30
Koch H. von. Sur une courbe continue sans tangente, obtenue par une construction g?om?trique ?l?mentaire // Archiv for Matemat., Astron. och Fys. 1904. 1681–702;
Koch H. von. Une m?thode g?om?trique ?l?mentaire pour l’?tude de certaines questions de la th?orie des courbes planes // Acta Math. 1906. 30 145–174.
(обратно)31
Математик здесь нас обязательно поправит. Он скажет, что размерность, добавив слово Хаусдорфова, равна ln 4 / ln 3 = 1,26. Но давайте, каждый раз произнося слово «размерность», будем иметь в виду «степень подобия», и все встанет на свои места.
(обратно)32
В гидродинамике (т. е. когда мы проектируем корабли и самолеты) мы сталкиваемся с похожим фактом. Большая и маленькая системы похожи, если они вовсе не одинаковые. Важно, чтобы были одинаковыми значения так называемого числа Рейнольдса.
(обратно)33
Хиральность (молекулярная хиральность) — свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трехмерном пространстве.
(обратно)34
Этот результат отмечен Нобелевской премией по химии за 2011 г.
(обратно)35
Симметрией пятого порядка обладает пятиугольник, седьмого — семиугольник, десятого — десятиугольник. Для неживой материи характерны симметрии треугольников, четырехугольников, включая ромбы и квадраты, и шестиугольников.
(обратно)36
Источник: http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Pen0305c.gif&filetimestamp=20051101182038
(обратно)37
По нервам — нашим или животных — распространяется электрохимический сигнал: химические изменения приводят к электрическим, электрические к химическим, но уже чуть дальше вдоль нерва.
(обратно)38
Виктор Анатольевич Бут (род. 1967) — российский предприниматель, признанный судом присяжных в Нью-Йорке виновным в незаконной торговле оружием и поддержке терроризма. Приговорен к 25 годам лишения свободы. — Прим. ред.
(обратно)39
Машина Тьюринга — абстрактная вычислительная машина (исполнитель), предложенная Аланом Тьюрингом в 1936 г. для формализации понятия алгоритма. Машина Тьюринга, согласно тезису Черча — Тьюринга, способна имитировать все другие исполнители, каким-либо образом реализующие процесс пошагового вычисления, в котором каждый шаг вычисления достаточно элементарен.
(обратно)40
На ресурсе http://www.barnaul-metro.ru вы прочтете множество газет о том, как открывали станции этого метро, увидите их фотографии, прочтете об истории метро. Вы можете мысленно прокатиться по его станциям — согласно схеме его линий. Но только мысленно. Фокус в том, что Барнаул — не Интернет. В нем метро — ни барнаульского, ни какого-либо другого — попросту нет!
(обратно)41
Источник: http://bamaul-metro.ru/passazhiram/sxema-metro/
(обратно)42
Источник: Нанотехнологии. Азбука для всех / под ред. Ю. Д. Третьякова. М.: Физматлит, 2008.
(обратно)43
Ламинарное течение — течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций. В отличие от него турбулентное течение — это течение бурлящей жидкости с перемешиванием слоев и разрывами. Турбулентное течение появляется с момента превышения некоторой критической скорости движения тела относительно жидкости или газа, в которое тело погружено. При турбулентном течении на тело действуют силы сопротивления, многократно превышающие таковые при ламинарном характере обтекания.
(обратно)44
Актуальное искусство как искусство свободного творческого поиска провозглашает отказ от притязаний на истинность тех или иных доктрин, путей, идей. Здесь употреблено как символ нечеткой формы, зависящей от обстоятельств. Человек, далекий от концепции актуального искусства, часто обозначает его артефакты фразеологизмом «не пойми что».
(обратно)45
Он известен как единственный владелец компании Airbus S.A.S., занимающейся производством пассажирских, грузовых и военно-транспортных самолетов.
(обратно)46
Градообразующее предприятие — Заполярный филиал горно-металлургической компании «Норильский никель» (в прошлом — Норильский горно-металлургический комбинат). «Норильский никель» — крупнейший в мире производитель никеля и палладия, один из крупнейших производителей платины и меди. Помимо этого, «Норильский никель» производит побочные металлы — кобальт, хром, родий, серебро, золото, иридий, рутений, а также селен, теллур и серу.
(обратно)47
Источник: http://foto.mail.ru/mail/coldomova/40/59.html#
(обратно)48
Кротовая нора — гипотетическая топологическая особенность пространства-времени, представляющая собой в каждый момент времени «туннель» в пространстве.
(обратно)49
Источник: http://elementy.ru/images/eltbook/relativity_2_520.jpg
(обратно)50
Б. М. Болотовский не утверждал, что можно построить машину времени. Он лишь рассматривал гипотетическую возможность.
(обратно)51
Косвенно, это если вы смотрите не на ядро, а на кота или на что-либо другое, чье состояние зависит от того, распалось ядро или нет.
(обратно)52
См., например, Феймановские лекции, т. 9.
(обратно)53
Хью Эверетт III (1930—1982) — американский физик, первым (1957 год) предложивший многомировую интерпретацию квантовой механики.
(обратно)54
Именно такая странная запись состояний и используется в квантовой физике. Для нее придумали забавное название: открывающая скобка «БРА» и закрывающая скобка «КЕТ» — все вместе бракет, или по-русски «брикет».
(обратно)55
Первые авторы неевклидовых геометрий.
(обратно)56
Авторы специальной теории относительности, опирающейся на неевклидову геометрию Римана.
(обратно)57
Устойчивое сокращение от слов «генетически модифицированный организм». Включает как генетически модифицированные растения, так и генетически модифицированных животных.
(обратно)58
Islamic Jurisprudence Council (IJC).
(обратно)59
Источник: http://www.biosafety.ru/index.php?idp=116&idnt=18&idn=496
(обратно)60
В момент редактирования этой книги во Франции развернулась дискуссия на уровне государственной власти о вреде ГМО. «Франция потребует от ЕС запрета генетически измененных растений в Европе, если подтвердится их опасность для здоровья, выявленная сенсационным французским исследованием», — заявил 20 сентября 2012 г. премьер-министр Франции Жан-Марк Эро.
(обратно)61
О различии риска и «расплаты» см. введение.
(обратно)62
Химера (от др. — греч. ???????, «коза») — в греческой мифологии чудовище с головой и шеей льва, туловищем козы, хвостом в виде змеи.
(обратно)63
Источник: Biomedical Beat National Institute of General Medical Science (NIGMS) Cool Image Gallery.
(обратно)64
Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:Adenine-3D-balls.png
(обратно)65
Руководитель отдела медицинской психологии Научного центра психического здоровья РАМН.
(обратно)66
(обратно)
67
Тоффлер Э. Шок будущего: пер. с англ. М.: ACT, 2002.
(обратно)68
In vivo (от лат. буквально «в (на) живом»), т. е. «внутри живого организма» или «внутри клетки».
(обратно)69
Мир стремительно меняется. За время редактирования этой книги состоялась Олимпиада в Лондоне, в которой принял участие Оскар Писториус. Южноафриканский бегун не вышел в финал олимпийских состязаний на дистанции 400 метров (23-й результат в полуфинальном забеге).
(обратно)70
Алексей Петрович Маресьев (1916–2001) — летчик-ас, Герой Советского Союза. Маресьев — прототип героя повести Бориса Полевого «Повесть о настоящем человеке». Из-за тяжелого ранения во время Великой Отечественной войны ему были ампутированы обе ноги в области голени из-за гангрены. Однако, несмотря на инвалидность, летчик вернулся в небо. Летал с протезами. Всего за время войны совершил 86 боевых вылетов, сбил 11 самолетов врага: четыре до ранения и семь — после.
(обратно)71
In vitro (от лат. «в стекле») — «в пробирке», вне живого организма.
(обратно)72
Гаметы (от греч. ?????? — жена, ??????? — муж) — репродуктивные клетки, участвующие в половом размножении.
(обратно)73
http://science.compulenta.ru/669213/
(обратно)74
В частности, исследователи из Кембриджского центра восстановления мозга (Великобритания), см. http://science.compulenta.ru/667028/
(обратно)75
Другими словами, осуществляются на расстоянии. Так говорят о дистанционном обучении, т. е. обучении с использованием средств коммуникации без непосредственного контакта «учитель — ученик».
(обратно)76
Константин Болотов. 24 января 2003 г. http://www.membrana.ru/particle/274
(обратно)77
На мышах. Образовано по образу устойчивых выражений in vivo и in vitro.
(обратно)78
http://science.compulenta.ru/668577/
(обратно)79
Альтернативный подход — холизм, который утверждает, что целое всегда «больше», чем его части.
(обратно)80
Термин авторов. Авторы не настаивают, что участники Конгресса хоть как-то соотносят свои воззрения с представлением о Боге, хотя на Конгрессе было много представителей духовенства различных конфессий.
(обратно)81
Андрей Ариянов. «Россия 2045». http://2045.ru/news/29405.html
(обратно)82
Изначально права человека были определены во Всеобщей декларации прав человека, принятой 10 декабря 1948 г. Текст декларации был переведен на 375 языков и диалектов и является первым глобальным определением прав, которыми обладают все люди (ее текст см. на сайте ООН: http://www.un.org/ru/documents/ndhr/). Однако сегодня это первоначальное понятие прав человека искажено и понимается преимущественно как права каких-либо меньшинств.
(обратно)83
Станислав Ежи Лец — польский сатирик, поэт, афорист XX в.
(обратно)84
Кстати: прочные и легкие керамики, как раз такие, которые дают нанотехнологии, могут найти применение в эффективных конструкциях подкалиберных снарядов: легкая и прочная «отстреливаемая» оболочка и высокоплотный сердечник, как тяжелая пуля, поражающий цель.
(обратно)85
Vs — сокр. от лат. versus — «против».
(обратно)86
Авторы не утверждают, что указанные программы носят мирный характер, — им это неизвестно.
(обратно)87
Николай Николаевич Зинин (1812 —1880) — выдающийся русский химик-органик, академик Петербургской академии наук, первый президент Русского химического общества.
(обратно)88
Сардинское королевство — государство, существовавшее в Италии с 1720 по 1861 г.
(обратно)89
МЭМС — микроэлектромеханические системы; НЭМС — наноэлектромеханические системы. — Прим. ред.
(обратно)90
Источник: How many people died as a result of the atomic bombings? Radiation Effects Research Foundation (US — Japan), http://www.rerf.or.jp/general/qa_e/qal.html
(обратно)91
Источник: Opinion Research Business. Update on Iraqi Casualty Data (January 2008).
(обратно)92
Белоус В. С. Высокоточное оружие: сдерживание или война?// Независимое военное обозрение, http://nvo.ng.ru/armament/2005-03-18/6_arm.html
(обратно)93
http://www.youtube.com/watch?v=GhxqIITtTtU&feature=player_embedded
(обратно)94
Правда, работать это будет зимой или на высоте нескольких километров. Возможный поражающий эффект: при температуре ниже — 12 °C (температура на высоте нескольких километров) — образуется кристаллический димер NO2(N2O4), что дает эффект вакуумной бомбы. Нужен только катализатор!
(обратно)95
http://www.cybersecurity.ru/armament/77563.html
(обратно)96
Название предложил доктор Дуглас Бисон — в прошлом полковник, дипломированный физик, научный советник у президентов Клинтона и Буша, входит в состав административного совета Direct Energy Professional Society и является директором Агентства по снижению угрозы рисков обороны в национальных лабораториях в Лос-Аламосе.
(обратно)97
Похоже, что возможный российский ответ на разворачивание американской системы ПРО у границ России будет именно таков: подавление работы систем слежения электронным лучом без их физического разрушения.
(обратно)98
Суть анекдота в том, что органы слуха у кузнечика действительно под коленками.
(обратно)99
Здесь термин «насекомое» употребляется не в смысле строгой биологической систематики (паук — не насекомое), а как собирательное название, заменяющее биологический таксон «членистоногие».
(обратно)100
http://www.itar-tass.eom/c11/387883.html
(обратно)101
По материалам NewScientist. http://science.compulenta.ru/660142/
(обратно)102
По материалам Wired, http://science.compulenta.ru/670512/
(обратно)103
По материалам Гарвардской лаборатории мини-роботов. http://science.compulenta.ru/661605/
(обратно)104
http://science.compulenta.ru/667997/
(обратно)105
http://lenta.ru/news/2012/04/02/robopebbles/
(обратно)106
http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_biology/1461/%D0%9E%D0%A2%D0%94%D0%95%D0%9B
(обратно)107
Биомедики создали имплантат для плавания по кровотоку. http://www.membrana.ru/particle/17645
(обратно)108
Метаболизм (от греч. ???????? — «превращение, изменение»), или обмен веществ, — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни.
(обратно)109
См., в частности: Тараненко С., Переслегин С., Ютанов Н., Желтов А., Куклина И. Технологические пакеты мейнстрима. Часть 1. Технологический мейнстрим как основа технологического развития и построение фундаментальных сценариев его развития. М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2009.
(обратно)110
Пример принадлежит футурологу Сергею Переслегину.
(обратно)111
Каботажное плавание — плавание вдоль побережья с ориентированием по профилю берега, так сказать, от мыса к мысу.
(обратно)112
Но этого недостаточно. Мало кто знает, что самолет взлетел не на «штатных» двигателях, а на наших, российских.
(обратно)113
ВИАМ, А. Луценко. Представитель Всероссийского института авиационных материалов в Совете головных организаций национальной нанотехнологической сети (ННС). Головной научной организацией ННС является НИЦ «Курчатовский институт».
(обратно)114
Гордон Эрл Мур — почетный председатель совета директоров и основатель корпорации Intel.
(обратно)115
КМОП (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник) — технология построения электронных схем.
(обратно)116
Мемристоры (сокр. от англ. memory resistor — «резистор памяти») — элементы нелинейного сопротивления с памятью; могут служить как логические элементы электронной схемы.
(обратно)117
Сельпо — сельское потребительское общество. Система магазинов в сельской местности времен Советского Союза.
(обратно)118
Даже если допустить, что по каким-либо «чудодейственным» причинам фильтр Петрика — Грызлова эффективен, то стоит все же задуматься: а полезно ли пить дистиллированную воду?
(обратно)119
По состоянию на момент произнесения тезиса.
(обратно)120
Фридрих Август фон Хайек — австрийский экономист и философ, представитель новой австрийской школы, сторонник либеральной экономики и свободного рынка, лауреат Нобелевской премии по экономике (1974).
(обратно)121
Напомним, это аббревиатура совокупности конвергентных технологий: нано, био, инфо, когно и социо.
(обратно)122
Фукуяма Ф. Конец истории и последний человек / пер. с англ. М. Б. Левина. М.: ACT: ACT МОСКВА: ХРАНИТЕЛЬ, 2007. 588, [4] с. (Philosophy).
(обратно)123
Такая оценка может быть связана лишь с тем, что существует альтернативная этическая система относительно тех же базовых понятий.
(обратно)124
См., в частности: Нейсбит Дж. Высокая технология — глубокая гуманность. М.: Транзиткнига, 2005.
(обратно)125
Авторы приносят извинения за американизмы. Но это тоже часть того, что может быть названо экологией технологий.
(обратно)126
Подражающие живому.
(обратно)127
Иванов В. В. Экология технологий. М.: Институт проблем развития науки Российской академии наук, 2010.
(обратно)128
Проект Государственной программы развития наноиндустрии в Российской Федерации до 2020 г. и на перспективу до 2025 г. разработан в НИЦ «Курчатовский институт» и внесен на рассмотрение органа управления национальной нанотехнологической сети — Минобрнауки России.
(обратно)129
Роспотребнадзор не является органом ННС.
(обратно)130
Владимир Иванович Вернадский (1863–1945) — русский и советский ученый Академик Императорской Санкт-Петербургской академии наук, один из основателей и первый президент Украинской академии наук, создатель многих научных школ, создатель науки биогеохимии.
(обратно)131
Авторы читали, но это их работа.
(обратно)132
Футурология (от лат. futurum — будущее и…логия), в широком значении — совокупность представлений о будущем Земли и человечества, в узком — область научных знаний, охватывающая перспективы социальных процессов, синоним прогнозирования и прогностики.
(обратно)133
Библиотечный поиск вместо «Тараненко» требует «Тарасенко» — обидно, конечно, но имейте это в виду.
(обратно)134
Национальная нанотехнологическая инициатива (National Nanotechnology Initiative), выдвинута еще в 2000 г. президентом Б. Клинтоном (США) для усиления американской конкурентоспособности в нанотехнологиях и координации с этой целью федеральных усилий в сфере исследований и разработок.
(обратно)135
См. «Это многоликое нано».
(обратно)Оглавление
С. Б. Тараненко, А. А. Балякин, К. В. Иванов Наполовину мертвый кот, или Чем нам грозят нанотехнологии Введение Риск или плата? Это многоликое нано Квантовый мир нано. Чего мы не знаем… Нано и новый технологический уклад Итак, риски ЧАСТЬ I НАНО ВОКРУГ Глава 1 Коварная прочность 1.1. Голова или хвост? 1.2. Порошок или пыль? 1.3. Коварная прочность и оловянная чума 1.4. Энергетические консервы 1.5. Светло, да не видно Глава 2 Чудеса структуры 2.1. Фрактальная симфония 2.2. Антиструктура и мы 2.3. Оставив свободу с носом 2.4. Нейронное минное поле 2.5. Программируемая материя Глава 3 Страсти по квантам 3.1. Квантовые эффекты — это актуально? 3.2. Занять все, или черная пурга 3. 3. Немного мертвый кот, или компьютер-демон 3.4. Завышенные ожидания ЧАСТЬ II НАНО ВНУТРИ Глава 4 Будьте здоровы 4.1. Хорошую вещь ГМО не назовут 4.2. Превентивная медицина 4.3. Невинные липосомы 4.4. Homo autofaber. Запчасти для любимой Глава 5 У зеркала: это все еще я? 5.1. Бегун на протезах 5.2. Поцелуй на расстоянии 5.3. Мозг навынос 5.4. Кризис идентичности Глава 6 Нано — детям не игрушка 6.1. Безопасный динамит 6.2. Электронный вертел 6.3. Умный песок 6.4. Самоходный чип и кошмар Дрекслера 6.5. Наноголем ЧАСТЬ III НОВАЯ РЕАЛЬНОСТЬ Глава 7 Нарушение системы 7.1. Ключи от мира. Технологические пакеты 7.2. Усложнение систем. Риск сложности 7.3. Упрощение систем, бездорожная экономика 7.4. Вперед в прошлое. Риск не состояться 7.5. В капкане ложных целей Глава 8 Невидимые цели 8.1. Наш враг — стереотип 8.2. Борьба мифов и реальности 8.3. Этика нанотехнологий 8.4. Экология нанотехнологий 8.5. Ответственность перед обществом и моделирование новой реальности Вместо заключения: будут ли нанотехнологии управлять человеком Литература (неожиданная глава)
