Нанотехнологии как новая реальность (Часть 1)

ЗДРАВЫЙ СМЫСЛ • Июль – сентябрь 2011 № 3 (60), НАУКА В XXI веке, Вячеслав Мейдер

1. Динамика науки: вверх и вглубь! На протяжении многих тысячелетий человеческая мысль движется по двум направлениям. Одно ведёт в мир звёзд и галактик, где разлетающееся вещество достигает почти световых скоростей, другое – в микромир с исчезающее малыми масштабами расстояний и длительностью существований. Как писал российский физик-теоретик Л. Д. Ландау (1908 – 1968), величайшим достижением человеческого гения является то, что «человек может понять вещи, которые он уже не в силах вообразить».

Начало XX в. знаменовало рождение квантовой механики – физической теории, изучающей законы движения материи на микроуровне. Это были первые дни истории новой физики, дни революционных открытий в науке. И если физическая картина мира, начатая исследованиями Г. Галилея (1564 – 1642) и И. Ньютона (1643 – 1727) и завершенная Дж. Максвеллом (1831 – 1879) соответствовала положению древних: «природа не делает скачков, процессы непрерывны», то квантовая механика заставила взглянуть на суть явлений иначе: «природа делает скачки».

Проникновение в удивительный, неисчерпаемый, но познаваемый мир атомов (микромир) при помощи богатого арсенала средств науки началось с конца XIX века. Однако в глубине веков теряются истоки представлений о многообразии миров, о бесконечности и неисчерпаемости природы. Многие учёные осознанно или неосознанно руководствовались этими принципами, понимая их эвристическую роль. Автор специальной и общей теории относительности А. Эйнштейн (1879 – 1955) писал: «Вера в существование внешнего мира, независимого от воспринимающего субъекта, лежит в основе всего естествознания. Но так как чувственное восприятие даёт лишь информацию об этом внешнем мире, или “физической реальности”, опосредованно, мы можем охватить последнюю только путём рассуждений. Из этого следует, что наши представления о физической реальности никогда не могут быть окончательными. Мы всегда должны быть готовы изменить эти представления» (А. Эйнштейн, 1967, Т. IV, с. 136).

Естественнонаучное познание первой половины XX в. подвело к необходимости перехода от старых классических понятий и принципов к новым, отражающим свойства материи на атомном уровне. Американский физик Р. Фейнман (1918 – 1988) замечал: «Мир, если смотреть на него издали, кажется круглым, гладким, чисто отполированным шариком, но если смотреть на него вблизи, он оказывается очень сложным: миллиарды крохотных атомов, всевозможных неровностей» (Энциклопедия … Физика. 2002, с. 213). В. Гейзенберг (1901 – 1976), подчёркивал, что в экспериментах с атомными процессами человек имеет дело с особой реальностью: атомы и элементарные частицы образуют скорее мир тенденций или возможностей, чем мир фактов. О загадочном мире элементарных частиц писал Дж. Максвелл: «Мы, которые дышим воздухом нашего века и знаем только характеристики современного мышления, – не можем предсказать общий тон науки будущего, не можем предвидеть тех открытий, которые принесёт это будущее» (Дж. Максвелл, 1968, с. 16).

Процесс познания бесконечен в силу бесконечности и многообразия материи, однако в последние десятилетия замечено, что качество нашего незнания изменилось. Если в недалёком прошлом биологи, исследуя жизненные процессы, спрашивали: «Как это может быть?», то сегодня с высот знания, они спрашивают: «Из многих способов, как это может быть, какой способ сама природа выбрала?».

Когда мы проникаем в творческую лаборатории учёных, то нам открывается их психология, влияние на неё не только научной информации, но и культуры в целом. Мир предстаёт в многомерном измерении. Биофизик и основоположник гелиобиологии А. Л. Чижевский (1897 – 1964) вспоминал одну из бесед с К. Э. Циолковским (1857 – 1935), в которой речь шла о совершенствовании человека, тайнах природы, о том, что «материя через посредство человека не только восходит на высший уровень своего развития, но и начинает мало-помалу познавать самоё себя». В статье «Эффект К. Э. Циолковского» он обращает внимание на особенности научного познания: «Наука отличается от искусства тем, что каждое новое открытие решительным образом колеблет прежние представления, а зачастую и совсем сметает их со своего пути. Подолгу удерживаются в науке лишь всеобщие законы, да и то со временем в них вносятся поправки или дополнения, и они представляются нам уже совсем в ином виде, обновлёнными и преображёнными. Поэтому каждый учёный должен быть готов спокойно принять дополнение, изменение или даже опровержение сделанного им открытия» (Чижевский, 1995, с. 426).

История научного познания есть волнообразный процесс, процесс смены, казалось бы устоявшейся, «нормальной» (по Т. Куну) науки революционными прорывами. Он наполнен жаждой исследования, в нём реализуется способность человека к удивлению. Ведущую роль в развитии современной науки играют вера в силу человеческого интеллекта, убеждённость в безграничной возможности разума проникать в неведомое.

В последние десятилетия в условиях необычайного роста мировой науки, техники, технологии и образования наряду с понятиями «ноосфера», «техносфера», «этосфера» формируется и наполняется содержанием понятие «наносфера». Человечество стремительно создаёт и входит в искусственный технологический мир. В широком смысле мы имеем определённое противостояние естественного и искусственного. В текущем столетии на передние позиции выдвигаются инженерно-биотехнологические задачи. Это закономерный процесс бесконечного познания реального и воображаемого мира на основе объективной истины и здравого смысла. Вполне уместно вспомнить здесь слова русского философа Н. А. Бердяева (1874 – 1948): «Чтобы добыть свет в нахлынувшей на мир тьме, необходимо космическое (мы бы сказали, “планетарное” – В. М.) “углубление” сознания. Если остаться на поверхности жизни, то тьма поглотит нас» (Бердяев, 1999, с. 400).

Итак, природа ставит перед человеком всё новые и новые задачи, сложные и одновременно удивительные, изменяющие как его самого, так и всё окружающее бытие. И сегодня нанотехнологии стали тем «стержнем», вокруг которого удачно структурировались научные, технологические, социальные, образовательные и этические программы.

2. Нанотехнологии – новый революционный прорыв в структуру физической реальности. Исходно «нано» (от греч. νανος – карлик) есть приставка для образования наименования дольных единиц, равных одной миллиардной доле исходных единиц. Например, 1 нанометр = 10-9 м. Переход от «микро» к «нано» – это скачок к манипуляциям с отдельными атомами. На этом уровне законы макромира перестают «работать», ибо вступают в силу принципиально новые – законы микромира (квантовой механики), часто приводящие к непредсказуемому поведению живой или неживой материальной системы.

Кажется, что в силу своих малых размеров, нанообъекты трудно представить и пронаблюдать. Вместе с тем мы знаем, что нанообъекты окружают нас. Человек как сложно организованное биологическое и социальное существо содержит в себе весьма малые объекты: ДНК, белки, жиры, углеводы, вирусы, бактерии… А если обратиться к истории быта человека, то можно увидеть, что дрожжи (а они также относятся к миру нанообъектов) он использовал при приготовлении теста, сыров, соков, вина, пива…

Кремниевые радиоустройства, микроскопы, киборги и т. п. приблизили нас к миру нанообъектов. Интересен такой факт. Учёные из национальной физической лаборатории Великобритании изготовили «Снеговика», которого можно разглядеть только под микроскопом. Его голова имеет диаметр 0,01 мм (0,2 толщины человеческого волоса), а нос – всего 0,001 мм. «Человечек» был создан «вручную» с использованием системы для управления структурами наноразмера.

Возможно, что первым учёным, который использовал единицу измерения в 1 нм в своих исследованиях, был А. Эйнштейн. В 1905 г. он теоретически показал, что размер молекулы сахара равен именно этой величине.

Наномир ведёт нас не только в мир весьма малых размеров, но и в мир, обладающий высокой прочностью. Это происходит потому, что масса нанообъектов уменьшается пропорционально кубу их размеров, площадь же поперечного сечения нанообъектов – пропорционально квадрату. Следовательно, механическая нагрузка на каждый элемент объекта (отношение массы элемента к площади его поперечного сечения) уменьшается пропорционально размерам объекта. Скажем, пропорционально уменьшенный наностол обладает в миллиард раз более толстыми (а, следовательно, более прочными) наноножками, чем это необходимо для данного наностола.

Итак, манипулируя нанообъектами, мы создаём нечто новое, обладающее особыми физико-химическими эффектами (свойствами).

Исходные представления о нанообъектах вводят нас в мир нанотехнологий. Под нанотехнологиями понимается совокупность процессов, позволяющих создавать материалы, устройства и технические системы, функционирование которых определяется в первую очередь, наноструктурой, то есть фрагментами структуры размером от 1 до 100 нанометров. Кроме того, с нанотехнологиями мы связываем способность человека искусственно создавать или находить в природе нанообъекты, уметь их контролировать и применять на благо людей, опираясь на фундаментальные законы физики, химии, биологии, математики и других наук. Важнейшей компонентой нанотехнологий является химический синтез нанопродуктов. В них выражено единство таланта химика-синтетика с мастерством инженера. Процессы нанотехнологии подчиняются законам квантовой механики, включают в себя атомную «сборку» (ассемблеры) молекул, новые методы записи и считывания информации, локальную стимуляцию химических реакций на молекулярном уровне и т. п. Нанотехнология – это междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, имеющая дело с атомно-молекулярным уровенем материи.

Нанотехнология – это путь к становлению новой цивилизации с новыми ценностями и идеалами. Она ведёт к такой же революции в манипулировании материей, какую произвели компьютеры в манипулировании информацией. Мир нанотехнологии – это мир новых возможностей, искусственных объектов, позволяющих по-новому оснастить наши природные способности.

Комбинации с межатомными силами позволяют человеку реализовать два противоположных подхода в мире технологий: 1) «сверху – вниз», т. е. от большего объекта к меньшему путём отсечения (обкалывания, отпиливания, обтачивания) «лишнего» материала и превращения его в нечто полезное и 2) «снизу – вверх», то есть путём безотходной «сборки» необходимого объекта на атомно-молекулярном уровне. В своей сущности второй подход представляет самоорганизацию систем, что уже на протяжении 40 лет находится в центре внимания так называемого синергетического подхода 1. Нам представляется, что к теме нашего интереса вполне подходит изречение древнекитайского мыслителя и педагога Конфуция (ок. 551 – 479 до н. э.), выраженное строками немецкого поэта И. Шиллера (1759 – 1805):Ясность в широте таится, в бездне истина гнездится.

Нанотехнология представляет собой новое революционное проникновение человека в мир материальных структур на основе прямого или косвенного научно-технологического изменения среды обитания человека. Создаваемая им наносфера есть очередной этап в развитии цивилизаций. Наносфера как область человеческой деятельности и существования сопряжена с техносферой, ноосферой (сферой научно-планетарного разума) и таким общим фактором современности, как глобализация. Человечество – на пороге новой целостности, охватывающей макро- и микромир, социальную и природную среду, а также несущей мощную материальную и инеллектуальную силу. Эта целостность предполагает новый шаг к гармонии с природой и культурой, этой «второй» природой.

В настоящее время уже ряд стран реализуют национальные программы развития нанотехнологий. В их рамках рассматриваются проблемы экономики, здравоохранения, образования, этики, права, религии, безопасности… Можно согласиться с «законом», сформулированным английским учёным, изобретателем и писателем-фантастом А. Кларком (1917 – 2008) в книге «Профили будущего», что «любая достаточно ушедшая вперёд технология неотличима от чуда».

3. К истории развития нанотехнологии. Есть мнение, что «отцом» нанотехнологии является древнегреческий философ Демокрит (ок. 470/60 – 360 до н. э.), который словом «атомос» (ατομος) обозначил конечную «неделимую», «неразрезаемую» часть тела. Свой атомистический взгляд он перенёс на всё окружающее, в том числе и на математику. По его мнению, объекты математики (шар, конус, пирамида и др.) признавались состоящими из тончайших листиков (плоскостей), плоскости – из тончайших нитей (линий), а линии – из мельчайших «зёрнышек» (атомов). Исходя из этого, длина есть сумма содержащихся в ней неделимых частиц, плоскость – сумма линий, а геометрическое тело – сумма плоскостей в нём. Эти бесконечно малые и неделимые атомы и можно рассматривать «аналогом» наночастиц.

От умозрительной, т. е. не подкрепленной экспериментом, но гениальной идеи Демокрита мы делаем временной скачок в более чем две тысячи лет.

Как отмечалось, в 1905 г. А. Эйнштейн проводил исследования с наноразмерными частицами вещества (молекулами сахара). Через 26 лет (1931 г.) немецкий физик Э. Руска (1906 – 1988) создал первый электронный микроскоп, ставший прообразом нового поколения подобных устройств, способных заглянуть в наномир. В 1982 г. он, совместно с Г. Рорером (р. 1933) и Г. Биннигом (р. 1947) создают сканирующий туннельный микроскоп, позволяющий строить трёхмерную картину расположения атомов на поверхностях проводящих металлов. В 1986 г. все трое стали лауреатами Нобелевской премии. В этом же ряду располагается и нидерландский физик Ф. Цернике (1888 – 1966), который в 1932 г. создал фазо-контрастный микроскоп (вариант оптического микроскопа), который позволил исследовать живые клетки. В 1953 г. он стал Нобелевским лауреатом.

Рубежным стал 1959 г. Именно в этом году в Калифорнийском университете на рождественском вечере (29 декабря) прозвучала лекция лауреата Нобелевской премии, американского физика-теоретика Р. Фейнмана (1918 – 1988) под названием «Там внизу ещё много места» («There's Plenty of Room at the Bottom»), в которой доказывалась возможность манипулирования отдельными атомами для создания очень малых объектов с необычными свойствами. Позже он говорил: «Если бы меня спросили, какая область науки может обеспечить нам прорыв в будущее, я бы назвал нанотехнологии».

В своей речи Р. Фейнман употребил слово «внизу», что означало в «мире очень малых размеров». Обратив свой взор в мир атома и его структуры, учёные как бы проскочили наноуровень. А ведь со времени создания учения о клеточном строении живого (XIX столетие) учёные в своих руках «держали» нанообъекты. Да и наш организм состоит из клеток. А клетка всю свою жизнь «работает» с нанообъектами, собирая из различных атомов молекулы сложных веществ и размещая их в различных частях – одни оказываются в ядре клетки, другие – в цитоплазме, а третьи – в мембране. Следовательно, клетка своей структурой и функционированием демонстрирует и наноуровень, и «нанотехнологию».

Р. Фейнман продемонстрировал гениальную прозорливость. Хотя его лекция имела подзаголовок «приглашение в новую область физики», он убеждал физиков заниматься и биологией. Что касается химиков, то они не приняли его утверждения относительно химического синтеза. «Почему нельзя разместить все 24 тома Британики на кончике иглы?» – задавал вопрос Фейнман. И отвечал: «Можно! Каждую букву можно будет записать с помощью аж 1000 атомов! А как это сделать? Уже созданы стандартные методы для этого! А как потом читать? Для этого пригодятся электронные микроскопы – они позволяют просто увидеть эти мелкие объекты!». Он утверждал, что принципы физики не отрицают возможности манипулирования атомами, как реальными объектами. «Пока мы вынуждены пользоваться атомными структурами, которые предлагает нам природа, – говорил учёный. – … Но в принципе физик мог бы синтезировать любое вещество по заданной химической формуле». Так нанотехнология стала выражением устремленности человека в глубинные структуры физической реальности и вместе с тем его тяги к совершенству.

Интерес к нанотехнологиям рос. Книга американского учёного Э. Дрекслера «Машины созидания: грядущая эра нанотехнологии» («Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology», 1986) обозначила противоположные подходы к нанотехнологиям. Один из них опирался (и опирается) на достижения физики, химии, биологии и связан с деятельностью промышленных корпораций, университетских научных центров, школ, лабораторий. Другой смыкается с образами научной фантастики, с широким спектром содержащихся в ней сценариев невероятных возможностей нанотехнологий в самых различных социальных контекстах.

По определению Э. Дрекслера, нанотехнология – это «ожидаемая технология производства, ориентированная на дешёвое получение устройств и веществ с заранее заданной атомарной структурой». Она предполагает строительство нанороботов и молекулярных машин неорганического атомного состава методом «снизу – вверх». По замыслу Э. Дрекслера такие машины смогут строить копии, обладая информацией о своём построении. Нанотехнологии имеют тенденцию стереть грань между живым и неживым веществом мира.

Он предложил различать, наночастицы, наноматериал и продукты нанотехнологии как и само нанопроизводство (молекулярную нанотехнологию). Если первые уже в настоящем, то вторые – скорее с будущим. В 1997 г. он объявил, что к 2020 г. станет возможной промышленная сборка наноустройств из отдельных атомов. Время показывает, что эти прогнозы сбываются и даже с опережением.

4. Образовательные программы в области нанотехнологий. Овладение человеком новым набором технологий, многократно увеличивающих возможности человека; признание истинности суждения о том, что та страна, которая раньше овладеет нанотехнологией, займёт ведущее положение в техносфере текущего столетия и т. п. требуют существенных тактических и стратегических преобразований в области просвещения.

Просвещение в данном случае – это разновидность образовательной деятельности, направленной на большую аудиторию. Нанотехнологии нацеливают нас на такую аудиторию – молодёжь и научно-педагогическое сообщество. «Просвещение… в контексте философии образования есть неотъемлемая часть человеческой культуры, часть эволюции как геокосмического процесса: когда просвещение включает в себя миропонимание в синтезе современной науки, культуры, искусства и того глобального геополитического и эколого-культурного пространства, которое сложилось к началу третьего тысячелетия» (Наливайко, Паршиков, 2002, с. 87).

Просвещение предполагает небывало интенсивный обмен научной информацией как на национальном, так и интернациональном уровнях между учёными разных специальностей (математиками, физиками, химиками, биологами, психологами, технологами и др.). При этом контакты учёных не должны уходить в тень в угоду политическим и экономическим отношениям. Научные коммуникации требуют единства международных отношений, промышленности и науки на планетарном уровне. Они требуют обмена идеями и высокой мобильности учёного. Трудно, например, переоценить значение стажировок студентов и молодых учёных в зарубежных университетах, а также их личных контактов с коллегами других стран. Они создают реальную ткань сферы разума нашей планеты.

Если в эпоху Античности и Средневековья учитель руководствовался принципом «Делай, как я, и будь мудрым, как я». А в Новое время и эпоху Просвещения исходил из принципа «Стань таким же, как и я, носителем книжных знаний» (это так называемая «Галактика Гутенберга», в соответствии с названием книги М. Маклюэна). Сегодня же он (учитель) проводит в жизнь принцип «Овладевай, как и я, искусством интерпретации», Иными словами, мы из «Галактики Гутенберга» ускоренно перешли в «Галактику Интернет» («Галактика Интернет» – название книги М. Кастельса) на основе компьютерной техники. И если в информационном обществе доминировал «Свободный человек с компьютером», то в нанообществе (можно предположить!) будет доминировать «Свободный человек с нанотехнологией».

Реалии наших дней требуют ускоренного формирования многоуровневой системы нанотехнологического образования: абитуриент, студент, бакалавр, магистр, аспирант, докторант. В ней должны найти место школьники старших классов и учащиеся других типов учебных заведений. Важно, чтобы ведущие научно-исследовательские вузы нашей страны сохранили и преумножили лучшие традиции отечественного образования. Возрастает роль научно-просветительской деятельности учёных. По словам академика В. Е. Захарова, «участие в образовательном процессе учёных, занятых фундаментальными исследованиями, даёт возможность воспитывать действительно высококлассных специалистов… немногие из них станут профессиональными учёными, зато частные и государственные компании, занятые производством новых технологий, получат новых и ценных сотрудников, способных совершать “инновационные прорывы”» (Захаров, 2009, с. 5).

Талантливая, тем более, гениальная молодёжь нужна всюду. Наноотрасли потребуют не только высокого уровня образованности специалистов, но и понимания ими интегрированных (синтезированных) знаний из области естественно-математических, технических и гуманитарных наук. Программы подготовки специалистов-нанотехнологов должны обеспечить охват: а) фундаментальных наук (математика, физика, химия, микробиология…); б) инженерных наук (механика, электротехника, биохимия, генетика…); в) информационных наук (молекулярное кодирование, био-вычисление, информационное моделирование…) Нанотехнологии ломают узкопрофессиональную деятельность.

Минобнауки в 2003 г. принял решение об открытии нового направления подготовки специалистов – «Нанотехнология». В январе 2006 г. был утвержден Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по этому направлению, который установил перечень специальностей: «Нанотехнология в электронике» и «Наноматериалы», а также квалификацию выпускника – «Инженер».

Ведущие университеты развернули эту работу с опережением. Так, уже в 1991 г. в МГУ имени М. В. Ломоносова был создан факультет наук о материалах (ФНМ), студенты и аспиранты которого задействованы в научных исследованиях и поисках наноматериапов. В рамках программы «Инновационный Университет» на факультете развивается система инновационного образования. Для направления «Химия, физика и механика материалов» разрабатываются магистерские программы инновационного типа по наноматериалам и нанотехнологиям. В университете функционирует научно-образовательный центр (НОЦ) по нанотехнологиям. Его идея состоит в том, что базовое университетское образование должно быть реализовано на основе одной из естественнонаучных дисциплин – физики, химии или биологии. Однако затем для тех, кто будет работать в области нанотехнологий, необходимо заполнить пробелы в смежных дисциплинах. В этом одна из задач НОЦ. Нанотехнологии неотделимы от практических приложений. Поэтому НОЦ усиливает технологическую составляющую классического образования, которое даёт МГУ. Реализуя межфакультетские программы, формируются группы студентов 4-го учебного года по трём специальностям: 1) «наносистемы и наноустройства» (в основном для студентов с физическим образованием); 2) «функциональные наноматериалы» (для студентов-химиков); 3) «нанобиотехнологии и нанобиоматериалы» (для студентов химического и биологического факультетов).

Главная цель НОЦ – современное образование, а не научные исследования, ибо последние осуществляются в процессе базового образования в стенах МГУ. Университет стал пионером и в проведении Интернет-олимпиад по нанотехнологиям под девизом «Нанотехнологии – прорыв в будущее!». Подготовку нанотехнологических кадров осуществляют МГГУ им. Н. Э. Баумана, Санкт-Петербургский государственный университет, Московский инженерно-технический институт и другие научно-исследовательские центры.

Если достижения ушедшего века позволяют говорить, что XX век был веком узкоспециализированных профессионалов, то сегодня, поступая в то или иное высшее учебное заведение, молодой человек не может быть абсолютно уверен, что специальность, на которую он собирается потратить 5 лет своей жизни, через очень короткое время не окажется «старой». Нанотехнологическая «волна» докатилась до школьников и их учителей. Речь идёт не о специальном предмете «Нанотехнология», а о создании кружковой работы специально подготовленными педагогами, учёными, инженерами. Цель таких дополнительных занятий, в основе которых интерес и любознательность, – ознакомление с новой отраслью знаний. Их задачи: а) расширение представлений школьников о физической картине мира, о структуре материи; б) установление тесных межпредметных связей в области естественно-математических наук; в) обретение знаний из истории возникновения нанотехнологий, методов создания нанообъектов, их применения в различных отраслях производства, медицине, быту и т. д.

Школьные программы по естественным наукам в основном несут знания уровня XVII – XIX веков. Но школьники будут работать в XXI веке. Школьное образование должно соответствовать не только сегодняшним реалиям, но и опережать их. Особое значение имеет естественно-математический и информационно-логический блоки учебных предметов.

Математика – это системообразующий предмет, благодаря которому синтезируются и исследуются природные процессы и закономерности, формируется абстрактное мышление. Информатика также является системообразующим предметом, который охватывает все виды человеческой деятельности, связанные с применением ЭВМ. Она связана со сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием информации. На основе методов научного познания и математического аппарата физика исследует строение материи, формы её движения и взаимодействия на макро- и микроуровнях. Химия своей главной целью ставит изучение превращения веществ, которые сопровождаются изменением их состава и строения. Биология задаёт целостное представление о жизни и живой природе. На основе физико-химического знания она позволяет анализировать процессы в сложных многоуровневых системах-организмах растений, животных и человека, а также понять механизмы регуляции, устойчивости систем к внешним воздействиям, Логика учит правильному, последовательному, аргументированному и непротиворечивому мышлению человека независимо от его профессии.

Интеллектуальное развитие всё шире практикуется в дошкольных образовательных учреждениях. Особенно широко оно распространено в США, Японии, Италии, которые первыми провозгласили нанотехнологии приоритетным направлением развития науки.

5. Национально-государственные нанотехнологические программы. Первой страной, оценившей возможности нового научного направления, а также задавшей научную, экономическую, финансовую тактику и стратегию его развития, стали США. Финансирование соответствующих исследований начал в 1991 г. Национальный научный фонд. К концу 90-х годов (после тщательного и долгого анализа нового феномена) группа высокопрофессиональных учёных – экспертов (во главе с этим фондом) сформулировала программу, которая легла в основу Национальной Нанотехнологической Инициативы (National Nanotechnology Initiative, NNI), принятой в 2000 г. Но уже в 1994 г. Президент США Б. Клинтон в своей речи подчёркивал единство науки, техники и образования: «Будущее наших детей определяется тем, будем ли мы продолжать вкладывать средства в фундаментальную науку… Для того, чтобы сохранить высокий уровень исследований, их необходимо вести широким фронтом. Различные научные направления и соответствующие передовые технологии тесно связаны друг с другом. Прогресс в одной области часто приносит непредсказуемые важные результаты в совсем других областях. Более того, природа раскрывает свои наиболее ценные секреты тем, кто хорошо подготовлен и настойчив, причём этот процесс не поддаётся детальному планированию» (Цит. по: Третьяков, Гудилин, 2009, с. 5).

В 2000 г. он выделил три направления исследований в области нанотехнологий: 1) создание новых более лёгких и прочных материалов; 2) разработку запоминающих устройств повышенной мощности; 3) развитие новых методов борьбы с раковыми заболеваниями, позволяющих обнаружить опухоль на начальной стадии появления поражённых клеток.

В плане реализации NNI в США развернулись курсы переподготовки специалистов, работающих не в отраслях нанопромышленности; началась подготовка молодёжи по новым программам, ориентированным на нанотехнологии; началась реконструкция всей системы образования, включая школьное, с целью повышения качества естественнонаучного образования. В США имеется тенденция концентрировать систему образования вокруг нанотехнологий и преподавания таких учебных дисциплин, как физика, химия, биология. Их изучение осуществляется не отдельно, а в гармоническом комплексе. Комплексный подход переносится и на преподавание социальных наук. В общем, постепенно меняется стиль мышления учащейся молодежи, а в учебном процессе осуществляется переход от редукционизма (сведения сложного процесса к простому или сведение явления одного порядка к явлениям другого порядка) к холизму (определённой целостности как началу).

Согласно программе NNI, до 2020 г. должно последовательно появиться 4 поколения продуктов с использованием нанотехнологий. Первое поколение (2000 – 2005) называется «пассивные наноструктуры» (нанопорошки), которые можно добавлять в разные материалы (полимеры, керамику, металлы, покрытия, лекарства, косметику, пищу и т. п.). Второе поколение (2005 – 2010), названное «активные наноструктуры», предусматривает создание компонентов нанобиотехнологий, нейроэлектронных интерфейсов (систем специальных связей), наноэлектромеханических систем и т. п. Третье поколение (2010 – 2015), называется «системы наносистем». На этом историческом этапе предусматривается управляемая самосборка наносистем, нанороботов и т. п. Четвёртое поколение (2015 – 2020), названное «молекулярные наносистемы», предполагает создание молекулярных устройств, атомного дизайна (см.: Стрельникова, 2008, с. 40). Исходя из этого, можно предположить, что на ближайшее десятилетие нанотехнологии возводятся в США в ранг одной из приоритетных национальной стратегий.

Каковы общие черты отечественной стратегии в нанотехнологиях? Нормативно-правовые акты российского законодательства позволяют усмотреть, по крайней мере, три этапа в развитии государственной политики в этой области.

На первом, начальном этапе (1996 – 2004) нанотехнологии впервые упоминаются в перечнях критических технологий; организуются институт нанотехнологий (1996), концерн «Наноиндустрия» (2001), Научный совет по наноматериалам при Президиуме РАН (2002); начинается финансирование работ по разделу «Фундаментальные проблемы физикохимии наноматериалов»; в мае 2003 г. правительству дано поручение подготовить предложения по повышению результативности исследований и разработок в области наноматериалов и нанотехнологий; в декабре 2004 г. в Государственной Думе РФ состоялось совещание на тему «Нанотехнологии – проблема развития и подготовки кадров». Было предложено разработать и принять федеральную целевую программу «Развитие нанотехнологий в России».

На втором этапе (2004 – 2007) уже чётко обозначается необходимость ускоренного развития нанотехнологий. В Послании Президента РФ Федеральному собранию (май, 2006 г.) подчёркивалось, что нанотехнологии – «это одно из самых перспективных направлений и путей развития энергосбережения, элементной базы, медицины, робототехники». Тогда уже были утверждены приоритетные направления развития науки, технологий и техники России. А в рамках президентской инициативы «Стратегия развития наноиндустрии» (2007 г.) были поставлены основные задачи развития наноиндустрии в стране. Значимые проекты этих лет вошли в федеральную целевую программу «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития нанотехнологического комплекса России на 2007 – 2012 гг.». На этой основе формируется структура национальной нанотехнологической сети, обеспечивающей концентрацию ресурсов соответствующих исследований, их эффективность. Последнее обусловило создание отдела для обмена научно-техническими и инженерными данными – «Nano – Net». Тогда же вышло и Постановление «О правительственном совете по нанотехнологиям».

Эти и другие шаги Правительства РФ, а также последовавшие монографические исследования и научные статьи по нанотехнологиям нацеливали промышленные предприятия и корпорации, научные и учебные заведения на недопущение отставания России в нанотехнологиях (по сравнению, скажем, с США и Японией). Академик РАН Ю. Д. Третьяков в статье «Проблема развития нанотехнологий в России и за рубежом» с тревогой отмечает, что «научному сообществу нашей страны сильно не повезло. Прежде всего потому, что оно в целом потеряло для интенсивной творческой работы почти целое десятилетие, последовавшее за распадом СССР и мучительными поисками путей элементарного физического выживания. Разумеется, это касалось не только развития нанотехнологий, но прежде всего именно их, поскольку визуализация и контролируемое создание нанопродуктов требовало крайне дорогостоящего оборудования, которым наши исследователи в большинстве своём не располагали» (Третьяков, 2007, с. 6). И далее: «Если мы сумеем сохранить то лучшее, что было заложено в отечественной системе университетского образования (прежде всего его фундаментальность) и пополним последнее междисциплинарностью и способностью владеть современным синтетическим и диагностическим инструментарием, то появится надежда на возможность преодоления нашей страной нанотехнологического отставания» (там же, 2007, с. 8).

На третьем этапе (2007 – 2010) создаются Межведомственные научно-технические советы и корпорации по проблемам нанотехнологий и наноматериалов с соответствующими нормативно-правовыми актами и направленным финансированием. В частности, в 2007 г. была создана государственная корпорация «Роснанотех» с начальным капиталом в 134 млрд. рублей. В марте того же года Государственная Дума РФ проводит круглый стол на тему «Влияние науки на политическую ситуацию России. Взгляд в будущее». А созданное «Нанотехнологическое общество России» (октябрь, 2008) ставит задачу: «Просвещение российского общества в сфере нанотехнологий и формирование положительного мнения общества в пользу нанотехнологического развития государства».

Поставленная задача, действительно, важна, ибо «для большей части населения России нанотехнологии – это такие же абстракции, как атомная энергия в 30-е годы». В памяти отношение общества (в том числе и части научного сообщества) к кибернетике, генетике, информатике. По данным на 2007 г., опубликованным Всероссийским Центром изучения общественного мнения (ВЦИОМ), лишь 43 % граждан сталкивались с понятием «нанотехнологий», а 53 % такого слова не слышали. Наиболее осведомленная о нанотехнологиях категория россиян, – это молодые мужчины с высшим образованием. Вместе с тем 82 % жителей России считают, что нанотехнологии будут полезны обществу. Более половины россиян (52 %) готовы покупать товары, изготовленные с применением нанотехнологий.

Социологические исследования, проведенные в 2008 г. в 153 населенных пунктах из 46 регионов России показали, что доля респондентов, слышавших о нанотехнологиях составила 43 % от всех опрошенных 1600 человек. Наиболее популярным источником информации о нанотехнологиях считаются телевизионные программы – 81 %. Такой же показатель был при ответе на вопрос: «Принесут ли людям пользу нанотехнологии?».

Продолжение статьи >>