Ученые СССР о нынешнем веке и новой цивилизации
К АВТОТРОФНОМУ ОБЩЕСТВУ!
Академик Игорь Васильевич
ПЕТРЯНОВ-СОКОЛОВ (1907-1996)
ТМ, декабрь, 1977 г.
«…Герой Социалистического Труда академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов — крупный ученый в области физической химии аэродисперсных систем, глава целой школы исследователей, тесно сочетающей теоретические работы с инженерным поиском и непосредственным выходом в промышленность.
Выдающийся вклад И. В. Петрянова-Соколова в физико-химическую науку — открытие принципиально нового способа получения сверхтонких волокнистых материалов.
На основе этого способа была создана отрасль промышленности по изготовлению фильтрующих материалов, которые называют фильтрами Петрянова. Открытия ученого и его школы позволили создать оригинальные методы очистки промышленных выбросов, широко применяемые в народном хозяйстве. Игорь Васильевич Петрянов-Соколов удостоен Ленинской и Государственной премий.
Активный пропагандист передовых научных идей, академик Петрянов-Соколов является главным редактором научно-популярного журнала «Химия и жизнь» и научным редактором Детской энциклопедии.
…Коротко я бы сформулировал ответ на вопрос о целях науки так: первостепенная цель науки состоит в том, чтобы облегчить тяготы человеческого существования. В наши дни наиболее важным и наиболее перспективным направлением в науке мне представляется вопрос охраны и сохранения природы.
В наследство от прошлого мы получили хищническую технологию, бездумно растрачивающую те богатства, которые мы берем у природы. При такой технологии и хищническом отношении человеческое общество может очень быстро исчерпать все запасы природы, как возобновимые, так и невозобновимые. Нам предстоит решить большую задачу — создать такую промышленность, такой комплекс технологических процессов, который будет основан на полном использовании сырья, полученного от природы; на превращении всех - или почти всех - сырьевых потоков в необходимые для человека продукты.
До последнего времени мы в основном совершенствовали, шлифовали технологию, основы которой были заложены много десятков лет назад. Ее отличительная черта — неполнота использования природного сырья. Ведь иногда, для того чтобы получить необходимый обществу продукт, приходится превращать 97—98% исходного сырья в отходы и побочные вещества. Потребности человеческого общества сейчас очень многообразны.
Людям нужно все; любой полезный продукт, который может быть получен из того, что мы забираем у природы, найдет применение, и мы больше не можем себе позволить истощения природных ресурсов.
В первую очередь необходимо создать безотходную технологию, которая, как я уже сказал, полностью превращает сырье, взятое у природы, в полезный для общества продукт. При современном уровне знаний всегда можно' найти такой технологический процесс, при котором все его ответвления будут давать полезный продукт, то есть создать безотходную технологию.
Очень большое значение имеет создание технологии повторного, многократного использования продуктов жизнедеятельности человеческого общества. К сожалению, в настоящее время эти отходы обесцениваются и выбрасываются без всякой пользы. Мы теряем и наиболее ценный комплекс необходимых веществ, и очень большое количество энергии, заключенной в этих отходах.
Проблема создания автотрофного человеческого общества, обеспечивающего себя в полном объеме (за исключением энергетических потребностей) веществами, уже взятыми у природы за счет многократного повторного использования, является исключительно сложной, но и исключительно важной. Проблема эта поставлена уже несколько десятилетий назад великим ученым академиком Вернадским, и ее значение растет…»
МЫ СТОИМ У ПОРОГА! К «ЖИВОЙ» ТЕХНИКЕ И К СВЕРХРАЗУМУ…
Член-корр. АН СССР ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ СИФОРОВ (1904-1993)
(ТМ, март, 1970 г.)
Справка: член-корреспондент АН СССР Владимир Иванович Сифоров родился 31 мая 1904 года в Москве в семье мелкого торговца. Он рано лишился матери, отец бросил его на произвол судьбы, в результате чего он оказался на улице. После нескольких лет беспризорной жизни В.И. Сифоров попал в детскую колонию. Хотя считалось, что в колонии работает средняя школа, никакого серьезного обучения в ней не было. Тем не менее, преподаватель математики заметил большие способности юноши и стал давать ему книги великих ученых прошлого – Бернулли, Эйлера, Ньютона, Маркова, и др. Благодаря своей настойчивости и любознательности В.И. Сифоров к 16 годам овладел дифференциальным и интегральным исчислением...
„Ваш журнал рассказывал о прогнозировании научно-технического прогресса на ближайшие десятилетия», — пишет студент В. Петров из г. Свердловска. И спрашивает! „А возможны ли прогнозы на столетия вперед?" С этого вопроса и началась беседа нашего корреспондента И. АЧИЛЬДИЕВА с членом-корреспондентом АН СССР В. СИФОРОВЫМ
Какие архикрупные скачки можно предсказать уже сегодня?
— Все науки — смотря по тому, что является их предметом, — можно разбить на три группы. Несколько упрощенно, но для наших целей этого достаточно.
Первая группа — свод знаний об окружающей природе. Вторая — о методах изменения природы. Третья — науки о человеке и общественных отношениях.
Возьмем первую группу. Вспомните, механика установила законы действия гравитационных сил. Исследование материи на микроуровне помогло понять ядро атома. Электрон неисчерпаем, дальнейшее углубление в микромир приведет к открытию новых полей и энергий, применение которых в технике вызовет фантастические последствия. Но пойдем в другую сторону: в макромир. Надо ожидать, что и там переход от одного уровня материи к другому будет сопровождаться открытием новых полей. Представьте, какие же силы участвуют во взаимодействии метагалактик.
Сегодня много говорят о поисках внеземных цивилизаций. Земле достаточно одного контакта, чтобы получить информацию, ценность которой даже трудно представить себе. Космос полон неожиданностей. Мы не знаем, с чем мы столкнемся в межзвездном пространстве — оно беспредельно. Не обнаружим ли мы некий пространственный разум?
Теперь о науках, занятых изменением природы, развитием производства.
Сегодняшняя техника мертва. Пока аккумулятор питает радиостанцию, она действует. Иссякла батарея — и конец: металлический ящик беспомощен. Иное дело — живой организм. Порез на пальце затягивается через несколько дней. Наши конструкции не наделены способностью к саморазвитию, самоорганизации, самопроектированию, самоохранению — и еще ко множеству свойств, начинающихся с «само». Задача ближайших лет — вдохнуть в технику эти возможности живого.
Еще в 1954 году я писал о надежности сложной радиоэлектронной аппаратуры как о проблеме номер один. Число первичных элементов, кирпичиков, из которых построены электронные устройства, превышает десятки тысяч. Представим себе, что сами по себе кирпичики очень надежны, очень — и все-таки при первой же трещине вся система отказывает. А если ввести в такой аппарат блоки поиска неисправности, замены негодного диода и т. д.? Это уже зачаток системы «само». Ростки надо пестовать, свойства регенерации развивать. Общее направление задает человек, а уж машины сами будут проектировать себя.
За нами корректировка программы в соответствии с потребностями общества. С этого момента техника зашагает самостоятельно. Как годовалый ребенок, наконец-то отпустивший материнскую руку. Сегодня мы еще играем в киберигрушки, а завтра...
Стоит обратить внимание на три ветви научно-технического прогресса. Прежде всего — электронно-вычислительные машины, создание которых можно смело считать самым замечательным достижением века. Память ЭВМ увеличится настолько, что способна будет хранить богатства, накопленные во всех науках, во всех культурах и на всех языках. Очевидно, в скором времени решится и проблема взаимоотношения человека и электронной машины: методы связи, получения информации от ЭВМ станут всеобщими, надежными, не зависящими от языка, кинематографичными...
Вторая ветвь — микроминиатюризация. Недавно мне подарили заколку для галстука. На ней 750 тысяч фотодиодов. И это не предел!
Третье направление — чисто математическое — теория систем. Сейчас она бурно развивается. И не случайно. Мы наблюдаем тенденцию к созданию глобальных производственных, транспортных, энергетических, информационных структур. Телеспутники и спутники радиосвязи уже реальность. Видеотелефоны сблизят людей на нашем маленьком земном шаре. Машинное производство сольет разрозненные энергетические системы в единую. Коммуникации соединят электронно-вычислительные центры. Укрупнение систем повлечет за собой усложнение их организации и в конечном счете обернется их качественным усовершенствованием.
Мне представляется: в сверхсистемах произойдут радикальные изменения разных рангов, и в конце концов возникнет новая форма движения материи.
К техническим наукам иногда относятся свысока, считая их чуть ли не второсортными. Дескать, «инженерия» использует открытия, сделанные в физике, химии и т. п. Наивно! Правильнее признать за техническими науками собственное фундаментальное значение — если, конечно, согласиться с прогнозом о создании особых форм движения материи на их базе.
И наконец, третья группа наук — о человеке. Человек — венец природы! Или: человек — единственный носитель разума! Звучит привычно. Хотя в общем-то это немного странно. На Земле так много живых существ, одних только насекомых чуть не миллион видов. Так почему же во вселенной на роль разумного существа не может претендовать никто, кроме человека?
Попробуем схематизировать эволюцию. Мертвая природа — скачок! — живая природа — скачок! — человек. Чтобы прийти к высшей форме движения, материи потребовалось два фундаментальных сдвига. Будет ли третий? Я имею в виду не смену общественных формаций — она неизбежна, установлены ее законы и т. п.
Речь идет о путях совершенствования разума. Возможна ли еще более высокая форма движения материи? С точки зрения материализма в этом нет ничего невероятного. В самом деле, если развитие бесконечно, то бессмысленно отыскивать его логический предел.
Мы почти ничего не знаем о структуре мозговых связей. Как возникает научное понятие? В чем секрет творчества? Наши представления настолько грубы, что не допускают даже хирургического вмешательства с целью усовершенствования аппарата мысли. Но, несомненно, возникнет обратная связь, начнется воздействие сознания на сознание, мозга — на сам мозг. И возможно, появится более высокая форма, чем сознание. Произойдет скачок такого же ранга, что и от мертвой материи к живой.
И снова вернемся к космосу. Сегодня мы ищем во вселенной следы разумных существ. Интересно попытаться установить контакт со сверхразумом, обнаружить его зачатки в современном человеческом обществе.
Достигнув высокой и сложной организации, человечество как один индивидуум, или, точнее, как одна необычайно сложная система, выступит в роли сверхразума. И только в этом новом качестве земляне выйдут на арену вселенной, давно дожидающейся столь счастливого мгновенья.
А мы — мы стоим у порога...»
БИОХИМИЯ – СОЮЗНИК ТЕХНИКИ. К ЖИВЫМ МАШИНАМ! (ТМ, август, 1974 г.)
Николай СЕМЕНОВ, академик. Герой Социалистического Труда,
лауреат Государственной и Нобелевской премий (1896-1986 гг.)
«…Ученый-фантазер — характеристика, прямо скажем, убийственная.
И вместе с тем, когда об ученом говорят, что он лишен фантазии, воображения, за этим также стоит явное неодобрение. Словом, согласившись рассказать о будущем химии и смежных областей, я рискую закрепить за собой прозвище «ученый-фантазер». Поэтому прошу учесть, что в этом моем «падении» виноват не только я, но и редакция, пожелавшая получить рассказ о научном направлении, которое уже в начале пути сулит захватывающие перспективы. Это направление можно назвать химической бионикой. Его цель — призвать на службу человеку те поразительные по своей эффективности химические процессы, которые протекают в живой природе…
…Мы научились синтезировать белок в лабораториях, но эта операция требует многих месяцев упорной работы. А в живых системах те же реакции протекают за несколько минут, при температурах и давлении, близких к условиям окружающей среды. И в отличие от многих промышленных процессов, биохимические не загрязняют среды — все продукты жизнедеятельности одних организмов полностью утилизуются другими.
Сегодня все более широкое распространение приобретает микробиологический способ производства белков и жиров — их выделяют из бактерий, выращенных на углеводородах нефти. В какой-то мере этот способ подобен традиционному животноводству, с той лишь разницей, что роль травы и злаков выполняют углеводороды нефти, а роль коров — бактерии.
Как при спиртовом брожении, так и при микробиологическом синтезе клетки бактерий служат лишь «обрамлением» для тех особых белков, благодаря которым происходят удивительные химические превращения.
Эти белки, играющие роль биологических катализаторов, получили название ферментов. По своей способности активизировать химические реакции они в миллионы и миллиарды раз превосходят самые совершенные известные нам катализаторы. Поэтому с тех пор, как стало известно, что ферменты сохраняют свои свойства и вне живого организма, химики неустанно ищут пути их применения в качестве катализаторов промышленных процессов.
К сожалению, ферменты обладают двумя серьезными недостатками: их
трудно отделить от конечных продуктов реакции, и они весьма чувствительны к повышенным температурам и другим неблагоприятным факторам окружающей среды. В какой-то мере эти недостатки можно исключить, если связать фермент слабыми химическими связями с твердой поверхностью или включить его в пористую массу, в которую будут хорошо проникать реагирующие вещества. Такие ферменты получили название иммобилизованных, лишенных подвижности. Они сохраняют высокую активность в течение месяцев при температурах, доходящих до 100° С.
На основе иммобилизованных ферментов уже сегодня в промышленном масштабе организовано производство различных пенициллинов с широким спектром действия. Но еще более широкие перспективы открываются в деле переработки крахмала и целлюлозы сначала в глюкозу, а затем во фруктозу — ценный низкокалорийный пищевойпродукт. Но самое заманчивое, что и глюкозу и фруктозу можно будет непосредственно получать из дешевых видов сырья — древесных опилок, соломы, ботвы, отходов бумаги…
ОТ СВЕТЛЯЧКОВ К СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
Доводилось ли вам видеть в ночном лесу призрачное мерцание крохотных огоньков? Это — жуки-светлячки. Секрет их свечения связан с окислением органического вещества — люциферина. Причем химическая энергия превращается в световую с исключительно высоким коэффициентом полезного действия, достигающим 50—80%.
Реакция окисления люциферина идет при непременном участии ферментов. Но какова их роль? Лабораторная проверка показала: при реакции без участия ферментов квантовый выход световой энергии примерно в 100 раз меньше, чем в ферментативных процессах. Правда, механизм действия пока еще не совсем ясен. Возможно, ферменты служат своеобразными «матрицами», которые делают молекулы люциферина более жесткими. И поэтому с увеличением жесткости молекул растет и световая «отдача».
Если предположение окажется правильным, то перед нами откроются пути к созданию принципиально новых и весьма эффективных систем освещения.
А листья растений? Мы знаем, что в них из углекислого газа изготовляются «кирпичики» будущих белков — молекулы углеводов. Но вот что интересно: зеленый лист делает это с помощью световых лучей, которые сами по себе не в состоянии разбить молекулу углекислого газа. Поэтому лист накапливает или концентрирует энергию солнца. Как? К сожалению, механизм процессов фотосинтеза до сих пор остается загадкой. А между тем с ним связаны многие наши надежды на будущее. В том числе надежда использовать солнечную энергию. У большинства полупроводниковых солнечных батарей к.п.д. сегодня ниже 20%. В зеленом же листе, при малой освещенности, процессы фотосинтеза идут с к.п.д. примерно в 20—25%. Но с возрастанием интенсивности светового потока эта цифра уменьшается до 2—4%.
Вероятно, срабатывает защитный механизм, спасающий клетки от губительного избытка радиации. Вряд ли нам удастся увеличить к.п.д. фотосинтеза в самих растениях путем генетических изменений.
В связи с этим интересны недавно проведенные эксперименты, в которых с помощью выделенных из клетки хлоропластов обычную воду под действием солнечного света удалось разложить на водород и кислород. Уже сам по себе такой способ утилизации солнечной энергии весьма заманчив. Ведь водород ценен не только как высокоэффективное топливо. Он — необходимый реагент в топливных элементах — устройствах для прямого преобразования химической энергии в электрическую. А кислород очень нужен промышленности.
Судя по предварительным результатам, в проведенных экспериментах удалось осуществить преобразование солнечной энергии с к.п.д. значительно большим, чем у современных фотоэлектрических устройств. Следовательно, если поиски увенчаются успехом и исследователи смогут довести к.п.д. процесса до 40—60%, их усилия станут важным шагом на пути к широкому использованию солнечной энергии.
Предвижу возражения скептиков: где взять огромное количество иммобилизованных ферментов, необходимое для решения подобной задачи? Видимо, единственный выход — научиться синтезировать их чисто химическим путем.
ЖИВЫЕ МАШИНЫ — ФАНТАЗИЯ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ!
Если попытаться представить строение молекулы фермента, то, упрощая дело, можно сказать, что она состоит из одного или нескольких активных «центров» с соответствующими белковыми «хвостами». В большинстве случаев «центры» содержат ионы металлов с переменной валентностью, которые активизируют атомы реагирующих веществ. А белковые «хвосты» выстраивают молекулы этих веществ так, чтобы соответствующие атомы и активный «центр» расположились по отношению друг к другу наивыгоднейшим образом. Это и определяет высокие скорости реакций в ферментативных системах.
Бесспорно, одна из центральных задач химии — научиться получать катализаторы, по своей активности не уступающие ферментам и даже превосходящие их. Возникающие при этом проблемы кажутся бесконечно сложными, если мы попытаемся воссоздать всю молекулу фермента. Но все становится значительно проще, если учесть, что промышленный катализатор должен выполнять лишь одну функцию — ускорять определенную химическую реакцию, (ферменты выполняют и много других.) Поэтому нет нужды повторять всю молекулу фермента — достаточно воспроизвести один активный «центр» с соответствующим «хвостом». Более того, и такую структуру не обязательно слепо копировать — важно лишь распознать и повторить лежащий в ее основе принцип действия.
Вот уже на протяжении нескольких десятилетий химики изучают так называемые комплексные катализаторы. Своим действием они во многом напоминают ферменты. С помощью этих катализаторов сегодня даже удается синтезировать полимеры, неизвестные в природе. А вот осуществить фиксацию атмосферного азота, с которой мы начали наш разговор, долгое время не удавалось. Лишь за последнее десятилетие наметились пути к решению этой задачи.
Еще в 1964 году доктор химических наук М. Вольпин и его сотрудники из Института элементоорганических соединений АН СССР обнаружили, что комплексы различных переходных металлов при определенных условиях переводят азот в производные аммиака — так называемые нитриды. В следующем году канадские исследователи получили комплексы азота с двухвалентным рутением.
А еще спустя несколько месяцев доктор химических наук А. Шилов и его сотрудники из нашего Института химической физики АН СССР показали: подобные комплексы можно извлекать непосредственно из молекулярного азота. И, что особенно важно, в присутствии воды. Однако полученные Шиловым комплексы не удавалось перевести в аммиак, а реакция, открытая Вольпиным, отказывалась идти в водной среде. Нужно было искать иные решения проблемы. И это удалось сделать Шилову и его сотрудникам — они впервые открыли пути к осуществлению синтеза аммиака из молекулярного азота и с участием воды. Конечно, процесс пока далек от той эффективности, которая позволила бы ему конкурировать с уже существующим промышленным способом. Но научная ценность его бесспорна.
Или взять, например, наши мышцы. В них быстро и с высоким коэффициентом полезного действия совершается непосредственное превращение химической энергии в механическую. Этому живому устройству присуще еще одно незаменимое качество — высокая надежность. И достигается она без помощи «запасных частей». Просто в тех случаях, когда какая-нибудь из клеток ткани отмирает, на ее месте «вырастает» другая. Достоинства мышцы заставляют исследователей задумываться над тем, как перенять опыт природы.
На пути создания искусственных мускулов еще предстоит преодолеть
огромные трудности. И тем не менее можно думать: со временем вообще исчезнут четкие грани между материалом, машиной и источником энергии. Появится совершенно особая форма материи, когда вещество само будет служить источником энергии, само станет передавать ее и потреблять для реализации каких-либо процессов.
Дав волю фантазии, можно представить, что человек в сотни раз умножит силу своих мышц и, прочно закрепив достаточно большие крылья, сможет летать по воздуху с легкостью и маневренностью птицы. Появится совершенно новый тип машин, в основе которых будет движение рычагов, а не вращение. Эти машины будут иметь рабочие органы, обладающие гибкостью ног, рук и даже пальцев. Сюда же следует отнести и новые конструкции шагающих механизмов, и сельскохозяйственные уборочные автоматы, и неутомимых роботов, заменяющих человека у конвейера.
Все это сейчас кажется фантазией. Но разве жизнь уже не научила нас, что успехи науки и техники подчас превосходят самые смелые мечты?..»
Академик Игорь Васильевич
ПЕТРЯНОВ-СОКОЛОВ (1907-1996)
ТМ, декабрь, 1977 г.
«…Герой Социалистического Труда академик Игорь Васильевич Петрянов-Соколов — крупный ученый в области физической химии аэродисперсных систем, глава целой школы исследователей, тесно сочетающей теоретические работы с инженерным поиском и непосредственным выходом в промышленность.
Выдающийся вклад И. В. Петрянова-Соколова в физико-химическую науку — открытие принципиально нового способа получения сверхтонких волокнистых материалов.
На основе этого способа была создана отрасль промышленности по изготовлению фильтрующих материалов, которые называют фильтрами Петрянова. Открытия ученого и его школы позволили создать оригинальные методы очистки промышленных выбросов, широко применяемые в народном хозяйстве. Игорь Васильевич Петрянов-Соколов удостоен Ленинской и Государственной премий.
Активный пропагандист передовых научных идей, академик Петрянов-Соколов является главным редактором научно-популярного журнала «Химия и жизнь» и научным редактором Детской энциклопедии.
…Коротко я бы сформулировал ответ на вопрос о целях науки так: первостепенная цель науки состоит в том, чтобы облегчить тяготы человеческого существования. В наши дни наиболее важным и наиболее перспективным направлением в науке мне представляется вопрос охраны и сохранения природы.
В наследство от прошлого мы получили хищническую технологию, бездумно растрачивающую те богатства, которые мы берем у природы. При такой технологии и хищническом отношении человеческое общество может очень быстро исчерпать все запасы природы, как возобновимые, так и невозобновимые. Нам предстоит решить большую задачу — создать такую промышленность, такой комплекс технологических процессов, который будет основан на полном использовании сырья, полученного от природы; на превращении всех - или почти всех - сырьевых потоков в необходимые для человека продукты.
До последнего времени мы в основном совершенствовали, шлифовали технологию, основы которой были заложены много десятков лет назад. Ее отличительная черта — неполнота использования природного сырья. Ведь иногда, для того чтобы получить необходимый обществу продукт, приходится превращать 97—98% исходного сырья в отходы и побочные вещества. Потребности человеческого общества сейчас очень многообразны.
Людям нужно все; любой полезный продукт, который может быть получен из того, что мы забираем у природы, найдет применение, и мы больше не можем себе позволить истощения природных ресурсов.
В первую очередь необходимо создать безотходную технологию, которая, как я уже сказал, полностью превращает сырье, взятое у природы, в полезный для общества продукт. При современном уровне знаний всегда можно' найти такой технологический процесс, при котором все его ответвления будут давать полезный продукт, то есть создать безотходную технологию.
Очень большое значение имеет создание технологии повторного, многократного использования продуктов жизнедеятельности человеческого общества. К сожалению, в настоящее время эти отходы обесцениваются и выбрасываются без всякой пользы. Мы теряем и наиболее ценный комплекс необходимых веществ, и очень большое количество энергии, заключенной в этих отходах.
Проблема создания автотрофного человеческого общества, обеспечивающего себя в полном объеме (за исключением энергетических потребностей) веществами, уже взятыми у природы за счет многократного повторного использования, является исключительно сложной, но и исключительно важной. Проблема эта поставлена уже несколько десятилетий назад великим ученым академиком Вернадским, и ее значение растет…»
МЫ СТОИМ У ПОРОГА! К «ЖИВОЙ» ТЕХНИКЕ И К СВЕРХРАЗУМУ…
Член-корр. АН СССР ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ СИФОРОВ (1904-1993)
(ТМ, март, 1970 г.)
Справка: член-корреспондент АН СССР Владимир Иванович Сифоров родился 31 мая 1904 года в Москве в семье мелкого торговца. Он рано лишился матери, отец бросил его на произвол судьбы, в результате чего он оказался на улице. После нескольких лет беспризорной жизни В.И. Сифоров попал в детскую колонию. Хотя считалось, что в колонии работает средняя школа, никакого серьезного обучения в ней не было. Тем не менее, преподаватель математики заметил большие способности юноши и стал давать ему книги великих ученых прошлого – Бернулли, Эйлера, Ньютона, Маркова, и др. Благодаря своей настойчивости и любознательности В.И. Сифоров к 16 годам овладел дифференциальным и интегральным исчислением...
„Ваш журнал рассказывал о прогнозировании научно-технического прогресса на ближайшие десятилетия», — пишет студент В. Петров из г. Свердловска. И спрашивает! „А возможны ли прогнозы на столетия вперед?" С этого вопроса и началась беседа нашего корреспондента И. АЧИЛЬДИЕВА с членом-корреспондентом АН СССР В. СИФОРОВЫМ
Какие архикрупные скачки можно предсказать уже сегодня?
— Все науки — смотря по тому, что является их предметом, — можно разбить на три группы. Несколько упрощенно, но для наших целей этого достаточно.
Первая группа — свод знаний об окружающей природе. Вторая — о методах изменения природы. Третья — науки о человеке и общественных отношениях.
Возьмем первую группу. Вспомните, механика установила законы действия гравитационных сил. Исследование материи на микроуровне помогло понять ядро атома. Электрон неисчерпаем, дальнейшее углубление в микромир приведет к открытию новых полей и энергий, применение которых в технике вызовет фантастические последствия. Но пойдем в другую сторону: в макромир. Надо ожидать, что и там переход от одного уровня материи к другому будет сопровождаться открытием новых полей. Представьте, какие же силы участвуют во взаимодействии метагалактик.
Сегодня много говорят о поисках внеземных цивилизаций. Земле достаточно одного контакта, чтобы получить информацию, ценность которой даже трудно представить себе. Космос полон неожиданностей. Мы не знаем, с чем мы столкнемся в межзвездном пространстве — оно беспредельно. Не обнаружим ли мы некий пространственный разум?
Теперь о науках, занятых изменением природы, развитием производства.
Сегодняшняя техника мертва. Пока аккумулятор питает радиостанцию, она действует. Иссякла батарея — и конец: металлический ящик беспомощен. Иное дело — живой организм. Порез на пальце затягивается через несколько дней. Наши конструкции не наделены способностью к саморазвитию, самоорганизации, самопроектированию, самоохранению — и еще ко множеству свойств, начинающихся с «само». Задача ближайших лет — вдохнуть в технику эти возможности живого.
Еще в 1954 году я писал о надежности сложной радиоэлектронной аппаратуры как о проблеме номер один. Число первичных элементов, кирпичиков, из которых построены электронные устройства, превышает десятки тысяч. Представим себе, что сами по себе кирпичики очень надежны, очень — и все-таки при первой же трещине вся система отказывает. А если ввести в такой аппарат блоки поиска неисправности, замены негодного диода и т. д.? Это уже зачаток системы «само». Ростки надо пестовать, свойства регенерации развивать. Общее направление задает человек, а уж машины сами будут проектировать себя.
За нами корректировка программы в соответствии с потребностями общества. С этого момента техника зашагает самостоятельно. Как годовалый ребенок, наконец-то отпустивший материнскую руку. Сегодня мы еще играем в киберигрушки, а завтра...
Стоит обратить внимание на три ветви научно-технического прогресса. Прежде всего — электронно-вычислительные машины, создание которых можно смело считать самым замечательным достижением века. Память ЭВМ увеличится настолько, что способна будет хранить богатства, накопленные во всех науках, во всех культурах и на всех языках. Очевидно, в скором времени решится и проблема взаимоотношения человека и электронной машины: методы связи, получения информации от ЭВМ станут всеобщими, надежными, не зависящими от языка, кинематографичными...
Вторая ветвь — микроминиатюризация. Недавно мне подарили заколку для галстука. На ней 750 тысяч фотодиодов. И это не предел!
Третье направление — чисто математическое — теория систем. Сейчас она бурно развивается. И не случайно. Мы наблюдаем тенденцию к созданию глобальных производственных, транспортных, энергетических, информационных структур. Телеспутники и спутники радиосвязи уже реальность. Видеотелефоны сблизят людей на нашем маленьком земном шаре. Машинное производство сольет разрозненные энергетические системы в единую. Коммуникации соединят электронно-вычислительные центры. Укрупнение систем повлечет за собой усложнение их организации и в конечном счете обернется их качественным усовершенствованием.
Мне представляется: в сверхсистемах произойдут радикальные изменения разных рангов, и в конце концов возникнет новая форма движения материи.
К техническим наукам иногда относятся свысока, считая их чуть ли не второсортными. Дескать, «инженерия» использует открытия, сделанные в физике, химии и т. п. Наивно! Правильнее признать за техническими науками собственное фундаментальное значение — если, конечно, согласиться с прогнозом о создании особых форм движения материи на их базе.
И наконец, третья группа наук — о человеке. Человек — венец природы! Или: человек — единственный носитель разума! Звучит привычно. Хотя в общем-то это немного странно. На Земле так много живых существ, одних только насекомых чуть не миллион видов. Так почему же во вселенной на роль разумного существа не может претендовать никто, кроме человека?
Попробуем схематизировать эволюцию. Мертвая природа — скачок! — живая природа — скачок! — человек. Чтобы прийти к высшей форме движения, материи потребовалось два фундаментальных сдвига. Будет ли третий? Я имею в виду не смену общественных формаций — она неизбежна, установлены ее законы и т. п.
Речь идет о путях совершенствования разума. Возможна ли еще более высокая форма движения материи? С точки зрения материализма в этом нет ничего невероятного. В самом деле, если развитие бесконечно, то бессмысленно отыскивать его логический предел.
Мы почти ничего не знаем о структуре мозговых связей. Как возникает научное понятие? В чем секрет творчества? Наши представления настолько грубы, что не допускают даже хирургического вмешательства с целью усовершенствования аппарата мысли. Но, несомненно, возникнет обратная связь, начнется воздействие сознания на сознание, мозга — на сам мозг. И возможно, появится более высокая форма, чем сознание. Произойдет скачок такого же ранга, что и от мертвой материи к живой.
И снова вернемся к космосу. Сегодня мы ищем во вселенной следы разумных существ. Интересно попытаться установить контакт со сверхразумом, обнаружить его зачатки в современном человеческом обществе.
Достигнув высокой и сложной организации, человечество как один индивидуум, или, точнее, как одна необычайно сложная система, выступит в роли сверхразума. И только в этом новом качестве земляне выйдут на арену вселенной, давно дожидающейся столь счастливого мгновенья.
А мы — мы стоим у порога...»
БИОХИМИЯ – СОЮЗНИК ТЕХНИКИ. К ЖИВЫМ МАШИНАМ! (ТМ, август, 1974 г.)
Николай СЕМЕНОВ, академик. Герой Социалистического Труда,
лауреат Государственной и Нобелевской премий (1896-1986 гг.)
«…Ученый-фантазер — характеристика, прямо скажем, убийственная.
И вместе с тем, когда об ученом говорят, что он лишен фантазии, воображения, за этим также стоит явное неодобрение. Словом, согласившись рассказать о будущем химии и смежных областей, я рискую закрепить за собой прозвище «ученый-фантазер». Поэтому прошу учесть, что в этом моем «падении» виноват не только я, но и редакция, пожелавшая получить рассказ о научном направлении, которое уже в начале пути сулит захватывающие перспективы. Это направление можно назвать химической бионикой. Его цель — призвать на службу человеку те поразительные по своей эффективности химические процессы, которые протекают в живой природе…
…Мы научились синтезировать белок в лабораториях, но эта операция требует многих месяцев упорной работы. А в живых системах те же реакции протекают за несколько минут, при температурах и давлении, близких к условиям окружающей среды. И в отличие от многих промышленных процессов, биохимические не загрязняют среды — все продукты жизнедеятельности одних организмов полностью утилизуются другими.
Сегодня все более широкое распространение приобретает микробиологический способ производства белков и жиров — их выделяют из бактерий, выращенных на углеводородах нефти. В какой-то мере этот способ подобен традиционному животноводству, с той лишь разницей, что роль травы и злаков выполняют углеводороды нефти, а роль коров — бактерии.
Как при спиртовом брожении, так и при микробиологическом синтезе клетки бактерий служат лишь «обрамлением» для тех особых белков, благодаря которым происходят удивительные химические превращения.
Эти белки, играющие роль биологических катализаторов, получили название ферментов. По своей способности активизировать химические реакции они в миллионы и миллиарды раз превосходят самые совершенные известные нам катализаторы. Поэтому с тех пор, как стало известно, что ферменты сохраняют свои свойства и вне живого организма, химики неустанно ищут пути их применения в качестве катализаторов промышленных процессов.
К сожалению, ферменты обладают двумя серьезными недостатками: их
трудно отделить от конечных продуктов реакции, и они весьма чувствительны к повышенным температурам и другим неблагоприятным факторам окружающей среды. В какой-то мере эти недостатки можно исключить, если связать фермент слабыми химическими связями с твердой поверхностью или включить его в пористую массу, в которую будут хорошо проникать реагирующие вещества. Такие ферменты получили название иммобилизованных, лишенных подвижности. Они сохраняют высокую активность в течение месяцев при температурах, доходящих до 100° С.
На основе иммобилизованных ферментов уже сегодня в промышленном масштабе организовано производство различных пенициллинов с широким спектром действия. Но еще более широкие перспективы открываются в деле переработки крахмала и целлюлозы сначала в глюкозу, а затем во фруктозу — ценный низкокалорийный пищевойпродукт. Но самое заманчивое, что и глюкозу и фруктозу можно будет непосредственно получать из дешевых видов сырья — древесных опилок, соломы, ботвы, отходов бумаги…
ОТ СВЕТЛЯЧКОВ К СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ
Доводилось ли вам видеть в ночном лесу призрачное мерцание крохотных огоньков? Это — жуки-светлячки. Секрет их свечения связан с окислением органического вещества — люциферина. Причем химическая энергия превращается в световую с исключительно высоким коэффициентом полезного действия, достигающим 50—80%.
Реакция окисления люциферина идет при непременном участии ферментов. Но какова их роль? Лабораторная проверка показала: при реакции без участия ферментов квантовый выход световой энергии примерно в 100 раз меньше, чем в ферментативных процессах. Правда, механизм действия пока еще не совсем ясен. Возможно, ферменты служат своеобразными «матрицами», которые делают молекулы люциферина более жесткими. И поэтому с увеличением жесткости молекул растет и световая «отдача».
Если предположение окажется правильным, то перед нами откроются пути к созданию принципиально новых и весьма эффективных систем освещения.
А листья растений? Мы знаем, что в них из углекислого газа изготовляются «кирпичики» будущих белков — молекулы углеводов. Но вот что интересно: зеленый лист делает это с помощью световых лучей, которые сами по себе не в состоянии разбить молекулу углекислого газа. Поэтому лист накапливает или концентрирует энергию солнца. Как? К сожалению, механизм процессов фотосинтеза до сих пор остается загадкой. А между тем с ним связаны многие наши надежды на будущее. В том числе надежда использовать солнечную энергию. У большинства полупроводниковых солнечных батарей к.п.д. сегодня ниже 20%. В зеленом же листе, при малой освещенности, процессы фотосинтеза идут с к.п.д. примерно в 20—25%. Но с возрастанием интенсивности светового потока эта цифра уменьшается до 2—4%.
Вероятно, срабатывает защитный механизм, спасающий клетки от губительного избытка радиации. Вряд ли нам удастся увеличить к.п.д. фотосинтеза в самих растениях путем генетических изменений.
В связи с этим интересны недавно проведенные эксперименты, в которых с помощью выделенных из клетки хлоропластов обычную воду под действием солнечного света удалось разложить на водород и кислород. Уже сам по себе такой способ утилизации солнечной энергии весьма заманчив. Ведь водород ценен не только как высокоэффективное топливо. Он — необходимый реагент в топливных элементах — устройствах для прямого преобразования химической энергии в электрическую. А кислород очень нужен промышленности.
Судя по предварительным результатам, в проведенных экспериментах удалось осуществить преобразование солнечной энергии с к.п.д. значительно большим, чем у современных фотоэлектрических устройств. Следовательно, если поиски увенчаются успехом и исследователи смогут довести к.п.д. процесса до 40—60%, их усилия станут важным шагом на пути к широкому использованию солнечной энергии.
Предвижу возражения скептиков: где взять огромное количество иммобилизованных ферментов, необходимое для решения подобной задачи? Видимо, единственный выход — научиться синтезировать их чисто химическим путем.
ЖИВЫЕ МАШИНЫ — ФАНТАЗИЯ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ!
Если попытаться представить строение молекулы фермента, то, упрощая дело, можно сказать, что она состоит из одного или нескольких активных «центров» с соответствующими белковыми «хвостами». В большинстве случаев «центры» содержат ионы металлов с переменной валентностью, которые активизируют атомы реагирующих веществ. А белковые «хвосты» выстраивают молекулы этих веществ так, чтобы соответствующие атомы и активный «центр» расположились по отношению друг к другу наивыгоднейшим образом. Это и определяет высокие скорости реакций в ферментативных системах.
Бесспорно, одна из центральных задач химии — научиться получать катализаторы, по своей активности не уступающие ферментам и даже превосходящие их. Возникающие при этом проблемы кажутся бесконечно сложными, если мы попытаемся воссоздать всю молекулу фермента. Но все становится значительно проще, если учесть, что промышленный катализатор должен выполнять лишь одну функцию — ускорять определенную химическую реакцию, (ферменты выполняют и много других.) Поэтому нет нужды повторять всю молекулу фермента — достаточно воспроизвести один активный «центр» с соответствующим «хвостом». Более того, и такую структуру не обязательно слепо копировать — важно лишь распознать и повторить лежащий в ее основе принцип действия.
Вот уже на протяжении нескольких десятилетий химики изучают так называемые комплексные катализаторы. Своим действием они во многом напоминают ферменты. С помощью этих катализаторов сегодня даже удается синтезировать полимеры, неизвестные в природе. А вот осуществить фиксацию атмосферного азота, с которой мы начали наш разговор, долгое время не удавалось. Лишь за последнее десятилетие наметились пути к решению этой задачи.
Еще в 1964 году доктор химических наук М. Вольпин и его сотрудники из Института элементоорганических соединений АН СССР обнаружили, что комплексы различных переходных металлов при определенных условиях переводят азот в производные аммиака — так называемые нитриды. В следующем году канадские исследователи получили комплексы азота с двухвалентным рутением.
А еще спустя несколько месяцев доктор химических наук А. Шилов и его сотрудники из нашего Института химической физики АН СССР показали: подобные комплексы можно извлекать непосредственно из молекулярного азота. И, что особенно важно, в присутствии воды. Однако полученные Шиловым комплексы не удавалось перевести в аммиак, а реакция, открытая Вольпиным, отказывалась идти в водной среде. Нужно было искать иные решения проблемы. И это удалось сделать Шилову и его сотрудникам — они впервые открыли пути к осуществлению синтеза аммиака из молекулярного азота и с участием воды. Конечно, процесс пока далек от той эффективности, которая позволила бы ему конкурировать с уже существующим промышленным способом. Но научная ценность его бесспорна.
Или взять, например, наши мышцы. В них быстро и с высоким коэффициентом полезного действия совершается непосредственное превращение химической энергии в механическую. Этому живому устройству присуще еще одно незаменимое качество — высокая надежность. И достигается она без помощи «запасных частей». Просто в тех случаях, когда какая-нибудь из клеток ткани отмирает, на ее месте «вырастает» другая. Достоинства мышцы заставляют исследователей задумываться над тем, как перенять опыт природы.
На пути создания искусственных мускулов еще предстоит преодолеть
огромные трудности. И тем не менее можно думать: со временем вообще исчезнут четкие грани между материалом, машиной и источником энергии. Появится совершенно особая форма материи, когда вещество само будет служить источником энергии, само станет передавать ее и потреблять для реализации каких-либо процессов.
Дав волю фантазии, можно представить, что человек в сотни раз умножит силу своих мышц и, прочно закрепив достаточно большие крылья, сможет летать по воздуху с легкостью и маневренностью птицы. Появится совершенно новый тип машин, в основе которых будет движение рычагов, а не вращение. Эти машины будут иметь рабочие органы, обладающие гибкостью ног, рук и даже пальцев. Сюда же следует отнести и новые конструкции шагающих механизмов, и сельскохозяйственные уборочные автоматы, и неутомимых роботов, заменяющих человека у конвейера.
Все это сейчас кажется фантазией. Но разве жизнь уже не научила нас, что успехи науки и техники подчас превосходят самые смелые мечты?..»
7908
2012.03.30 12:00:00
