Максим Калашников - Цунами 2010-х годов
5 июля 2007 г. случилось беспрецедентное событие. В тот день фракция «Единой России» в Госдуме проводила совещание по вопросам развития и применения в промышленности отечественных достижений в области нанотехнологий. Накануне на него правительственной телеграммой пригласили представителей авторитетнейшего академического Института прикладной математики (ИПМ). Основанный великим Мстиславом Келдышем, ИПМ был важнейшим участником советских атомного и космического проектов. Этот институт создавался для решения стратегических проблем, которые стояли перед Советским Союзом – от их решения, без преувеличения, зависело само существование нашей страны. Ключевыми задачами, которые были решены в ИПМ, стало совершенствование ядерного оружия, математическое обеспечение космических полетов, разработка систем управления сложными техническими объектами. ИПМ работал в тесном контакте с коллективами, которые возглавляли академики Игорь Васильевич Курчатов и Сергей Павлович Королев. ИПМ выступал экспертом при разработке программ и проектов национального масштаба.
На сей раз подготовлен доклад о проблемах отечественного нанотеха, таблицы, иллюстрирующие положение дел в мире и у нас. Но… на совещание не пустили докладчика – научного руководителя института, профессора Георгия Малинецкого. Светило мирового масштаба (при том, что русский ИПМ котируется на Западе очень высоко). Профессора на совещание не допустили, материалов его не передали участникам встречи.
Комментарии, я думаю, излишни.
О чем же хотели сказать ученые? Дальнейший текст автор книги писал с помощью Георгия Малинецкого.
«Принеси то, не знаю что»: стадия алхимии
То, что проекту отечественного нанотеха быть, это ясно без всяких колебаний. Однако выполнение этого решения представляет очень сложную задачу, требующую сверхусилий от руководителей, исследователей, представителей промышленности и оборонного комплекса.
Первое серьезное усилие состоит в том, чтобы понять: что такое нанотехнология? Куда и как надо вкладывать деньги и на каких направлениях вести организационную работу? Ведь пока здесь полный туман неопределенности.
Дело в том, что нанотехнология, повторяя развитие химии, сегодня находится явно на донаучной, алхимической стадии. Приверженцы нанотеха сейчас говорят о его предельном развитии: создании сверхмалых нанороботов-сборщиков. Они должны собирать из атомов нужные изделия прямо из исходного сырья, сделав ненужной промышленность нынешнего типа. С другой стороны, нанороботы должны вводиться в человеческий организм, побеждая болезни, «ремонтируя» клетки нашего тела и тем самым продлевая нашу активную и здоровую жизнь на десятки лет. А то и дольше. А попутно технологии операций на уровне атомов должны дать материалы невиданной легкости и прочности, сверхъемкие аккумуляторы, компьютеры, различимые лишь в сильный микроскоп и т. д.
Все это очень сильно напоминает предшественницу химической науки – алхимию. Она развивалась со II до XVII века. Алхимики ставили целью получить эликсир жизни, дарующий бессмертие (из этого направления и выросла органическая химия), и философский камень, позволяющий превращать свинец в золото (развитие этого направления привело к неорганической химии). Сравните это с нынешними грезами нанотехнологов о производстве вещей из песка и воды и о продлении жизни человека с помощью крохотных нанороботов в крови. Алхимия была связана с мистикой, магией, большими деньгами, неоправданными надеждами и обилием шарлатанов. Они тоже говорили: «Дайте нам побольше денег и мы создадим вам и камень для превращения свинца в золото, и продлим вашу жизнь до тысячи лет». Этим грешил даже великий Парацельс. И только Роберт Бойль (1627–1691) создал химию как науку, введя в нее понятие элемента и количественные соотношения (число). Мистические задачи химии сменились реальными.
Следующий этап начался с появлением развитых математических моделей, с создания вычислительной химии (в 1998 году Нобелевская премия по химии впервые была присуждена математикам). Сейчас проектирование лекарств, выявление действующих субстанций во многих случаях неотделимо от сложных квантово-механических расчетов, требующих математических моделей, программных комплексов и суперкомпьютеров.
На наш взгляд, нанотехнологии во многом переживают ныне стадию алхимии. Не осознаны задачи нанотехнологии как области знания. Кроме того, отсутствуют многие необходимые математические модели и понимание ряда важнейших процессов.
Итак, давайте поймем и договоримся: чем мы будем заниматься? Сегодня головным по нанотехнологиям стал неакадемический РНЦ «Курчатовский институт» (Институт ядерных исследований). Но ведь нанотех – не только ядерная физика. Не меньшее право называться нанотехнологами имеют и те, кто работает с веществом на атомном уровне: генные инженеры и биотехнологи. Или исследователи из области микроэлектроники, умеющие располагать один миллиард элементов микросхемы на одном кристалле. В наноэлектронике речь пойдет уже о сотне миллиардов элементов на один кристалл. Однако тут понадобятся специалисты, имеющие дело по крайней мере с миллионами. Со специалистами в области искусственного интеллекта.
Но наноэлектроника уже сравнима по количеству элементов с головным мозгом человека – стало быть, тут нужны и специалисты по центральной нервной системе. А еще и те, кто занимается технологиями мелкодисперсных порошков, где те или иные вещества дробятся до размеров наночастиц и обретают новые свойства. Но почему-то эти исследователи оказались в стороне от российского нанотехпроекта. Определив приоритеты, мы сможем подключить к проекту фундаментальную науку и создать то, без чего немыслим серьезный проект, – математические модели.
Значит, помимо всех названных исследователей, нужно привлекать к делу и математиков, и исследователей поведения сложных, «непредсказуемых» систем из многих хаотических элементов. Проблема развития нанотеха поэтому носит ярко выраженный междисциплинарный характер.
Главная надежда нанотехнологий связана с тем, что удастся двигаться не «сверху вниз», а «снизу вверх». То есть не строить машины, которые будут строить еще меньшие машины, а те – еще меньшие и так далее, а выращивать наноструктуры, наноматериалы, нанообъекты из атомов. Главная мечта нанотехнологов – нанотехнологически собирать готовые изделия: хоть ракетные двигатели, хоть готовые ботинки. Но для всего этого требуются три ключа:
1. Нужно организовать процессы так, чтобы наноструктуры собирались сами, образуя то, чего бы нам хотелось. Другими словами, это процессы самоорганизации, самоформирования и самосборки.
2. Решение многих проблем нанотехнологий требует совместной деятельности физиков, химиков, математиков, биологов – общего языка, понятий и моделей – междисциплинарного подхода. Кроме того, именно широкий междисциплинарный взгляд дает понимание того, чего в принципе возможно и хотелось бы достичь и – главное – чего хотелось бы избежать. Здесь первостепенное значение приобретает проектирование будущего, в котором технологические, экономические, политические, военные и социальные проблемы оказываются значительно более взаимосвязаны, чем ныне. Это обусловлено совершенно новыми технологическими возможностями.
3. В самом деле, чтобы нанотехнологии не остались научной фантастикой, они должны найти свое место в экономике, включиться в существующие экономические циклы или создать новые. Это требует активного мониторинга и сопровождения на всех этапах – от лаборатории до рынка. Это качественно новый уровень управления, позволяющий решать организационно-экономические проблемы невиданного уровня сложности. Представьте себе, что новые отрасли экономики будут рождаться не раз в несколько десятилетий, а раз в несколько лет.
В настоящее время активно развивается теория самоорганизации, или синергетика. В ней получены важные и значимые результаты, построены интересные модели. Однако все это относится к макромасштабу. Механизмы самоорганизации на наномасштабах только начали изучаться. Чтобы состоялись нанотехнологии, опережающими темпами должна развиваться нанонаука.
Приведем один пример. Наноструктуры позволяют создавать покрытия с невиданными свойствами. Они в принципе дают возможность идеально маскировать объекты, делать их невидимыми (технология «эльфийского плаща»). В основе этих работ лежат метаматериалы, существование которых было предсказано Виктором Георгиевичем Веселаго в 1967 году. Эта работа нобелевского уровня не была замечена и оценена по достоинству целых 40 лет. Но сейчас именно она определяет развитие большой области нанофизики. Как видите, в основе лежит фундаментальное исследование, давшее плоды через десятки лет.
