Структура феномена нанореальности: объект и предмет нанонаук

БИБЛИОСФЕРА, 2014, № 2, с. 3-8

Методология НИР

УДК 62-022.53:001 ББК 30.6

СТРУКТУРА ФЕНОМЕНА НАНОРЕАЛЬНОСТИ: ОБЪЕКТ И ПРЕДМЕТ НАНОНАУК

© В. П. Котенко, 2014

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, 5

Рассматривается понятие и структура феномена нанореальности, его компоненты и элементы.

Ключевые слова: артефакт нанореальность, нанонаука, нанотехнологии, наноматериалы, нанодеятель-ность, наноэволюции и нанореволюции, нанокультура.

The notion and the structure of nanoreality phenomenon and its components are considered.

Key words: an artifact of nanoreality, nanoscience, nanotechnologies, nanomaterials, nanoactivities, nanoevolu-tions, nanorevolutions, nanoculture.

Проблема человека (антропологический аспект нанореальности) объединяет все возможные стороны нанореальности и философии нанореальности. Антропологический аспект нанореальности не существует наряду с другими аспектами этого феномена, а объединяет их, представляя собой квинтэссенцию всего философского анализа наномира.

Понятие «структура» употребляется в научном и философском обиходе достаточно давно и служит одним из способов понимания организации содержания. В современной науке структура соотносится с понятиями «система» и «организация».

Компоненты и элементы наномира (нанореаль-ности) пока четко не обозначены. В настоящей статье будут описаны восемь структурных составляющих. Некоторые из них мы вводим впервые.

1. Артефакт нанореальности, или наномира (АНР), - все то, что несет на себе печать человеческой социокультурной нанопреобразующей деятельности, след созданности; исходный компонент наномира.

В состав АНР включается, прежде всего, та часть природы, которая подвергается человеком переформированию, преобразованию, материальные и природные стороны социального, природного бытия человека; артефакты других составляющих на-номира (нанотехносферы) - нанотехнологии, нано-знания, артефакты нанотехнической деятельности, наноинформации, нанотехнической культуры, истории нанореальности. Артефакт наномира отличается от понятия «артефакт», использующегося в естественных, технических и гуманитарных науках и сферах деятельности, но в то же время имеет

с ним общие черты. Артефакты нанореальности характеризуются своей системностью. Существует два вида артефактов нанореальности: естественные и искусственные. Сейчас специальный системный анализ артефактов нанореальности пока отсутствует как в историческом, так и в теоретико-философском плане: онтологическом, эпистемологическом, методологическом, аксиологическом, а также науковедческом.

2. Нанонаука, или система нанонаук, - определяющий компонент нанореальности. Однозначного понимания феномена нанонауки нет, существуют различные критерии анализа объекта, предмета, структуры и содержания. Различают понятия: «нанознание», «нанонаука», «система нанонаук».

Обсуждение специфики нанонауки связывают с отражением нанообъекта или деятельности с ним. «Нанонаука - это система знаний, основанных на описании, объяснении и предсказании свойств материальных объектов с нанометрическими характеристическими размерами или объектов более высокого метрического уровня, упорядоченных или самоупорядоченных на основе наноразмерных элементов» [1, с. 7].

Другая группа ученых рассматривает нанонауку в тесной связи с категорией «деятельность» - предметной практической деятельностью («нанодеятель-ностью»). Г. Эрлих, опираясь на результаты работы, проделанной Национальным электронно-информационным консорциумом (НЭИКОН), включает в понятие «нанонауки» наноматериалы, наноэлектро-нику, нанобиологию, наномедицину, методы и инструменты исследования, сертификацию нанома-териалов и наноустройств [2, с. 8].

Некоторые исследователи считают, что нано-наука отражает в деталях процесс превращения природного в социальное. Одной из наиболее распространенных точек зрения является понимание нанонауки как прикладной области «чистой» науки. Широкое распространение получила точка зрения, согласно которой нанонаука выступает в качестве связующего звена между теоретическим нанонауч-ным знанием и искусством.

В целом, в литературе по наноэпистемологии нетрудно увидеть как дифференциацию, так и отождествление понятий «нанознание» и «нанонаука». Нанонаука рассматривается в качестве системы на-нознаний; совокупности результатов познавательной деятельности; деятельности по производству нанознаний; совокупного общественного интеллекта; собирательного понятия для комплекса нано-наук; абстрактно-логической системы нанознаний; системы законов наномира; теоретического моделирования нанодействительности и пр.

Все эти определения, взятые в отдельности, не раскрывают системный характер нанонауки. На наш взгляд, нанонауку можно анализировать как систему (сферу) человеческой деятельности, функцией которой является выработка и теоретическая систематизация объективных знаний о нанореаль-ности. Нанонаука подразумевает как деятельность по получению нового нанознания, так и результат этой деятельности - систему накопленных к данному моменту научных нанознаний, образующих в совокупности научную картину наномира. Непосредственная цель нанонауки - описание, объяснение и предсказание процессов и явлений нано-реальности, составляющих предмет ее изучения, на основе открываемых ею законов, т. е. в широком смысле - теоретическое отражение наномира и его закономерностей.

В целом, мы считаем, что нанонаука как реальность, система бытия, включает в себя: научную систему знаний, методы и средства нанопоз-нания, язык нанонауки, систему социальных отношений деятельности - нанонауку как социальный институт, специфическую форму труда (совокупный общественный труд), научные движения и революции, академии, вузы, общественные организации, фундаментальную и прикладную нанонауку, идеологию нанонауки, философию нанонауки.

Следует различать нанонауку и философское нанознание как специфическую форму общественного сознания. Философия в той или иной мере выполняет по отношению к нанонауке функции методологии познания и мировоззренческой интерпретации его результатов. Философию объединяет с нанонаукой также стремление к построению теоретического нанознания и логической доказательности своих выводов. Философия выполняет важные интегрирующие функции по отношению

к отдельным нанонаукам, прежде всего, к четырем группам научного знания (подсистемам наук): естественным, социальным, гуманитарным и техническим.

Наряду с традиционными исследованиями какой-либо отдельной отрасли нанонаук проблемный характер нанознания и нанонаук вызвал к жизни развертывание междисциплинарных и комплексных исследований, проводимых средствами нескольких различных нанотехнологий, конкретное сочетание которых определяется характером соответствующей проблемы (инфобиопроблемы, наноинфопро-блемы и т. п.).

Общепринятой классификации нанонаук пока нет. По своей практической направленности отдельные нанонауки (или отдельные аспекты нанонауки) можно разделить на фундаментальные и прикладные. Задачей фундаментальных нанонаук является познание законов нанофеноменов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур нанообъектов. Непосредственная цель прикладных нанонаук и прикладного нанознания - применение фундаментальных нанознаний для решения не только познавательных, но и социально-практических проблем. В нанонауке необходимо различать эмпирический и теоретический уровни методов познания и организации нанодеятельности.

Методы нанонауки представляют собой систему, в которой действуют отношения как субординации, так и координации. Методы нанореаль-ности можно классифицировать по различным критериям. Особое значение имеет классификация методов по степени общности. Основа системы методов - всеобщие, философские методы, ядром которых являются методы материалистической диалектики. К общенаучным методам относят методы, применяемые всеми нанонауками. Они служат своеобразным каналом связи между философскими и специальными методами.

Специфические методы - это методы, применяющиеся в какой-либо одной нанонауке или в области сходных по предмету исследования и задачам наук. Специфические методы междисциплинарны, отличаются сложностью и многообразием. В основе их - один или несколько принципов. Например, к методам нонодиагностики относится метод дифракции быстрых электронов, методы модуляционной оптической спектроскопии, метод элип-сометрии наноразмерных слоев и композиций, методы емкостной спектроскопии, методы контроля электрического потенциала на поверхности твердого тела и др.

По функциональному назначению и способам применения методы нанонаук подразделяются на эмпирические и теоретические. Основные методы эмпирического уровня исследования: наблюдение, эксперимент, предметный анализ и синтез, пред-

метное сравнение, измерение и др. К теоретическим методам относятся все те способы нанопозна-вательной деятельности, которые характеризуются той или иной степенью опосредованности и обеспечивают создание, построение и разработку научной теории как логически организованного знания о нанореальности и отношениях ее составляющих в объективном и субъективном мирах. Важнейшими общими методами исследования нанореальности являются методы гипотезы (гипоте-тико-дедуктивный), анализа и синтеза, индукции и дедукции, моделирования, математические методы и др.

Элементы эмпирического нанознания: нанодан-ные, нанофакты, полученные с помощью наблюдения и экспериментов, констатирующие качественные и количественные характеристики нанообъек-тов, наноартефактов и нанофеноменов. Устойчивая повторяемость и связи между эмпирическими характеристиками выражаются с помощью эмпирических законов, как правило, имеющих вероятностный характер. Теоретический уровень нано-знания предполагает открытие законов для идеализированного описания и объяснения эмпирических ситуаций, т. е. познания сущности нанообъектов и процессов. Формирование теоретического нано-знания приводит к качественному изменению эмпирического нанознания, а эмпирическое нанозна-ние является основой для развития теоретического нанознания.

Существует точка зрения, что нет единой на-нонауки, а в структуре нанореальности существует система нанонаук, в которую входят: нанохимия, нанофизика, химическая нанотехнология и промышленность, наноэлектроника, нанорадиотехника, на-нобиология, нанометаллургия, наномеханика, на-номашиностроение, наноэнергетика, наномедицина и др. Все нанонауки имеют важное значение для развития других компонентов нанореальности.

3. Нанотехнология — важный компонент современной нанореальности, определяемый как технологическая форма движения наноматерии, технологический нанопроцесс, определенная нанона-ука, методология, применение любого научного знания для решения практических нанозадач. Каждая из концепций понимания нанотехнологий дает возможность рассмотреть их следующим образом:

• в контексте процессов целенаправленного изменения различных форм нановещества, энергии и информации;

• системе принципов, норм, требований, технологических методов, способов и приемов, разрабатываемых различными науками для создания и регулирования технологических процессов получения, трансформации, передачи и хранения предметов, энергии, информации, способов деятельности;

• контексте технических наук, изучающих проблемы превращения общественных и природных процессов в искусственные целесообразные формы;

• сфере применения любого научного нано-знания для решения практических задач.

Кроме того, технологии могут пониматься как материальное воздействие на объект, вызывающее в нем качественные и количественные изменения формы, размеров, свойств и пространственно-временного положения.

Разностороннее понимание технологий находит свое отражение в таких видах деятельности, как социальная, естественная, экономическая, технологическая, техническая, научная, практическая. В широком смысле понятие «технология» определяется как деятельность, затрагивающая практически все сферы и пласты культуры и социальной жизни. Возможности и последствия технологии имеют отношение к преобразованию экономической, социальной, научной жизни, нравственным ценностям, эстетическим ориентациям, способствуют формированию нового миропонимания. Рассматривая нанотехнологии как специфическую форму деятельности, можно объяснить понятие «нанотехнологии» через концепцию деятельности и обосновать использование данной концепции в качестве объяснительного принципа анализа нано-технологий.

Специфика нанотехнологий состоит в том, что они, во-первых, представляют собой совокупность методов и способов синтеза, сборки, структуро-и формообразования, нанесения, удаления и модифицирования материалов, включая систему знаний, навыков, умений.

«Нанотехнологии, - отмечает М. В. Ковальчук, -это технологии атомарного конструирования, это принципиальный вызов существующей узкоспециализированной системе организации научных исследований, и в то же время это философское понятие, возвращающее нас к целостному восприятию мира на новом уровне знания» [3, с. 31].

Медиатехнологии являются междисциплинарным направлением науки и техники, и в них самих формируются отчетливые черты дисциплинарности. Нанотехнологии - это технологии глобального действия, применимые во всех областях человеческой деятельности.

Существенные отличия нанотехнологий от технологий традиционных состоят в том, что инструменты для работы на наноуровне еще несовершенны - производить с атомарной точностью мы пока можем лишь некоторые из предметов. Отличие состоит и в том, что на наноуровне привычные физические законы проявляются иначе: становятся заметными квантовые эффекты и взаимодействия между молекулами, тогда как сила тяжести и трение

играют небольшую роль. Этим, в частности, обусловлены сложности проектирования и построения наноразмерных объектов.

На сегодняшний день в нанотехнологиях, по мнению Д. А. Медведева и А. А. Попова, можно выделить три направления: создание наноматериа-лов с помощью традиционных химических методов («наномасштабные технологии»); производство активных наноструктур с использованием белков, ДНК и других органических молекул; наномеха-нический подход, также называемый «молекулярным производством», в рамках которого создаются наноразмерные устройства, в том числе нанома-шины [4, с. 118].

По мнению В. Г. Горохова, нанотехнологии захватывают сегодня и сферу биологических организмов, и их подсистемы, а также область социальных процессов. Биологические и социальные системы, однако, нельзя проектировать в традиционном смысле этого слова, поэтому необходимо переосмыслить само понятие «проектирование» [5, с. 47].

Сто лет назад главная цель науки заключалась в стремлении понять, проанализировать, каким образом устроен окружающий мир. Постепенно человечество двигалось по пути анализа в области микромира. Физика элементарных частиц, физика ускорителей, ядерная физика определили лицо цивилизации XX в. В середине прошлого столетия, когда появилась возможность манипулировать атомами, молекулами, ученые начали конструировать из них новые вещества. Так были созданы искусственные материалы со свойствами, не существующими у природных веществ. Больших успехов достигло и органическое материаловедение, были созданы биоорганические объекты.

Таким образом, в середине XX в. наряду с основным путем развития науки (анализом) начало формироваться новое направление - линия синтеза, когда человечество руками и разумом ученых стало синтезировать искусственные материалы. В настоящее время мы имеем возможность соединить технологии, созданные человечеством на основе неорганических материалов, с современным пониманием и знанием биологической природы, биологических объектов, и на этой базе создавать качественно новые материалы, приборы.

Технологии всегда развивались взаимосвязано, и, как правило, прорывы в одной области коррелировали с достижениями в других областях. При этом развитие технологий в течение длительных периодов обычно определялось каким-либо одним ключевым изобретением в одной области. Так, можно выделить создание металлургии, использование силы пара, открытие электричества и т. п.

Сегодня же, благодаря ускорению научно-технического прогресса мы наблюдаем пересечение во времени целого ряда технологических революций.

В частности можно выделить идущую с 80-х гг. XX в. революцию в области информационно-коммуникационных технологий, последовавший за ней биотехнологический прорыв, недавно начавшийся прогресс в области нанотехнологий. В последнее столетие бурно развивается когнитивная наука. Взаимовлияние нанотехнологической, биотехнической, информационной и когнитивной наук получило название NBIC-конвергентных технологий (от англ. Nanotechnologies, Biotechnologies, Information technologies, Cognitive technologies - нано-, био-, информационные и когнитивные технологии), или пакета технологий («технологический пакет»). Понятие «пакет нанотехнологий» включает в себя набор технологий и научно-технологических решений, составляющих объект, ведущий себя как независимая техническая наносистема. Пакет нано-технологий развивается самостоятельно, его внутренние связи и взаимозависимости прочнее, чем внешние.

Формально нанотехнологическим пакетом является генетически и функционально связанная совокупность технологий, обладающая системными свойствами. Пакет нанотехнологий с необходимостью включает в себя как естественные, так и социально-гуманитарные технологии, т. е. он вертикально интегрирован в нанотехнологическом пространстве.

Принимая во внимание отмеченные взаимосвязи, а также в целом междисциплинарный характер современной науки, можно говорить об ожидаемом в перспективе слиянии NBrc-областей в единую научно-техническую область знания. Эта область будет включать в предмет своего изучения и действия все уровни организации материи. Технологические возможности NBrc-конвергенции неизбежно приведут к серьезным культурным, социальным и философским трансформациям, к дальнейшей эволюции цивилизации и человека.

4. Наноматериалы - по мнению исследователей, еще один структурный элемент нанонаук. «Наноматериалы - вещества и композиции веществ, представляющие собой искусственную или естественную упорядоченную или неупорядоченную систему базовых элементов с нанометриче-скими характеристическими размерами и особым проявлением физического и (или) химического взаимодействия при кооперации наноразмерных элементов, обеспечивающей возникновение у материалов и систем совокупности ранее неизвестных механических, химических, электрофизических, оптических, теплофизических и других свойств, определяемых проявлением наномасштабных факторов» [1, c. 7].

Многочисленные и разнообразные наноматериалы объединяют в четыре отдельные группы: функциональные наноматериалы с особыми физи-

ческими свойствами; конструкционные наномате-риалы; углеродные наноматериалы и композиционные наноматериалы. Каждая из групп состоит из отдельных наноматериалов. Так, функциональные наноматериалы включают в себя:

• полупроводниковые, сверхпроводящие и лю-минисцентные вещества с наноструктурой; магнитные вещества;

• ферро- и антиферромагнетики, интеллектуальные, чувствительные к изменению температуры, влажности, кислотности или другим параметрам окружающей среды, обладающие памятью формы и способностью к самовосстановлению;

• материалы с отрицательным показателем преломления, на основе которых когда-нибудь будет создан плащ-невидимка;

• катализаторы, без которых немыслима химическая и нефтехимическая промышленность;

• сомберты, мембраны, фильтры, позволяющие очищать все и вся;

• поверхностно-активные вещества (ПАВ); биосовместимые материалы;

• наночернила и нанокраски;

• разнообразные нанопокрытия и т. п.

Группу функциональных наноматериалов дополняют конструкционные наноматериалы - разнообразные металлы, сплавы с внутренней наноструктурой и сверхлегкие, термические, химические и радиационностойкие, необходимые для аэрокосмической и атомной промышленности.

Особое внимание нанонауки уделяют углеродным материалам, к которым относятся разнообразные фуллерены, углеродные нанотрубки, графит и его производные, углеродные волокна, наноал-мазы и алмазные пленки.

Наконец, имеются нанокомпозитные материалы, разнообразные керамики, проводящие композиты, наноклеи, нанонапылители, смазки, армированные пластики и т. п.

5. Нанодеятельность — специфическая область человеческой деятельности, не сводимая к процес-суированию. Во-первых, она включает в себя субъекта деятельности, которым является исследователь, ученый, экспериментатор, т. е. человек, обладающий потребностью и способностью к научной и практической нанодеятельности.

Субъект нанодеятельности составляет интеллектуальный базис любой наносистемы и, по мнению некоторых исследователей, представляет собой «человеческий капитал», который является носителем системы знаний и умений. В настоящее время 27 вузов России готовят кадры по направлению «нанотехнология». Выпуск специалистов в области нанотехнологии, начиная с 2009 г., составляет 300-350 человек ежегодно. Кроме того, в классических университетах России реализуются основ-

ные образовательные программы по направлениям подготовки и специальностям «физика», «механика», «химия», «биология», «геология», в рамках которых открыты специализации, а также специализированные магистерские программы, ориентированные на подготовку кадров по наноиндустрии. Ведется переподготовка и повышение квалификации кадров для наноиндустрии. Существуют и другие направления подготовки кадров для области нанореальности [6, с. 60-65].

Во-вторых, нанодеятельность субъекта ориентирована на определенный нанообъект (естественная и искусственная реальность), границы которого постоянно расширяются.

В-третьих, нанодеятельность осуществляется при помощи различных наноинформационных технических средств. Нанотехника (машины, механизмы, приборы, устройства, материалы, созданные с использованием новых свойств и функциональных возможностей систем при переходе к нано-масштабам) обладает ранее недостижимыми мас-согабаритными и энергетическими показателями, технико-экономическими параметрами и функциональными возможностями.

В-четвертых, совокупность различных процедур, операций, действий, функций, которые в совокупности характеризуют процесс нанодеятельности (наблюдение, эксперимент и все другие функции субъекта нанодеятельности). Все эти компоненты часто называют наносистемотехникой, представляющей совокупность методов моделирования, проектирования, конструирования нанообъектов (нано-изделий).

В-пятых, нанодеятельность объективно нуждается в компенсации ограниченности ее основных компонентов (субъект, объект, средства, процесс), что определяет необходимость включения в ее систему условий. Условия - это компоненты других видов деятельности, введенные с компенсаторной функцией в нанодеятельность (экономические, финансовые, кадровые, технические, управленческие и иные ресурсы).

В-шестых, нанодеятельность ориентирована на получение определенного, запрограммированного субъектом результата. Результат - это не только реализованная цель (продукт, нанообъект, процесс), но и побочные, дополнительные, неожиданные, часто отрицательные следствия (отходы).

В-седьмых, нанодеятельность не хаотическое процессуирование названных компонентов. Она нуждается в их организации, структурировании, что и создает систему нанодеятельности как структурированного состава. Нанореальность представляет собой сложную структурированную систему различных уровней, материальных объектов «в виде упорядоченных или самоупорядоченных, связанных между собой элементов с нанометрическими

характеристическими размерами, кооперация которых обеспечивает возникновение у объекта новых свойств, проявляющихся в виде квантово-размер-ных, синергетически-кооперативных, «гигантских» эффектов и других процессов, связанных с проявлением наномасштабных факторов» [1, с. 6].

В-восьмых, система нанодеятельности функционирует не в вакууме, а в природной и социальной среде, где существуют другие системы деятельности (экономическая, образовательная, управленческая, биологическая, информационная, медицинская и пр.), которые образуют как потенциальную, так и активную сферу нанодеятельности).

6. Применение научных знаний и методов в нанопрактике - главная отличительная черта на-нодеятельности, свидетельствующая о ее постоянной ориентации на науку. Для современной нано-деятельности характерна глубокая дифференциация по различным отраслям нанознания, послужившая причиной ее разделения на целый ряд взаимосвязанных видов деятельности: исследование, конструирование, проектирование, инженерная деятельность, изобретательство, эксплуатация и оценка функционирования наносистем.

7. Нано-, био-, инфо-, когноэволюции и революции - важные компоненты нанореальности, характеризующие в целом развитие нанореальности (как системы) и каждого ее составляющего. Нано-эволюция есть концепция, представление об общих законах развития наномира (нанотехники, на-нотехнологий, наноматериалов, продукции, отходов и т. д.) и о принципах создания наноизделий (на-нообъектов) и их систем. Направляющим наноэво-люцию элементарным фактором служит информационный отбор, действие которого векторизовано. Системная теория наноэволюции пока отсутствует. Техноэволюция совершается путем проб и оши-

бок, сокращение которых обеспечивается применением логики и познанием законов природы. На-ноэволюция идет по пути специализации и является непрограммированным развитием.

Развитие нанореальности осуществляется не только эволюционно, но и революционно, посредством коренных качественных изменений в сущности этого феномена. В истории нанореальности имеют место различные революции. Во-первых, в отдельных ее компонентах и элементах, например, нанонауке и нанотехнологиях. Во-вторых, глобальные, охватывающие нанореальность в целом.

8. Нанокультура - компонент нанореальности, который складывается из целой системы элементов, включающей: знания-регуляторы (с их помощью субъект осуществляет нанодеятельность), знаковый материал, вербальный язык, культуру производства, культуру труда, информационно-семиотическую деятельность и др.

Литература

1. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы / под ред. В. В. Лучинина, Ю. М. Таирова. -М. : Физматлит, 2006. - 551 с.

2. Эрлих Г. Нанонауки: итоги пятилетки // Химия и жизнь. - 2012. - № 3. - С. 3-8.

3. Ковальчук М. В. Нанотехнология и научный прогресс // Философия науки. - 2008. - № 1. - С. 28-33.

4. Медведев Д. А., Попов А. А. Молекулярные машины Э. Дрекслера // Философские науки. - 2008. - № 1. -С. 117-125.

5. Горохов В. Г. Проблема технонауки - связь науки и современных технологий (методологические проблемы нанотехнологий) // Философские науки. -2008. - № 1. - С. 33-57.

6. Лучинин В. В. Наноиндустрия - инвестиции в человеческий капитал // Инновации. - 2008. - № 6. -С. 60-65.

Материал поступил в редакцию 06.10.2013 г.

Сведения об авторе: Котенко Виталий Павлович - доктор философских наук,

профессор кафедры философии, заслуженный деятель науки РФ, тел.: (812) 346-47-83, e-mail:filgf@yandex.ru