Чтение онлайн

В нанотехнологиях мы многое не можем померить прямыми методами как по квантовым причинам, так и по причинам сложности структуры. Мы вынуждены, часто с применением суперкомпьютеров, не измерять, а моделировать в надежде, что наши модели верны. Но такое моделирование не может заменить измерение полностью! Измеряя «что-то» и получая неожиданный, расходящийся с нашими ожиданиями результат, мы понимаем, что это «что-то» не такое, как нам казалось. Но мы не только удивляемся, мы делаем вывод: осторожнее, «оно» — не такое! Модели же не всегда предоставляют нам возможность быть осторожными. И это серьезный и, по-видимому, неустранимый риск, связанный с применением нанотехнологий.

Но метрологические риски, связанные с широким применением моделей, заменой измерения моделированием, этим не исчерпываются. Проектируя наноструктуру — сложную молекулу, структуру на поверхности кристалла или их совокупности, — мы применяем готовыемодели, т. е. модели, созданные не нами, созданные до нас и, возможно, не учитывающие особенности как раз нашей задачи. Откуда разработчикам модели могло быть известно про нашу задачу, если мы ее только вчера придумали?

Посмотрите на операционную систему Windows,на программы Office,на любые другие программы. Их безостановочно, с момента установки до конца эксплуатации, латают, устраняя многочисленные ошибки. Почему же с моделями должно быть иначе? Нет, пока они простые, конечно, их можно выверить — останутся только ошибки нашего неправильного физического понимания. Но такие системы сложны уже сейчас, а станут еще многократно сложнее.

Кроме того, в силу их высокой стоимости и сложности такие системы — источник политических рисков. Но это тема отдельной главы.

Метрологические риски нано — риск неверного измерения ввиду природы измеряемого.

Риск квантовомеханических ограничений точности измерений. Риск мертвой петли косвенных измерений — измерения опираются на модель, модель — на измерения.

Риск использования сложных и непрозрачных компьютерных моделей, ошибочно принимаемых универсальными.

«Странности» структуры объектов наномира описанным выше не исчерпываются. Они многообразны: тонкие пленки и жидкие кристаллы, среды с одинаковой хиральностью [33] молекул и многое другое. Более того, структуры наномира могут быть не только трехмерными. Например, на кристалле кремния возможны двумерные, одномерные и нульмерные структуры. Среди последних двух: квантовые проволоки и квантовые точки. Все эти структуры обладают сложными, часто неожиданными для нас свойствами. И для их понимания нужны серьезные знания.

Интересным случаем структуры является ее полное отсутствие. Из школьной физики мы знаем, что тела, обладающие такой структурой, точнее, ее отсутствием, называются аморфными. В отличие от кристалла они не имеют дальнего порядка в расположении атомов. Материал как бы забывает о том, как он был организован «на расстоянии вытянутой руки». Нет, ближний порядок, как правило, есть. Хороший пример — ртуть. Если бы этого порядка не было, ртуть не имела бы свойств металла: проводимости и металлического блеска, связанных с наличием электронов проводимости в «кристаллической» структуре ртути. Но дальнего порядка нет, иначе ртуть не текла бы. Такие тела могут быть и твердыми — мы их называем стеклами.

Но, как оказалось, это не все: наномир предложил нам еще один вид «антиструктуры» — регулярно отсутствующейструктуры. Аморфное состояние — это как бы почти кристаллическое состояние, но испорченное — со множеством дефектов, нарушающих дальний порядок. Дефекты расположены нерегулярно, что определяет многие свойства. А что, если расположить такие дефекты не случайным, а регулярным образом, построить кристалл наоборот — «структурные дефекты» расположить регулярно, благодаря чему атомы не будут иметь дальнего порядка, как в кристалле, да и ближний порядок будет иным, не кристаллическим. Такой материал — квазикристаллы — был создан в 1984 г. [34] В квазикристаллах, как и в аморфных телах, в расположении атомов нет дальнего периодического трансляционного порядка, присущего кристаллам. Однако в упаковке атомов есть дальний ориентационный порядок, который есть в кристаллических, но отсутствует в аморфных структурах. Причем этот ориентационный порядок характеризуется осями симметрии пятого, седьмого и десятого порядка, запрещенными для обычных кристаллов [35] (см. рис. 2.3).

Такие материалы — хорошие изоляторы: как электрические, так и тепловые, и потому, по-видимому, будут широко востребованы промышленностью. Но многие другие свойства материалов с подобной структурой могут быть неожиданными, прежде всего каталитические и связанные с ними биологические свойства.

В неживой природе — до создания квазикристаллов — не было материалов с симметрией пятого порядка. Вместе с тем в живой природе, а именно в растительном мире, она широко распространена. Встречается она и в животном мире. Хорошо известны примеры: морская звезда и панцирь морского ежа. Это означает, что в биологических механизмах такая симметрия заложена.

Таким образом, не исключено, что квази кристаллы могут проявить неожиданные биокаталитические свойства — быть агентами, запускающими или тормозящими биологические процессы и механизмы, в том числе нежелательные.

В современном промышленном животноводстве, птицеводстве и рыбоводстве при интенсивных технологиях выращивания животных, в нарушение технологических регламентов, часто прибегают к незаконному использованию гормональных стимуляторов роста.

Кроме того, вполне законно добавляют в корм животным антибиотики, которые, помимо терапевтического и профилактического применения, стимулируют рост животных.

И это не проходит безболезненно для человека. Одно из последствий — акселерация. Конечно, у акселерации может быть несколько причин, в том числе не связанных с тем, о чем говорим мы. Но одной из возможных ее причин все же называют содержащиеся в мясе и молоке животных гормоны и антибиотики. Акселерация не безобидна. Это не только высокий рост. Сдвинулись сроки полового созревания. Так, возраст наступления менструаций в XX в. уменьшался каждые 10 лет примерно на четыре месяца и в 1974 г. составил в среднем 12,7 лет. Происходило ускорение развития вторичных половых признаков. Половые девиации стали предметом начальной школы.

Ускорение биологического развития может не сопровождаться одновременным ускорением социального созревания (и надо отметить — не сопровождается), что создает определенные сложности в становлении личности. Это может принимать такие крайние формы, как ранняя склонность к суициду. Сегодня суицидальный возраст составляет всего 12 лет.

Такова цена ненамеренного искусственного стимулирования или, напротив, замедления естественного хода биологических процессов. И среди возможных агентов такового — биологически активные наноструктуры.