CC BY
36
' Г -
ЭПИСТЕМОЛОГИЯ & ФИЛОСОФИЯ НАУКИ, Т. XVII, № 3
I
I
биотехнологии. Эпистемологические проблемы теоретического исследования в современной технонауке
(|Статья 2)
В. Г. ГОРОХОВ
X
ф
С£ т х
<3
МАТЕРИЯ - ФОРМА -
МАТЕРИАЛ
С функциональной точки зрения безразлично, каким образом материализованы (или из какого материала изготовлены) элементы в той или иной системе, в частности в наносистеме. Однако функции обязательно должны быть отнесены к материальным элементам, что, в известном смысле, детерминирует способ расчленения данной сложной системы. В истории философии это представление наиболее полно было разработано в аристотелевской теории материи (бесструктурной, бесформенной субстанции) и формы, оформляющей материю в конкретную вещь, предмет. Аристотель в «Метафизике» на поставленный им самим же вопрос, что значит делать отдельную вещь из имеющегося в качестве материала субстрата, отвечает: «Реализовывать эту форму в другом (т.е. в субстрате)». Например, делать медь круглой-значит реализовывать
■
эту форму в материале: «Человек делает медный шар... так, что из этого вот (материала), именно - из меди, он делает вот это - именно шар... он вносит форму в этот материал», и в результате получается медный шар, т.е. фигура, всюду одинаково отстоящая от центра (1033а12-1034М2). Человек «создает и производит из этой вот основы вещь с таким-то качеством», а «целое, это уже - такая-то форма в этих вот костях и мясе (1033м3-1034а10)», т.е. в материале1. Только для Аристотеля форма, как, впрочем, и материя, заданы до всякой вещи. В «Физике» он продолжает эту тему: «Как относится медь к статуе, дерево к ложу или материя и неоформленное вещество до принятия формы, так и лежащая в основе природа относится к сущности, определенному и существующему предмету» (191а). Человек производит «переоформление», и именно таким образом статуя (отдельная вещь) возникает из меди (материала). Далее Аристотель подробно обсуждает понятие «место»: «Физику необходимо знать и относительно места, существует оно или нет, и как существует, и что оно такое» (186а). Эта проблема возникает у Аристотеля в связи с главной проблемой в его физике - определением причины движения, понимаемого как механическое перемещение (изменение места). «Что место есть нечто, это ясно из взаимной перестановки вещей: где сейчас находится вода, там после ее выхода, как из сосуда, снова находится воздух, а иногда то же самое место занимает другое тело... Ясно, что было место как нечто (пространство) отличное от них обоих, в которое и из которого они переходили» (208Ь). Таким образом, место, по Аристотелю, представляет собой нечто, существующее наряду с телами, и всякое чувственно воспринимаемое тело находится в месте. Место - это граница в ограничиваемом теле, это граница каждого. Оно не является ни формой, ни материей, т.к. «последние неотделимы от предмета, а для места это возможно» (209Ь). «По-видимому, место есть нечто вроде сосуда, так как сосуд есть переносимое место, сам же он не имеет ничего общего с содержащимся в нем предметом» (209Ь). Далее он обсуждает вопрос о том, что означает выражение
' Аристотель. Метафизика. М.-Л., 1934. Таким образом, первоначально для Аристотеля материя и форма - это «просто материал и оформление: бронзовая сфера - стандартный пример для Аристотеля - составлена из определенного материала, а именно из бронзы, и определенного оформления, а именно сферичности. (Конечно, бронза и сферичность не являются в буквальном смысле частями бронзовой сферы, и единство ^ бронзовой сферы не подобно единству, так сказать, стола, который со- ф ставлен из крышки и четырех ножек)». Позже, однако, отношение мате- с£ рии и формы имеет у него зачастую мало общего с соотношением материала и его оформления» (Barnes J. Metaphysics // The Cambridge Comparison to Aristotle. Cambridge University Press, 1995. P. 97).
X
«5 X
«одно содержится в другом»: во-первых, как палец на руке и вообще часть в целом; во-вторых, как целое в своих частях (не существует целого помимо частей); в-третьих, как род в виде; в-четвертых, как форма в материи, в-пятых, как вообще в цели (а это есть то, «ради чего») и т.д.; а в своем собственном значении - как в сосуде и вообще в каком-либо месте2.
Эта проблема заново формулируется в нанотехнологии, например при исследовании нанотрубок: углеродную нанотрубку можно представить как лист графита, свернутый в цилиндр. Таким образом, однослойная нанотрубка представляет собой, с одной стороны, квазиодномерную структуру, которая может служить, например, проволокой, а с другой - «границу в ограничиваемом теле», «место», приобретающее различную структуру (кресельную, зигзагообразную или хиральную - см. рис. 1) в зависимости от способа изготовления.
:
х" *
ф
е*
1
<й
Рис. 1. Примеры некоторых из возможных структур углеродных нанотрубок, зависящих от способа сворачивания графитового листа: (а) - кресельная структура, (б) - зигзагообразная структура, (в) - хиральная структура. Внизу показана схема вложенных нанотрубок, когда одна трубка находится внутри другой.
Аристотель. Физика. М.-Л., 1937.
т
Хотя механизм роста нанотрубок до сих пор неясен, обычно при синтезе получается смесь, состоящая из разных типов трубок с различным характером и величиной электропроводности, т.е. неоформленное вещество приобретает форму. В металлическом состоянии нанотрубки служат прекрасными проводниками, по которым, подобно воде в сосуде в примере Аристотеля, протекает электрический ток: поскольку у них мало дефектов, вызывающих рассеяние электронов, низкое сопротивление и большая теплопроводность (вдвое выше, чем у алмаза), о их проводимость очень высока, и они могут пропускать миллиард ампер на квадратный сантиметр. Большой ток не нагревает трубку так сильно, как, например, медный провод, который расплавляется уже при миллионе ампер на квадратный сантиметр3. В данном случае человек использует различный материал (медь или графит) для выполнения одной и той же функции, или же, согласно Аристотелю, реализует форму в том или ином субстрате. Человек именно таким образом и создает из «вот этой» основы (лист графита) вещь (на-нопроволока) с определенным качеством (низкое сопротивление и большая теплопроводность), а «целое» - это уже определенная форма (нанотрубка) в данном материале (графит).
В то же самое время нанотрубки могут сами служить субстратом или наполнением для выполнения определенных функций (функциональных элементов); например, для создания транзисторов, являющихся переключающими элементами. При этом функциональные свойства элементов являются свойствами первого порядка, поскольку позволяют включаться в систему для выполнения общей цели, стоящей перед ней и всеми ее элементами. В данном случае речь может идти о малом времени переключения и высокой тактовой частоте у полупроводниковых углеродных нанотрубок, что обеспечивает быстродействие в 1000 раз большее, чем у существующих процессоров4. Свойства же второго порядка - это те нежелательные характеристики, которые привносит с собой элемент в систему (как, например, низкая теплопроводность у медного провода). Совокупность свойств первого порядка, рассмотренных обособленно от свойств второго порядка, в теории систем называется функциональным местом элемента. Функциональные места могут быть спроецированы на определенный материал (по-разному наполнены), в результате чего отношения между ними заменяются реальными связями (металлическими нанотрубками в качестве проводников), а сами они превращаются в элементы (пе- х реключающие элементы, составленные из полупроводниковых нано- Зе трубок). Таким образом, нанотрубки в различных системах выпол- ^ __л
у
3 Пул-мл. Ч., Оуэне Ф. Нанотехнологии. М., 2006. С. 112-117.
"Тамже. С. 121.
2 Зак. 2482 1 7
няют разные функции - они многофункциональны. Углеродные на-нотрубки очень прочны (модуль Юнга углеродной нанотрубки почти в десять раз больше, чем у стали) и упруги при изгибе (гнется, как соломинка, но не ломается и может распрямиться без повреждений; они примерно в 20 раз прочнее стали). Поэтому они должны оказаться очень хорошим материалом для упрочнения композитов5. Теоретические оценки показывают, что при оптимальной доле трубок в материале около 10 объемных процентов его прочность на разрыв должна увеличиться в шесть раз. Поскольку нанотрубки плохо пропускают электромагнитные волны, то их можно применить для экранирования, например, электронных устройств с целью защиты от оружия, генерирующего электромагнитные импульсы, могущие вывести из строя компьютерные системы управления стратегического назначения. Другим возможным использованием нанотрубок является хранение в них водорода, что может быть использовано при конструировании топливных элементов как источников электрической энергии в будущих автомобилях6. В дальнейшем водород может использоваться для получения энергии в нескольких вариантах, однако наиболее перспективным в настоящее время считается получение электрической энергии в топливных элементах, с последующим ее направлением напрямую в электрический привод - «мотор-колесо».
Ш
Математика - природа - техника
Неожиданно актуально выглядят сегодня некоторые идеи неоплатоников, попытавшихся объединить несоединимое - платоновское учение об идеях с философией природы Аристотеля - с помощью
5 Композит (composit) - это любой материал, сделанный из более чем одной составляющей и обладающий свойствами всех своих составляющих. Современные композиционные материалы обычно состоят из двух компонентов: волокна и матрицы, т.е. из непрерывной фазы. Композиционные материалы, усиленные волокнами (волокниты), имеют два важных достоинства - они прочные и легкие. В настоящее время проводятся комплексные исследования служебных характеристик композиционных материалов, которые теперь рассматриваются как сложные системы (в частности, наноструктуры). В Исследовательском центре г. Карлсруэ ведутся работы по созданию (с помощью целенаправленного изменения X наноструктур материалов и их слоев) так называемых нанокомпозигов, используемых в микросистемотехнике, биологии, медицине и самой на-нотехнологии, в аэрокосмической индустрии, автомобиле- и судострое-да нии и т.д. (См.: http://spamfb6xl.land.ru/, http://www.pslc.ws/russian/ composit.htm).
<$! 4 Пул-мл. Ч„ Оуэне Ф. Нанотехнологии. С. 118-120, 125, 121.
учения об эманации. В то время как у Платона идеи являются самостоятельными и существуют в высшем мире независимо от вещей, для Аристотеля они являются сущностью вещей, находящейся в самих вещах. Плотин над Мировым умом с его многообразием идей расположил Единое, а под миром идей - подчиненное ему многообразие вещей и, наконец, материю. Этим ступеням соответствуют и степени совершенства, уменьшающиеся при движении вниз. Мир образовался в результате эманации первоначально Единого - потенции всех вещей, - подобного Солнцу, излучающему тепло. Тем самым неоплатонизм с помощью понятия эманации соединил мир идей с реальным миром природных вещей. Отсюда вытекает все, что касается места и роли математики и ее соотношения с физикой. Этой проблеме посвящены комментарии к «Началам» Евклида Прокла, который считал, что математическое бытие не принадлежит «ни к самым первым, находящимся в сущем родам, ни к низшим и - в отличие
от простого бытия - разделенным», а занимает «среднюю область между не имеющими частей, простыми, несоставными и неделимыми реальностями и реальностями, состоящими из частей и находящимися во всевозможных сочетаниях и разнообразных разделениях». На-
Ч
личие в рациональных построениях геометрии того, что «вечно тождественно, неизменно и неопровержимо, показывает, что она стоит выше так называемых вещественных видов»7.
Прокл критикует Аристотелевское представление о математических сущностях как о производных от чувственно воспринимаемых вещей путем их отвлечения, или путем сведения частностей в единое обобщенное рациональное построение. Он склоняется к интерпретации математических сущностей Платоном как обладающих самостоятельной реальностью, существующих еще до самих вещей. Они получаются из Души, придающей совершенство несовершенному и точность неточному, и не могут быть абстрагированы из вещественных фигур, которые, по определению, являются неточными и несовершенными. Именно Душа порождает математические виды и рациональные построения, которые существуют в ней первично, а затем уже порождают чувственно воспринимаемые предметы. «Следовательно, доказательные науки отнюдь не должны обращать внимание на чувственно воспринимаемое - позднее возникшее и более неясное, а должны рассматривать постижимое разумом и более совершенное, нежели ведомое ощущению и мнению»8. Тогда математика - х" это наука о рациональных построениях разума, а изучение ее сво-
Ф
—;— * Прокл Диадох. Комментарий к Первой книге «Начал» Евклида. Вве-
дение. М., 1994. С. 43-59. 8 Там же. С. 65.
Ж
<3
дится к припоминанию вечных рациональных построений, которые уже находятся в душе. Таким образом, математика, соприкасаясь сверху с постижением первых начал, со знанием, существующим в чистой мысли, спускаясь вниз доходит до чувственно воспринимаемых результатов.
Прокл соотносит математику с реальным Космосом. Платоновы пять основополагающих фигур, являющиеся основанием пяти тел-элементов, из которых состоит все в этом мире, называются у Прокла «космическими фигурами». Он, как и Евклид в рамках своей геометрии, вписывает пять простых тел в представляемый в виде шара Космос, поскольку шарообразная фигура является тем, что обнимает собой все находящиеся в мире фигуры: «Поэтому также Тимей сделал Космос в целом шаром, организовал, однако, его с помощью пяти фигур, которые единственно являются равносторонними и равноугольными, пять его составных частей, причем все их он вписал одну в другую и в шар»9. Такое соотношение математического и физического, разумеется, выглядит совершенно иначе, чем это представлено в классической физике и математике.
Основываясь на учении Прокла, Кеплер в своей работе «Гармония мира» описывает Вселенную как построенную с помощью шести высших фигур, а именно из шара и пяти правильных тел10. Для человека эпохи Ренессанса это строение мира представлялось божественным откровением, божественным планом, проектом устроения Космоса. Кеплер верил, что нашел решение упорядочения пяти известных тогда планет: додекаэдру соответствует земная орбита, тетраэдру -орбита Марса, кубу - Сатурна (точнее, в сферу Сатурна вписан куб, а в него вписана сфера Юпитера), икосаэдру - Венеры, а октаэдру -Меркурия11. Однако существует кардинальное различие в понимании отношения между математикой и физикой у Кеплера и Прокла. В то время как для Кеплера математика является вторичной именно в силу того, что она служит подсобным средством для обсчета физических явлений, у Прокла математика, в противоположность физике, рассматривается как ее причина, ее онтологическая предпосылка, поскольку для него физические вещественные связи являются лишь отражением математических отношений.
• л 9 Schmitz М. Euklids Geometrie und ihre mathematiktheoretische Grund-
Ч1АЭ
X legung in der neoplatonischen Philosophic des Proklos. Wurzburg, 1997.
% S. 171.
% 10 Freiesleben H. Kepler als Forscher. Darmstadt, 1970. S. 57.
да 11 После открытия новых планет солнечной системы и более точного
Sfi, расчета их орбит это учение о пяти платоновских телах потеряло свое значение.
Таким образом, Прокл, в соответствии с восходящим к Плотину учением об эманации, мыслит физический мир как следствие математики: она, так сказать, сверху упорядочивает этот мир. При этом Космосу придается шаровидность не из-за того, что это соответствует нашим чувственным восприятиям и повседневному опыту (или эксперименту), а потому, что это - исходное и простейшее тело вообще, которому соответствует определенная математическая фигура, существовавшая еще до возникновения всякого физического тела, - шар. Тогда математические схемы - это своего рода априорные схемы, в соответствии с которыми построен мир, а не средство для расчетов12. Для Кеплера астрономия и физика тесно связаны между собой, однако иным способом. Огромная заслуга Кеплера состоит в том, что он на место формальной схемы, лежащей в основе всей существовавшей до него астрономии, положил динамическую модель, в которой вместо математического правила описывался природный закон,
геометрическое описание движения планет выводилось из данных наблюдения за реальными планетными движениями. Тем самым не математическая схема, а физическая реальность становится основой небесной механики.
В этом контексте весьма интересен приводимый Ч. Пулом и Ф. Оуэнсом пример из нанотехнологии, связанный с открытием молекулы, «похожей на футбольный мяч и состоящей из 60 атомов углерода» (см. рис. 2). Это открытие явилось результатом исследований природы материи в Космосе, а именно «поглощения света межзвездной пылью, т.е. малыми частицами вещества, находящимися в межзвездном и межгалактическом пространстве... Это поглощение приписывалось рассеянию света на гипотетически малых частицах графита, находящихся в межзвездной среде... Дональд Хаффман из Университета Аризоны и Волфганг Крачмер из Института Ядерной Физики имени Макса Планка не были удовлетворены этим объяснением». Они продолжили исследования и с помощью электрической дуги между двумя графическими электродами в атмосфере гелия создали мельчайшие частицы сажи, которые осадили на пластинку из кварцевого стекла и стали измерять колебательные частоты молекул с помощью спектроскопии. «Хотя похожую на футбольный мяч молекулу из 60 атомов углерода с химической формулой С6о химики-теоретики предсказали уже много лет назад, никаких доказательств ее существования обнаружено не было... К удивлению Хаффмана и
12 Schmitz М. Указ. соч. S. 176-177.
80
X
Крачмера, четыре наблюдаемые полосы поглощения осажденного % «графитового» вещества хорошо соответствовали предсказанным ^ для молекулы См». Для подтверждения были проведены и другие ю
Ж
<3
эксперименты иными методами, что дало твердое доказательство существования новой молекулы, состоящей из 60 атомов углерода, связанных в виде определенной геометрической фигуры - сферы. Результаты были опубликованы в 1990 году в журнале Nature. Эта молекула получила название фуллерена Сбо по имени архитектора Р. Бакминстера Фуллера, сконструировавшего геодезический свод, напоминавший структуру Сбо- Другими учеными также были проведены эксперименты, например, с целью получения малых кластеров атомов при помощи высокоэнергетических лазерных импульсов, что, как считалось, имитировало условия во внешних слоях звезд - красных гигантов. «Хотя данные этого эксперимента не дают информации о структуре углеродного кластера, авторы предположили, что молекула может быть сферической, и построили ее геодезическую модель»13. Так что же в данном случае было первичным - техническая модель геодезического свода, геометрическая фигура (она имеет 12 пентагональных (пятиугольных) и 20 гексагональных (шестиугольных) симметрично расположенных граней, образующих форму, близкую к шару - рис. 2), данные эксперимента или наблюдения астрономических объектов? Никто, в сущности, не видел эту молекулу ни до, ни после проведения подтверждающих экспериментов; видели лишь спектральные линии разного цвета и показания приборов (например, масс-спектрометра, предназначенного для измерения массы молекул) и интерпретировали их. Геодезический свод Фуллера был лишь отправным образом для математической модели, да и сам он был, видимо, ее конструктивной реализацией. Таким образом, получается, что исходной является математическая модель в духе Платона и Про-кла, а не Аристотеля и Кеплера.
Сами эти шарообразные молекулы, как утверждают нанотехноло-ги, могут соединяться друг с другом в твердом теле, образуя гране-центрированную кристаллическую решетку (ГКЦ), т.е. опять же особую геометрическую фигуру (см. рис. 3). Далее на основе этой абстрактной геометрической модели строятся некоторые предположения и осуществляются определенные технические действия: предполагается, что в ГКЦ-структуре фуллеренов 26% объема элементарной ячейки пустует, так что щелочные атомы могут легко разместиться в пустотах между сферическими молекулами вещества; далее кристаллы Сбо и металлический калий помещают в трубку, из которой откачивается воздух, и нагревают до 400°, после чего пары калия диффундируют в пустоты, а кристаллы Сбо, бывшие до этого диэлектриком, при лигировании щелочными атомами становятся проводником. «В 1991 году, когда А.Ф. Жебард с группой в Bell Telephone Laboratory залеги-ровал кристалл Сбо калием по вышеописанной методике и проверил полученное таким способом вещество на сверхпроводимость, то ко всеобщему удивлению были найдены свидетельства перехода в сверхпроводящее состояние при температуре 18 К»14.
Октаэдрическая. позиция
Тетраэдрическая позиция
ШШ!
III
s;:': ■.::
I
II Ж
1 1 1
II i It
Рис. 3. Элементарная ячейка кристаллической решетки молекулы фуллерена Сбо (большие шары), легированного щелочными атомами (темные кружки)
Итак, манипуляции с квазиприродным объектом (кристалл Сбо) показали конструктивность исходной геометрической модели и позволили получить и выявить его новые свойства, не существовавшие до того в природе, а в дальнейшем оперировать с ним для решения различных проектных задач (например, заткнуть этим мячеподобным предметом нанотрубки).
Пул-мл. Ч., Оуэне Ф. Нанотехнологии. С. 109-110.
I
Ф t(j
Наноонтология как научная картина мира
и регулятив технического действия
Все, что мы воспринимаем, не является «действительной реальностью», а лишь явлением или кажимостью. Кант обсуждает именно эту проблематику, когда рассуждает о «вещах в себе», или самих по себе, которые располагаются «за» или «позади» наблюдаемых нами явлений. Именно поэтому для того, что «реально само по себе», следовало бы применять иное понятие действительности, чем то, которое мы используем для обозначения нашей повседневной реальности. В действительности существуют атомы - далее не разложимые частицы и ничто, - должны мы провозгласить вслед за Демокритом, или квантовые точки, проволоки, ямы и т.д. - вслед за современными нанотехнологами. Таким образом, в отличие от открытой нам, обыкновенным людям, повседневной действительности именно научная картина мира выступает в этом случае репрезентантом действительной реальности. В это верили ученые-естествоиспытатели классического периода. Однако сегодня никто из серьезных ученых уже не утверждает, что, например, современная физика может дать нам готовую на все случаи жизни и времена картину мира. «Явления субатомного мира настолько сложны, - пишет Ф. Капра, - что, несомненно, невозможно сконструировать полную правильную теорию, которая была бы всеми принята; однако можно положиться на ряд частично успешных моделей, которые представляют небольшой радиус действия... Необходимо, двигаясь шаг за шагом, формулировать сеть взаимосвязанных идей и моделей... Никакая из этих теорий и моделей не должна быть важнее других; все они должны резонировать между собой ,..»15. Или, как утверждает X. Ленк, «мы представляем себе реальным тот мир, который подчиняем себе как реальный: "мир реален", но каждое схватывание ег,о или его частей, или сущностей в нем, является всегда выраженным с точки зрения перспектив, т.е. является "интерпретативным", схематизированным, "теоретически пропитанным"...»16. Таким образом, мы должны развести социокультурно структурированную реальность, с которой имеет дело нормальный человек в данном обществе, и научную картину мира, создаваемую и навязываемую обществу через систему научного образовать
X ~ Capra F. Wendezeit. Bausteine für ein neues Weltbild. В., München,
% W., 1982. S. 102-103.
Ф 16 Lenk H. Erfassung der Wirklichkeit. Eine interpretationsrealistische Er-
U kenntnistheorie. Würzburg, 2000; Lenk H. Interpretation und Realität. F/M., 5Й 1993; Lenk H. Zu einem methodologischen Interpretationskonstruktionismus // <ijj Zeitschrift für allgemeine Wissenschaftstheorie. № 22. 1991 u.a.
о
ния учеными. Познав ее в школе и скорректировав через средства массовой информации и научно-популярную литературу, мы верим в ее истинность, как древние верили мифам. Об этом очень хорошо написал Т. Кун в своей первой и почти не известной российскому читателю книге «Коперниканская революция»: «Готовность ученого основывать свое объяснение на определенной научной картине мира является указанием на его связь именно с этой картиной мира, является знаком его веры в то, что его картина мира является единственно верной. Такая привязка или такая вера, однако, рискованна, поскольку упрощенное описание и космологическая удовлетворенность ни в коей мере не может гарантировать того, что всегда обозначается как "истина". История науки пестрит бесконечным числом реликтов представлений, в которые сначала горячо верят, а потом заменяют совершенно новой теорией. Нет возможности доказать, что ка-кая-либо теория является окончательной. Есть ли в этом риском или нет, можно, однако, утверждать, что эта привязка к определенной картине мира является общим и, возможно, неустранимым феноменом, придающим картине мира новую и важную функцию. Картины мира являются универсальными, их следствия не ограничиваются уже известным... Двухшаровый универсум информировал ученого об отношениях солнца и звезд в таких частях мира, как южное полушарие и полярные регионы, которые он никогда не посещал. Дополнительно он информировал его о движении звезд, которые он еще не наблюдал систематически... Это - новые знания, которые первоначально были получены не из наблюдений, а непосредственно из картины мира... Это давало Колумбу основание верить, что кругосветное путешествие возможно. Никакие путешествия не были бы предприняты и никакие наблюдения не были бы сделаны, если бы картина мира не указала путь... Путешествие Колумба - это лишь один из примеров продуктивности научной картины мира. Она, как и теории, ведет ученого в область неизвестного и говорит ему, на что он должен обратить внимание и что он ожидает открыть»".
И с этой точки зрения неважно, как, собственно говоря, выглядит действительная реальность. Важно лишь то, что ученый с ее помощью может правильно спланировать и реализовать свою деятельность и получить желаемые результаты. Это вполне отвечает и устремлениям современной технонауки, в частности нанотехнологии, и интенциям технической деятельности в целом. Еще в начале 20 ве- "х ка российский философ техники П. К. Энгельмейер писал: «Сущность техники заключается не в фактическом выполнении намерения, ^ --л
17 ^
Kuhn Т. Kopernikanische Revolution. Braunschweig, Wiesbaden, 1981. S. 40-41 (курсив мой. - В.Г.).
но в возможности выполнить путем воздействия на материю... Явления природы между собой сцеплены так, что следуют друг за другом лишь в одном направлении... Человек... желал бы, чтобы наступило явление £ Он знает такую цепь A-B-C-D-E, но не в состоянии своею мускульною силой вызвать к жизни Е, D, С, В, но ее достаточно, чтобы привести в действие явление А. Тогда он вызывает явление А, цепь вступает в действие, и запланированное явление Е автоматически наступает. Именно в этом и состоит сущность техники»18. Сегодня мы должны добавить: и сущность технонауки, ибо так все и происходит при так называемой самосборке наноструктур. Сущность данного явления может быть еще не до конца понята и теоретически объяснена, но уже имеющиеся в нанотехнологии представления позволяют найти точку приложения силы, запускающей природную цепь, которая сама собой выстраивается в необходимую упорядоченность. Эти предельно общие представления о наносистемах и наноструктурах, по сути дела, представляют собой некоторую «универсальную» для данного класса исследуемых и проектируемых объектов теоретическую схему: нанокартину мира - наноонтологию, подобно тому как некоторое время назад на передний край науки выдвигалась системная картина мира и системная онтология. Теоретические схемы «имеют две неразрывно связанные между собой стороны: 1) они выступают как особая модель экспериментально-измерительной практики» и, добавим, проект основанного на этой модели технического действия; и 2) одновременно служат системным изображением предмета исследования, выражением сущностной связи исследуемой реальности»19.
За последние десятилетия в философии науки сформировался своего рода конструктивный реализм, наиболее яркими представителями которого являются Р. Гир и И. Хакинг20, что - по мнению X. Ленка - является своего рода акцентированием на «технологической теории науки» под влиянием философии техники и новых веяний в самой науке и технике21. Основная идея этого направления, считает
18 Engelmeyer Р. К. Philosophie der Technik // Ann. IV Congresso Internationale de Philosofia. Bologna, 1911. Vol. 3. Nendeln, Lichtenstein, 1968. S. 591-592.
14 Степин B.C. Теоретическое знание. M., 2000. С. 163.
20 Giere R.N. Science Without Laws. Chicago, 1999; Giere R.N. Construc-• tivc Realism // Churchland D.M., Hooker C.A. (Eds.). Images of Science. Chi-X cago, 1985. P. 75-98; Hacking I. Representing and Intervening. Cambridge, t N.Y., 1983.
Jig 21 Ленк X. Эпистемологические заметки относительно понятий «тео-
П рия» и «теория проектировании» // Философия, наука, цивилизация. М., 1999; Он же. Оперативные и теоретико-деятельностные аспекты техно-логической теории науки // Человек. Наука. Цивилизация. М., 2004.
М. Бунге22, состоит в переориентации современной науки с субстантивных на оперативные теории, описывающие не столько сам объект исследования, сколько способы манипуляции с ним. Основополагающие принципы такого взгляда на научную теорию X. Ленк видит в рассуждениях Канта, которые в известном смысле инициировали «реалистический методологический интерпретационизм» современной философии науки. В основе кантовского представления о науке лежит идея о том, что познающий субъект получает с помощью органов чувств неструктурированнй материал, который научно оформляется в формах созерцания: «Необходимо свои понятия делать чувственными (т.е. присоединять к ним в созерцании предмет), а свои созерцания постигать рассудком (т.е. подводить их под понятия)»23. С точки зрения нанотехнологии следует еще добавить: не только с помощью органов чувств, но и с помощью приборов, их усиливающих, дополняющих или даже замещающих.
Кант совершенно в духе нанотехнологии ставит на первое место синтез: «Мы ничего не можем представить себе связанным в объекте, что прежде не связали сами», что является деятельностью рассудка24. В отличие, например, от Кондильяка, который считал, что «только анализ определяет идеи, и мы очень далеки от точных идей, когда мы знакомы лишь с употреблением синтетических определений», и «понять какую-нибудь вещь можно по-настоящему, лишь когда умеешь произвести анализ ее», поэтому синтез «приписывает идеям происхождение, совершенно отличное от того, которое они имеют в действительности»25. В нантехнологии, напротив, именно синтез наноструктуры позволяет понять и объяснить ее функционирование в природе. Так что получается совсем в духе Канта: «Где рассудок ничего раньше не связал, ему нечего и разлагать»26. Именно сконструированные априори модели нанотехнологического действия позволяют найти соответствующие им «операции природы», а не наоборот, как утверждал Кондильяк. Теоретическая модель, или схема, наноструктуры и нанопроцедуры ее создания и одновременно исследования «есть продукт способности воображения». «Они суть как бы монограммы, представляющие собой лишь отдельные, хотя и не определимые никакими правилами черты, которые составляют, скорее, как бы смутное изображение различных данных опыта, чем определенную картину»27.
недостатки и достоинства. М., 1938. С. 177-182 .
26 Кант И. Цит. соч. С. 201.
27 Там же. С. 261, 739.
Si®
1 в
X
22 Bunge М. Scientific Research. Vol. 1, II. В., Heidelberg, N.Y., 1967.
2"' Кант И. Сочинения на немецком и русском языках. М., 2006. С. 139. ^
"4 Там же. С. 201. Ф
"5 Кондильяк Э.Б. де. Трактат о системах, в котором вскрываются их с£
из Эй
<3
Таким образом, для теоретических схем, как считает X. Ленк, характерна конструктивная или «созерцательно конструируемая» интеграционная стратегия, обеспечивающая новый подход к природе. Именно такой подход характерен для современной технонауки.
По сути дела, нанонаука имеет дело с «вещами-в-себе», находящимися «за» явлениями, создавая совершенно иное представление о действительности, чем повседневная реальность. Но для Канта, подчеркивает X. Ленк, «вещь-в-себе» вводится не онтологически, а в теоретико-познавательном плане, как «познание, занимающееся вообще не столько предметами, сколько видами нашего познания предметов». «Когда я говорю, - пишет Кант: - созерцание внешних объектов... представляет нам эти объекты так, как они действуют на наши чувства, я этим вовсе не хочу сказать, будто эти предметы суть лишь видимость. Ибо в явлении объекты и даже свойства, которые мы им приписываем, всегда рассматриваются как нечто действительно данное, но поскольку эти свойства зависят только от способа созерцания субъекта в отношении к нему данного предмета, то мы отличаем этот предмет как явление от того же предмета как объекта самого по себе»28. В нанонауке сплошь и рядом описывается эмпирический объект (например, данные, представленные с помощью спектрального анализа, просвечивания образцов лазерным лучом или измерения разности потенциалов между сканируемой поверхностью образца и иглой сканирующего устройства и т.п.) на основе его априорного схематического пространственно-временного представления. Сами же эти исходные измерительные данные часто вообще не дают никакого представления о схематизме, открывающегося исследователю лишь на основе косвенных данных объекта («вещи-в-себе»). Затем на основе той же априорной схемы, частично скорректированной с помощью ряда альтернативных экспериментально-измерительных процедур, строится проектная деятельность и, если она является успешной, т.е. позволяет получить новые материалы или новые заранее заданные (а часто лишь предполагаемые и иногда даже неожиданные) их свойства, то данная теоретическая схема рассматривается как репрезентант существующей лишь в воображении «вещи-в-себе» и объект оперирования.
Таким образом в нанотехнологии постоянно осуществляется движение в трех различных оперативных полях: математическом (геометрическая фигура из 12 пятиугольных и 20 шестиугольных симметрично расположенных граней, образующих форму, близкую к шару), созерцательно-техническом (модель геодезического свода молеку-
лы фуллерена) и квазиприродном (данные экспериментов, измерено
х -
Щ 28 Кант И. Цит. соч. С. 79, 131.
х ф
ний и наблюдений). Р. Карнап, который во время Первой мировой войны работал в военном институте над проблемой разработки беспроволочного телеграфа и телефона, после войны в докторской работе «Пространство. Вклад в учение о науке»29 анализирует понятие «пространство» в трех различных смыслах, а именно в формальном, созерцательном и физическом. Формальное пространство представляет собой абстрактную систему, поэтому наши знания о нем - логического свойства. Созерцательное пространство аналогично кантов-скому «чистому созерцанию», основанному, однако, не на трехмерной евклидовой структуре, а на топологических свойствах30. Знание о физическом пространстве является полностью эмпирическим. В нано-технологии этот тип пространства охватывает не только физические, но и химические, биологические и т.д. свойства исследуемых объектов. Этим трем типам пространства соответствуют, фактически, три типа теоретических схем: математические, структурные (конструктивно-технические) и поточные, описывающие природные процессы, протекающие в наноструктурах, или (если их рассматривать с искусственной точки зрения) процессы их создания и функционирования. Причем математические схемы задают средства описания как структурных, так и поточных схем. Это связано с тем, что в нанотехнологии любые измерительные или проектные процедуры опосредованы компьютерным моделированием, в основе которого лежат алгоритмические описания и кибернетические представления.
Таким образом, как во всякой современной технической теории, в нанотехнологии важную роль играют абстрактные структурные схемы, которые, как, например, в системотехнике, развиваются в структурном анализе сложных систем и позволяют изучать объект в наиболее чистом виде, анализировать конфигурацию системы, степень связности и надежности ее элементов безотносительно к их конструктивному исполнению. Тогда при структурных исследованиях, например, систем автоматического регулирования в них не остается иного содержания, кроме связей, их числа, дифференциального порядка, знака и конфигурации; уделяется особое внимание выявлению взаимных связей между элементами системы. Берталанфи говорил о математизации биологии с помощью особой неколичественной или «образной математики», в которой ведущую роль будет играть не понятие величины, а понятие формы или порядка31. «Каждая отдельная __х
29 Carnap R. Der Raum. Ein Beitrag zur Wissenschaftslehre. В., 1922. Ф
30 В более поздних работах Карнапа созерцательное пространство, С£
введенное явно под влиянием философии Канта, исчезает.
31 Proble 1952. Р. 159.
31 Problems of Life. An Evaluation of Modern Biological Thought. L.,
re
<3
¡si 8
®й
i
вещь, которую мы непосредственно видим и узнаем, обладает определенными качественными свойствами... она имеет форму или конфигурацию или структуру»32.
Однако абстрактные структурные схемы в современной технической теории обязательно дополняются абстрактными алгоритмическими схемами33, обобщенными в кибернетике и описывающими преобразования потока субстанции (вещества, энергии и информации) независимо от его реализации. Эти схемы дают идеализированное представление функционирования любых систем (в том числе и нано-систем и самого нанотехнического исследования) и могут стать исходным пунктом компьютерного моделирования. «Увеличение вычислительных мощностей компьютеров и разработка новых теоретических подходов сделали возможным определение геометрической и электронной структуры больших молекул... с высокой точностью». Например, в нанотехнологии для реконструкции изображений субстрата и наночастиц для увеличения количества информации явным образом описывается алгоритм обработки такого рода изображений, в результате чего строится «модель наночастицы, воссозданная на основе полученных данных». В нанотехнологии активно используется и соответствующая алгоритмическим схемам кибернетическая терминология: например, «тонкая структура края поглощения» «дает информацию о состоянии связей рассматриваемого атома», «микроволны могут нести полезную информацию о материале», «в образце, состоящем из наночастиц, площадь поверхности много больше, а размеры частиц - порядка глубины проникновения, что делает возможным регистрировать сигнал от электронов проводимости» (курсив мой. - В.Г.). Как видим, даже электрон посылает сигнал исследователю, передавая полезную информацию о себе самом и своем поведении, что весьма схоже с тем, как обстоит дело в теории информации и кибернетике. Остается лишь отделить сигнал от шума, как это делается в спектроскопии на основе магнитного резонанса (исследование микроволновых и радиочастотных переходов), «представляющей информацию о наноструктурах»34. В установке молеку-лярно-лучевой эпитаксии можно даже непосредственно «управлять плотностью и размером островков германия, если германий растет на
Scheldrake R. Das Gedächtnis der Natur. Das Geheimnis der Entstehung der Formen in der Natur. München, 1996. S. 83. X' " По сути дела, и у Канта речь идет о двух типах схематических
3Ê представлений: как о фигурах в пространстве и как о схематическом представлении во времени, к которому Кант относит, например, каузаль-Jjjj ное объяснение (см.: Lenk H. Schemaspiele: über Schemainterpretation und X Interpretationskonstrukte. F/M., 1995, S. 17-18).
34 Пул-мл. Ч„ Оуэне Ф. Цит. соч. С. 60, 83, 74, 77, 75.
йм
поверхности кремния со слоем оксида толщиной в несколько атомных слоев»35. В нанотехнологии, как и в системотехнике, даются не только алгоритмические описания исследовательской деятельности, как это показано выше, но и строятся алгоритмы проектирования наноструктур; например, формирования квантовой проволоки или точки методом электронно-лучевой литографии (см. рис. 4)36. Поэтому, наряду с макросистемотехникой, говорят о микро- или наносистемотехнике.
Маска облучения Облучение
КХЗ II Е53
Чувствительный слой -Квантонан яма -
Подложка -
Маска травления ♦
Ш
1 1
штт
(В)
Квантовая точка
Рис. 4. Этапы формирования квантовой проволоки или точки методом электронно-лучевой литографии: а) - изначальная покрытая защитным слоем квантовая яма на подложке; б) - облучение образца через маслу; в) - конфигурация после растворения проявителем облученной части радиационно-чувствительного защитного слоя; г) - формирование маски для последующего травления; д) - состояние после удаления оставшейся части чувствительного защитного слоя; е) - состояние после стравливания частей материала квантовой ямы; ж) - окончательный вид наноструктуры после удаления маски
травления.
Таким образом, в основе нанонауки и нанотехнологии лежат схематические представления, замещающие «предмет опыта» «предметом познания», т.е. интерпретационным конструктом, представляющим собой идею или понятие, причем содержащим то, что еще и не найдено в опыте, выражающем извечное стремление человека к построению единой картины мира37. Это стремление проявляется и на
35 Асеев А.Л. Нанотехнологи в полуповодниковой электронике // Вестник РАН. Т. 76. № 6. 2006. С. 606.
36 Пул-мл. Ч„ Оуэне Ф. Цит. соч. С. 200-201.
37 Lenk Н. Vernunft als Idee und lnterpretationskonstrukt. Zur Rekonstruktion des Kantischen Vernunftbegriffs // Zur Kritik der wissenschaftlichen Rationalität. Freiburg, München, 1986. S. 269, 271.
I
Iii Ii iü
X
X ф =£ m
уровне общенаучной картины мира, и на уровне отдельных научных понятий. По Канту, в основе научных понятий лежат не образы, но схемы: «Представление о всеобщем способе, каким способность воображения доставляет понятию его образ, я называю схемой [для] этого понятия»38. В этом смысле схема понятия, например, фуллере-на возникает в нанотехнологии еще до всяких или, по крайней мере, до полноценных опытных данных, которые лишь дополняют эту схему частными результатами измерений и наблюдений. Сама же эта схема, как абстрактный объект («предмет познания»), позволяет распознать во все новых экспериментальных ситуациях действительный эмпирический объект («предмет опыта»). В сущности, любое научное понятие - это свернутая теоретическая схема. Например, понятие емкость в обыденном языке означает «вместилище» или «сосуд», в котором может быть вода, воздух или все что угодно, как в вышеприведенной цитате из Аристотеля. Но это же понятие, как конструкт теории электричества, представляет собой уже иные теоретические схемы. С точки зрения электорстатики схематически изображают распределение положительных и отрицательных зарядов на обкладках конденсатора, а в электротехнических схемах - протекающий через ёмкостное сопротивление переменный ток; в теории же сверхвысоких частот ее представляют в виде электрической цепи, состоящей из комбинации резистора, индуктивности и емкости. В квантовой цепи то же самое понятие выражает емкостную связь между электродом и квантовой точкой (см. рис. 5).
Квантовая Исток точка Сток
Рис. 5. Трехэлектродное управляемое устройство на основе квантовой точки. Подключение к внешней цепи осуществляется с помощью электродов «исток» ™ и «сток», на которые подается напряжение Vsd. Подавая на третий элект-5 род - «затвор», емкостно связанный с квантовой точкой, напряжение Vg, 3» можно управлять сопротивлением электрически активной области. Ф _
Mb 38
щ Кант И. Цит. соч. С. 259; см. также: Lenk Н. Denken und Handlungs-
X bindung. Mentaler Gehalt und Handlungsregeln. Freiburg. München, 1986. S. 35-36.
Как отмечает X. Ленк, «Иммануил Кант сделал понятие схемы продуктивным для теории познания, поскольку он использовал его для описания процедурно характеризуемой и операционно «реализуемой» связи между чувственным восприятием, с одной стороны, и понятийным схватыванием, с другой»39. Такая схема является необходимой для представления множества результатов измерения в обозримом виде и в нанотехнологии, где результаты измерений соотносятся с самыми различными научными теориями (и построенными на их основе экспериментами) и по определению являются трудно стыкуемыми между собой. Такая абстрактная теоретическая схема, например молекулы фуллерена, может, в сущности, и не иметь ничего общего с реальным эмпирическим объектом.
Можно представить себе гипотетическую ситуацию, когда ученик сталевара, изучая технологический процесс приготовления стали, сидит в изолированной комнате, наблюдая за дисплеем компьютера, на который заведены всевозможные данные измерений в печи в режиме реального времени, но отображены они в виде абстрактной картинки. Ученик слышит передаваемые ему по радио команды мастера и регистрирует изменения, происходящие на экране. Он может, в принципе, никогда и не увидеть реальный технологический процесс, но научится варить сталь. В сущности, и мастер видит лишь показания многочисленных приборов и какие-то картинки через окошко в сталелитейной печи, по показаниям которых он принимает решения, когда и что добавить в печь и т.п. Точно так же Галилей интерпретировал изображение Луны в телескопе, указывая на наличие гор и впадин на ней, хотя ни он, ни его тогдашние коллеги не могли видеть действительного изображения этих объектов. Коллеги Галилея иначе интерпретировали то же самое изображение, говоря о сочетании темных и светлых пятен на гладкой поверхности. И только облетевшие Луну или приземлившиеся на ней космонавты смогли достоверно подтвердить, что Галилей был прав. В случае же с нанотехнологией вряд ли предвидится возможность «посмотреть» на «вещи-в-себе», составляющие наноструктуры, но и без этого вполне достаточно того, что с помощью сконструированных благодаря способности воображения априорных теоретических схем и моделей имеется возможность осуществлять успешные технические действия.
По образному сравнению X. Ленка, все получается как с картинкой в калейдоскопе: когда его встряхивают, картинка меняется. Точно так же и радуга зависит от перспективы, с которой ведется наблюдение. В этих случаях мы имеем дело не с «воспринимаемыми объектами», а с некоторыми объективными феноменами, которые можно даже сфотографировать и интерсубъективно зафиксировать, но они и зс их регистрация зависят от способа их возникновения и представле- * ния. Нанофеномены, как и объекты квантового мира, являются изме- et __да
Lenk Н. Schemaspiele: über Schemainterpretation und Interpretations-konstrukte. S. 16-17.
3 Зак. 2482
33
римыми, но не всегда локализуемыми и отделимыми как «объекты» макромира. Например, электрон часто представляется не в виде локализованного в пространстве сферического тела, а как оболочка, растекающаяся по различным орбитам внутри атома. Мир же в целом, заключает Ленк в духе учения Парменида (о едином, вечном и неизменном бытии, никуда не стремящемся и нерасчлененном целом) и американского физика Давида Бома, - это «единственный, ограниченный, неделимый объект»40. Мир, по Бому, - это неразложимое целое, некая тотальность, в которой части могут быть выделены нашим мышлением лишь условно и упрощенно. Общей же мыслительной схемой физики, критикуемой им, до сих пор была именно фрагментация. «Два импульса соподчиненной полевой структуры спаиваются в едином неразбиваемом целом и протекают совместно. Такое представление в лучшем случае оставляет идею отдельных и независимо существующих частиц абстракцией, только в ограниченной области дающей удовлетворительное приближение. В конченом счете, весь универсум (со всеми его "частицами", включая те, что люди получили в своих лабораториях с помощью своих инструментов) должен быть понят как единственное нерасчлененное целое, в котором анализ по отдельным и независимым частям не получит никакого основополагающего значения... Весь универсум должен рассматриваться как не-разбиваемое целое. В этом целом каждый элемент, который мы можем мысленно абстрагировать, демонстрирует свои основные свойства (волны или частицы и т.д.), которые зависят определенным образом от его общего поля так, что они в большей мере напоминают соединенные вместе органы живого существа, чем интегрированные вместе части машины». Д. Бом считает, что именно целостность мира - реальность, а фрагментарность задана лишь фрагментарными воздействиями человека на эту реальность. Природа реальности должна быть «понята как взаимосвязанное целое, которое никогда не является статическим или завершенным и представляет собой бесконечный процесс движения и развертывания». Д. Бом использует в данном случае образ «нерасчлененного целого в текучем движении», «универсального текущего потока», который невозможно схватить явным образом, но можно представить имплицитно, и субстанция которого в каком-либо одном месте никогда не является одной и той же. «Современная физика утверждает, что действительно из атомов образуются потоки (подобно тому, как течет вода)». Сами дух и материя становятся лишь различными аспектами единого целостного и нераз-|1 ложимого на части движения, хотя в этом никогда не расчленяемом и ' j1 находящемся в текущем движении целом и могут быть выделены
% различные фигуры, имеющие некоторую стабильность и автономию41, ф _
ра#>
JJ 4U Lenk Н. Einführung in die Erkenntnistheorie. München, 1998. S. 269-271.
Jtf 41 Böhm D. Die implizite Ordnung. Grundlagen eines dynamischen Ho-
<*? lismus. München, 1985. S. 226-231, 9, 31-32, 77-78.
