Нанотехнологии

Нанотехнологии трудно поддаются определению. С самого начала своего существования эта область знания находилась где-то на границе между настоящей наукой и тем, что многие бы назвали чистой фантастикой. Вокруг нее было столько шумихи и споров, она вызывала благоговейный трепет и становилась яблоком раздора в политических баталиях, от исхода которых зависела судьба миллиардов долларов, а также была предметом словесных и идеологических перепалок между самыми выдающимися умами.

Фундаментальные идеи, которые лежат в основе нанотехнологий, прозвучали впервые в декабре 1959 г., когда физик, нобелевский лауреат Ричард Фейнман рассказал о них во время своего выступления в Калифорнийском технологическом институте. Лекция Фейнмана называлась «Внизу полным-полно места»[66] (There's Plenty of Room at the Bottom); он решил посвятить ее «проблеме контроля и управления строением вещества в интервале очень малых размеров»[67]. И под «малыми» он имел в виду не просто маленькие, а микроскопические. Фейнман заявил, что «готов рискнуть и поставить вопрос о возможности — когда-нибудь в счастливом будущем — располагать атомы в требуемом порядке, именно атомы, самые мелкие строительные детали нашего мира!» Он сформулировал своего рода механистический подход к химии, утверждая, что почти любое вещество может быть синтезировано путем укладывания «атомов в порядке, указанном химиками, что будет равносильно созданию вещества»{312}.

В конце 1970-х гг. К. Эрик Дрекслер, который тогда был студентом MIT, принял эстафетную палочку от Фейнмана и донес ее если и не до финишной линии, то уж точно до начала следующего круга. Дрекслер создал в своем воображении образ мира, в котором наноразмерные молекулярные машины способны быстро перекомпоновывать атомы, почти мгновенно превращая дешевое сырье, которого у нас более чем достаточно, практически во все, что мы только захотим получить. Именно он ввел термин «нанотехнологии» и написал две книги на эту тему. Первая — «Машины мироздания: Грядущая эра нанотехнологий» (Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology) — была опубликована в 1986 г. и имела большой успех у читателей, обеспечив повышенное внимание общественности к нанотехнологиям. Книга стала настоящим кладезем новых идей для авторов научно-фантастических книг и вдохновила целое поколение ученых на карьеру в сфере нанотехнологий. Вторая книга Дрекслера под названием «Наносистемы: Молекулярные машины, производство и вычисления» (Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation) носила куда более узкоспециальный характер и была основана на диссертации, которую он защитил в MTI, став первым в истории человеком с научной степенью в области молекулярных нанотехнологий.

Сама по себе идея молекулярных машин может показаться совершенно нелепой, пока вы не осознаете тот факт, что они не просто существуют, но еще и являются неотъемлемой частью химии жизни. Самый яркий пример — рибосома, которая, по существу, представляет собой молекулярную фабрику внутри клетки, считывающую закодированную в ДНК информацию и затем собирающую на ее основе тысячи самых разных белковых молекул. Получившиеся в результате молекулы выступают в качестве структурных и функциональных блоков всех биологических организмов. Но для Дрекслера это была лишь отправная точка: он утверждал, что однажды эти крошечные машины могут выйти за рамки микромира биологии, где сборщики молекул функционируют в благоприятной водной среде, и занять место машин из твердых сухих материалов (например, стали и пластика) в макромире.

Впрочем, несмотря на весь радикализм идей Дрекслера, к началу нового тысячелетия нанотехнологии прочно вошли в научную теорию и практику. В 2000 г. конгресс США принял, а президент Клинтон подписал закон о запуске программы под названием «Национальная нанотехнологическая инициатива» (National Nanotechnology Initiative, NNI) с целью координации инвестиций в данной области. В 2004 г. аналогичный шаг был предпринят администрацией Буша, которая одобрила выделение дополнительных инвестиций в размере $3,7 млрд в рамках Закона о проведении научно-исследовательской работы в области нанотехнологий в XXI в. (21st Century Nanotechnology Research and Development Act). В общей сложности в период с 2001 по 2013 г. федеральное правительство США вложило в научные исследования в области нанотехнологий в рамках NNI почти $18 млрд. Администрация Обамы запросила еще $1,7 млрд на 2014 г.{313} Казалось бы, перед исследователями молекулярных технологий открылись фантастические перспективы; но в реальности все оказалось совсем по-другому. По мнению Дрекслера, после одобрения конгрессом решения о выделении средств для исследований в области нанотехнологий незаметно для всех произошел глобальный разворот. В 2013 г. была опубликована еще одна его книга под названием «Всеобщее благоденствие. Как нанотехнологическая революция изменит цивилизацию»[68] (Radical Abundance: How a Revolution in Nanotechnology Will Change Civilization), в которой Дрекслер указывает, что в соответствии с определением из первоначального плана создания Национальной нанотехнологической инициативы, составленного в 2000 г., «суть нанотехнологий заключается в возможности работать на молекулярном уровне, манипулируя отдельными атомами, чтобы создавать большие структуры с принципиально новой молекулярной организацией», а цель научной работы состоит в получении «контроля над структурами и машинами на атомном, молекулярном и надмолекулярном уровнях и разработке эффективных методов производства и применения этих машин»{314}. Другими словами, предусматривавшийся NNI план действий был напрямую связан с лекцией Фейнмана 1959 г. и работой самого Дрекслера в MTI.

Однако в процессе фактической реализации NNI сформировалось совершенно иное видение этих вопросов. По словам Дрекслера, люди, которые были наделены руководящими полномочиями в рамках инициативы, сразу же «убрали из планов NNI любые упоминания об атомах и молекулах в связи с производством и пересмотрели определение нанотехнологий, ограничив его лишь тем, что было достаточно маленьким. Крошечные частицы подходили, атомарные структуры — нет»{315}. По крайней мере, с точки зрения Дрекслера, все выглядело так, как будто корабль нанотехнологий взяли на абордаж пираты, которые сбросили за борт все динамические молекулярные машины и уплыли, оставив в трюме только материалы, которые состояли из крошечных, но при этом статичных частиц. Практически все средства, инвестированные в нанотехнологии под эгидой NNI, достались научным исследованиям, основанным на относительно традиционных методах из области химии и материаловедения; исследования, посвященные изучению молекулярной сборки, остались ни с чем.

Внезапный отход от идеи развития молекулярных технологий был продиктован целым рядом факторов. В 2000 г. один из основателей Sun Microsystems Билл Джой написал для журнала Wired статью под названием «Почему будущее в нас не нуждается» (Why the Future Doesn't Need Us). В ней он указал на опасность, которую генетика, нанотехнологии и искусственный интеллект могут представлять для существования человека. Дрекслер также отмечал возможность появления самовоспроизводящихся молекулярных сборщиков, которые выйдут из-под контроля человека и начнут использовать нас — да и все остальное вокруг — в качестве своего рода исходного сырья. Дрекслер назвал этот вариант развития событий сценарием распространения «серой слизи», заметив с тревогой, что «совершенно ясно одно: есть ряд ошибок, которые мы просто не можем позволить себе допустить в случае с воспроизводящимися сборщиками»{316}. По мнению Джоя, Дрекслер преуменьшает степень опасности, утверждая, что распространение «серой слизи предвещает по-настоящему мрачный конец человеческой авантюры на Земле — куда более печальный, чем гибель от огня или льда, да еще и такой, который может быть спровоцирован банальной оплошностью сотрудника лаборатории»{317}. Еще больше масла в огонь подлил Майкл Крайтон, опубликовавший в 2002 г. роман «Жертва» (Prey), в котором он изобразил несметные тучи хищных нанороботов. При этом он тоже начал книгу с цитат из работы Дрекслера.

Впрочем, «серая слизь» и прожорливые нанороботы не единственные страхи, будоражившие воображение общественности. Появились исследователи, которые поставили под сомнение саму возможность молекулярной сборки. Наибольшим авторитетом среди скептиков пользовался покойный Ричард Смолли, который получил Нобелевскую премию по химии за работу в области наноразмерных материалов. Смолли пришел к выводу, что при рассмотрении вне биологических систем идея молекулярной сборки и молекулярного производства вступает в фундаментальное противоречие с законами химии. В ходе публичной дискуссии с Дрекслером на страницах научных журналов он заявил, что атомы просто не могут быть поставлены на нужное место с помощью механических средств — для этого нужно заставить их сформировать соответствующие связи. Но создать молекулярные машины, которые будут способны на такое, просто невозможно. Дрекслер обвинил Смолли в неправильном толковании результатов его работы и отметил, что сам Смолли однажды сказал, что «когда ученый заявляет, что что-то возможно, он, скорее всего, недооценивает количество времени, которое для этого требуется. Но если он говорит, что что-то невозможно, вероятное всего, он не прав». Атмосфера накалялась; спор перерос в личную вражду. Все закончилось тем, что Смолли обвинил Дрекслера в «запугивании наших детей», а потом заключил: «Даже если в реальности в будущем нас ждут трудности и некоторые угрозы действительно сбудутся, нам не придется иметь дело с такими монстрами, как самовоспроизводящиеся механические нанороботы из ваших фантазий»{318}.

Характер и масштаб влияния нанотехнологий в будущем станет в большой степени зависеть от того, кто все-таки окажется прав в своей оценке возможности молекулярной сборки — Дрекслер или Смолли. Если верх одержит пессимизм Смолли, нанотехнологии так и останутся областью, в которой основное внимание будет уделяться разработке новых материалов и веществ. На этом поприще уже достигнуты потрясающие успехи, самым значительным из которых является открытие и дальнейшее усовершенствование углеродных нанотрубок — структур, в которых состоящие из атомов углерода слои сворачиваются в длинные полые нити с уникальнейшим набором свойств. Материалы на основе углеродных нанотрубок могут оказаться в сотни раз прочнее стали и при этом обладать в шесть раз меньшим весом{319}. Еще одной их особенностью является исключительно высокая электро— и теплопроводность. С появлением углеродных нанотрубок открываются широкие возможности по созданию новых облегченных конструкционных материалов для использования при производстве автомобилей и самолетов; кроме того, они могут сыграть важную роль в разработке нового поколения технологий в электронике. Наконец, благодаря им появляются принципиально новые системы фильтрации для применения в природоохранной деятельности, а также методы диагностирования и лечения рака. В 2013 г. исследователи из Индийского технологического института в Мадрасе объявили о создании технологии фильтрации на основе наночастиц, способной обеспечить семью из пяти человек годовым запасом воды всего лишь за $16{320}. Нанофильтры также могут способствовать появлению более эффективных способов опреснения океанской воды. Если эта тенденция в развитии нанотехнологий сохранится, их значение будет продолжать расти, а положительное влияние, оказываемое ими во многих областях, включая промышленность, медицину, солнечную энергетику, строительство и охрану окружающей среды, будет только усиливаться. Впрочем, производство наноматериалов — чрезвычайно капиталоемкий процесс, требующий применения сложнейших технологий, а значит, вряд ли стоит надеяться на появление в этой отрасли большого количества новых рабочих мест.

В то же время если предсказания Дрекслера сбудутся хотя бы частично, последствия внедрения нанотехнологий могут оказаться настолько значительными, что нам сейчас это даже трудно представить. Во «Всеобщем изобилии» Дрекслер, выступая в роли футуриста, предлагает читателям представить себе, как будет выглядеть промышленное производство в будущем: это будет комната размером с гараж с несколькими роботизированными сборочными установками, смонтированными вокруг подвижной платформы. В задней части помещения будет несколько камер — уменьшенных копий комнаты. В каждой камере, в свою очередь, будут содержаться уменьшенные версии ее самой. С уменьшением размера камеры уменьшается и размещенное в ней оборудование, превращаясь из оборудования обычного размера в микроскопическое, а затем и в наноразмерное, в котором из отдельных атомов выстраиваются молекулы. Процесс производства начинается на молекулярном уровне, а затем мгновенно масштабируется, переходя на следующие уровни по мере сборки конечных изделий. Дрекслер представлял себе, как такая фабрика за считаные минуты производит и собирает сложные изделия вроде автомобилей. Легко вообразить, как аналогичный комплекс выполняет обратный процесс, разбирая готовые изделия на составляющие его части и выделяя из них материалы, которые затем могут быть подвергнуты вторичной переработке{321}.

Очевидно, что в обозримом будущем все это так и будет оставаться чем-то из мира научной фантастики. Тем не менее в случае, если технологию молекулярной сборки все-таки удастся реализовать, это будет означать не только конец промышленного производства в привычном его понимании, но и упадок целых секторов экономики, связанных с розничной торговлей, дистрибуцией, сбором и переработкой отходов. О катастрофических последствиях для мирового рынка труда не приходится и говорить.

Но при этом цены на продукцию промышленного производства обрушатся. В известном смысле молекулярное производство дает вполне конкретный ответ на вопрос о возможности цифровой экономики. Часто говорят, что «информация рвется на свободу». Развитие нанотехнологий может привести к аналогичной революции в мире материальных благ. Настольные версии производственной установки Дрекслера однажды могут стать чем-то похожим на «репликатор» из сериала «Звездный путь» (Star Trek). Подобно капитану Пикарду, которому достаточно повторить команду «Чай. "Эрл Грей". Горячий!», чтобы мгновенно получить чашку с нужным напитком, однажды мы сможем получить практически все, что пожелаем, дав соответствующую команду молекулярной установке.

Некоторые из оптимистов, верящих в силу технического прогресса, связывают появление молекулярного производства с концепцией «постдефицитной» (post-scarcity) экономики, в которой в избытке всевозможные материальные блага, да еще и не нужно за них платить. При этом предполагается, что предоставление услуг будет автоматизировано с помощью технологий развитого искусственного интеллекта. В этой технологической утопии все ограничения со стороны ресурсов и внешней среды будут полностью сняты благодаря возможности повторного использования всего и вся на молекулярном уровне, а также обилию чистой энергии. Рыночная экономика просто перестанет существовать, а значит (как в «Звездном пути»), потребность в деньгах отпадет. Несмотря на всю привлекательность такого сценария, в нем есть множество деталей, которые оставляют немало вопросов. Например, учитывая, что земля по-прежнему будет оставаться дефицитным ресурсом, не совсем понятно, как будет распределяться жизненное пространство в мире, где практически нет работы, денег и каких-либо возможностей для улучшения людьми своего экономического положения. Также остается неясным, откуда будут браться стимулы для дальнейшего развития в условиях отсутствия рыночной экономики.

Физик (и большой поклонник «Звездного пути») Митио Каку заявил, что, по его мнению, нанотехнологическая утопия может стать реальностью в ближайшие сто лет или около того[69]. Тем временем существует ряд более насущных вопросов практического характера, связанных с молекулярным производством. По-настоящему большое беспокойство вызывает возможность распространения «серой слизи» и другие страхи перед самовоспроизводством; не меньшую озабоченность вызывает высокая вероятность того, что новые технологии могут попасть в руки людей с дурными намерениями. К примеру, если представить, что какой-нибудь авторитарный режим превратит технологию молекулярной сборки в оружие, это приведет к формированию такого миропорядка, который трудно назвать утопией. Дрекслер предупреждает, что, если даже США практически полностью отказались от целенаправленной работы по научному изучению молекулярного производства, это вовсе не означает, что другие страны не занимаются такими исследованиями. Инвестиции США, Европы и Китая в нанотехнологии приблизительно сопоставимы, но при этом направления исследований могут быть совершенно разными{322}. Как и в случае с искусственным интеллектом, конкуренция в области нанотехнологий может привести к очередной безумной гонке «вооружений», а преждевременная капитуляция перед проблемой молекулярной сборки, по сути, означает одностороннее разоружение.

В этой главе я достаточно сильно отклонился от более актуальных и насущных тем, о которых шла речь до того. Надежда на появление по-настоящему думающих машин и применимых на практике нанотехнологий — и в особенности на приближение сингулярности — носит, мягко говоря, весьма призрачный характер. Может оказаться, что ничто из этого вообще не может быть реализовано, а если и может, то только через многие столетия. Однако, если случится прорыв в одной из этих технологий, это неизбежно приведет к колоссальному ускорению темпов автоматизации и радикальной ломке экономики, последствия которой предсказать невозможно.

Также реализация этих футуристических технологий в определенной мере сопряжена с одним любопытным парадоксом. Для создания как искусственного интеллекта, так и молекулярного производства потребуются громадные инвестиции в научные исследования и разработку. Однако задолго до того, как появится возможность для практического применения столь сложных технологий, повсеместное внедрение более узкоспециализированных форм искусственного интеллекта и робототехники может поставить под вопрос существование множества рабочих мест, занимаемых людьми самой разной квалификации. Как мы видели в предшествующей главе, это вполне может подорвать рыночный спрос, а вместе с ним — и стимулы для дальнейшего инвестирования в инновации. Другими словами, научные исследования, без которых технологии эпохи сингулярности просто не смогут появиться, не будут профинансированы, а научно-технический прогресс, по сути дела, начнет тормозить сам себя.

Ни одна из описанных в этой главе технологий не добавляет убедительности моим исходным аргументам; скорее, их можно рассматривать в качестве вероятного — и очень мощного — фактора многократного ускорения и без того набирающей обороты под влиянием технологий тенденции к росту неравенства и безработицы. В следующей главе мы рассмотрим ряд мер политического характера, которые могут способствовать нейтрализации этой тенденции.