13.10.2011   Конвергенция наук и технологий и формирование новой ноосферы

Общий кризис цивилизации с вступлением человечества в период постиндустриального развития, в частности, с появлением «молодых» промышленных гигантов, таких как Индия и Китай, перешел в новую фазу. Очевидная конечность и исчерпаемость ресурсов нашей цивилизации стала перспективой ближайшего будущего. Сегодня стоит вопрос, а возможно ли вообще преодоление этого кризиса и, в конечном счете, выживание человечества?

Эта проблема обсуждается учеными уже давно. По-видимому, впервые серьезное исследование глобальных проблем развития цивилизации, базирующееся на численном моделировании динамики мировой системы, было предпринято в конце 1960–1970-х годах в работах Римского клуба, в частности в книге Д. Форрестера, а также в ряде материалов советских ученых. Уже в первых публикациях был сделан вывод о том, что менее чем за столетие человечество дойдет до ресурсного коллапса. Так, исследования Римского клуба показали, что кризис цивилизации охватил все ее составляющие, проявляясь как ресурсный (экологический), социальный, политический, финансовый и т.д., т.е. носит системный характер, поэтому он не может быть разрешен в рамках существующей парадигмы развития человеческой цивилизации. Однако, несмотря на несомненную важность таких выводов, не было предложено конкретных путей выхода из тупика, и вопрос «Что делать?» остается открытым и сегодня (рис. 1).

Окружающий нас мир един и гармоничен. Природа, биосфера существует миллионы лет как самодостаточная, саморегулирующаяся система, в рамках которой осуществляется естественный круговорот энергии и веществ на Земле. Бесспорно, что развитие человеком техносферы стало двигателем научно-технического прогресса, но при этом изначально были заложены глубокие противоречия между природой и техносферой. Человечество в своем развитии на протяжении веков стремилось повышать производительность труда и объем производимой продукции, не заботясь о том, какова цена этого роста, то есть парадигма развития нашей цивилизации с момента ее зарождения состояла в том, чтобы взять у природы максимум «любой ценой».

Со временем формировалась все более ресурсозатратная и разрушающая природную среду индустриальная сфера, увеличивался разрыв между жизнью природы и хозяйственной деятельностью человека. Достаточно сказать, что, по оценкам специалистов, в результате технологической деятельности человечества ежегодно теряется 5–6 млрд тонн живого вещества на планете. В течение всей человеческой истории на сжигание добытой нефти, каменного угля, газа и т.д. было израсходовано около 224·10 12 кг кислорода, а за последние 50 лет – примерно 226·10 12 кг кислорода, т.е. практически, столько же, сколько за весь антропогенный период (рис. 2).

К середине ХХ века лицо цивилизации изменилось кардинально, влияние человека на окружающий мир (биосферу) набрало  критическую массу, и сегодня созданная человечеством техносфера стала, по сути, детонатором его же гибели.

Важно отметить, что формировавшееся веками противостояние биосферы и техносферы оказало чрезвычайно существенное обратное влияние на человеческое сознание, в котором технологии и природная среда оказались разорванными, то есть антагонизм закрепился на ментальном уровне. Можно констатировать, что сегодня созданная человечеством технологическая сфера вступила в антагонистическое противоречие с природой.

Таким образом, с одной стороны, подтвердилась мысль В.И. Вернадского, что разум социального человека, воплощенный в его труде, становится новой мощной геологической силой, а с другой – оказалось пророческим его предупреждение о том, что «В геологической истории биосферы перед человечеством открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и труд на самоистребление».

Неспособность человечества осознать свою новую роль в мире, переосмыслить свои новые обязанности и новую ответственность в конечном итоге привела к системному кризису, охватившему цивилизацию.

Как показывает опыт второй половины ХХ века, такие антагонистические противоречия не могут быть разрешены в рамках традиционной парадигмы развития путем трансформации, пусть даже и радикальной, тех или иных компонентов мировой технологической системы. Необходима принципиальная перестройка всего технологического базиса в неразрывной связи его научной, производственной, социально-политической и гуманитарной составляющих.

В общем виде эту проблему уже в первые десятилетия ХХ века сформулировал В.И. Вернадский и ряд его последователей. Исследуя эволюцию биосферы Земли, В.И. Вернадский выделил две принципиально различные фазы этого процесса: первая – стихийное развитие, которое имело место до появления Homo sapiens, а вторая – уже с участием человека как органического элемента биосферы.

При этом важнейшее значение имеет степень влияния человека на эволюцию биосферы. Малосущественное на протяжении основной части истории человечества, это влияние заметно возросло с возникновением и развитием индустриального общества и приобрело определяющее значение в последние 50–100 лет. В этой связи В.И. Вернадским было введено понятие ноосферы как сферы, где разумная деятельность человека становится определяющим фактором развития. В работе «Размышления натуралиста. Научная мысль как планетное явление» он указывал, что «биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние – в ноосферу – перерабатывается научной мыслью социального человека» (рис. 3).

Сегодня преодоление системного кризиса цивилизации, по сути, выживание человечества, возможно лишь через формирование новой ноосферы, где техносфера должна стать органической частью природы (биосферы).

Как это можно осуществить? Для ответа на этот вопрос вспомним, как развивалась производственная деятельность человека.

На первых этапах Homo sapiens воспринимал и познавал мир, природу как единое целое – непонятое и обожествленное. Сопровождавшая познание «производственная» деятельность человека разумного в этот период также носила естественный, «природный», характер (например, охота, собирательство). По мере накопления знаний, усложнения задач познания человек стал искусственно расчленять единую, целостную и потому чрезвычайно сложную природную систему на более простые, доступные для анализа сегменты. Так появились физика, химия, биология, геология и другие отрасли наук. Они, в свою очередь, делились на еще более узкоспециальные направления и т.д.

Узкоспециализированная наука породила отраслевые технологии и предопределила отраслевую форму организации промышленности. Причем именно отраслевой, специальный характер технологий, лежащих в основе современного производства, является первопричиной антагонизма, возникшего между антропогенной техносферой и природной средой. И появление в последние десятилетия прошлого века межотраслевых технологий здесь ничего принципиально не меняет, так как они обеспечивают лишь финальные стадии производства сверхсложных технических систем (комплексирование, интеграцию их компонентов).

Действительно, несколько схематизируя ситуацию, можно сказать, что отраслевые технологии – это модели тех или иных отдельно взятых природных процессов, вычлененных из единой, целостной природной системы и воспроизведенных в искусственных условиях с целью получения определенных продуктов. Очевидно, что при этом воспроизводятся только те составляющие природных процессов, которые непосредственно необходимы для получения требуемого продукта. Другие же их компоненты, обеспечивающие взаимные связи, взаимодействие природных явлений и тем самым сбалансированность, гармоничность природной системы в целом, игнорируются.

Так возникают и начинают взаимодействовать с биосферой техногенные механизмы, нарушающие экологическое равновесие и оказывающие разрушительное воздействие на природную среду. По мере развития производства это воздействие усиливается, и последствия его приобретают в конечном счете угрожающие масштабы. Это с полной очевидностью подтверждается опытом последних ста лет истории человечества.

Существующая сегодня, построенная на отраслевом принципе техносфера объективно не может быть гармонизирована с биосферой, превращена в органическую часть природы.

Это объясняет, в частности, безуспешность попыток решения глобальных экологических проблем цивилизации. Предлагаемые технологические решения являются частными и дают лишь локальный эффект, не изменяя ситуации в целом.

Приведем пример, поясняющий сказанное. Общеизвестно, что энергетические потребности биосферы практически полностью удовлетворяются за счет солнечной энергии, преобразовываемой в процессе фотосинтеза. Человечество, в стремлении повторить эти процессы искусственно, уже десятки лет занимается солнечной энергетикой – мы моделируем природный процесс переработки солнечной энергии, где вместо недоступной пока для воспроизведения сложной биоорганической структуры зеленого листа используем модельную полупроводниковую структуру (рис. 4).

Живая природа сама по себе – очень «экономный» пользователь энергии, она правильно самоорганизована, и ей с лихвой хватает «маломощной энергетики» фотосинтеза. В современной жизни мы используем машины и механизмы, потребляющие колоссальное количество энергии. Для их энергоснабжения в принципе не может хватить возможностей экономичных, «природоподобных» энерготехнологий. В этой области достигнуты определенные успехи, однако солнечная энергетика за это время не смогла занять существенное место в глобальном энергетическом балансе: сегодня использование солнечной энергии обеспечивает менее 1 % всей мировой коммерческой энергии.

В чем причина? Она – в одностороннем подходе к проблеме, типичном для «отраслевого» мышления. Скопировав в солнечной энергетике природные процессы генерации, человечество пытается за их счет удовлетворить энергетические потребности традиционной энергозатратной индустриальной сферы, практически ничего в ней не изменяя. Совершенно очевидно, что, радикально трансформируя технологии генерации энергии, необходимо одновременно столь же революционно трансформировать технологии ее использования, максимально приближая их к природным, – и эти изменения должны касаться всех элементов производственной сферы. Перед человечеством стоит сложная и амбициозная задача – создание принципиально новых технологий и систем использования энергии, то есть замена сегодняшнего конечного энергопотребителя системами, воспроизводящими объекты живой природы (рис. 5).

Сказанное приводит к следующему важному заключению: для создания новой ноосферы, где техносфера станет органической частью природы, необходимо прежде всего отказаться от отраслевого подхода к формированию науки и технологий и перейти к парадигме конвергенции наук и построению на этой базе принципиально новых конвергентных технологий. Главной отличительной чертой таких технологий должна быть их максимальная близость к природным процессам в их единстве и взаимосвязи.

Бесспорно, что самое сложное создание природы, уникальное во всех смыслах, – это человек: самоорганизованная система, в которой нет по отдельности ни физики, ни химии, ни биологии, ни математики, но есть все эти компоненты, которые взаимодополняют друг друга. Развивая науки и технологии, человечество копировало живые системы, их принципы, механизмы действия. Сегодня научный прогресс достиг такого технологического уровня, когда стало возможным не просто копировать, а создавать природоподобные системы путем конвергенции наук и технологий.

О каких науках и технологиях идет речь? Прежде всего это – нанотехнологии как новая технологическая культура, основанная на возможности прямого манипулирования атомами и молекулами с целью получения принципиально новых веществ, материалов, структур и систем, имеющих наперед заданные свойства. В этом качестве нанотехнологии представляют собой надотраслевую область исследований и технологий, интегрирующую специальные естественнонаучные дисциплины в новое естествознание XXI века. В качестве единого материального базиса нанотехнологии возвращают человека к восприятию мира как единого целого и, что особенно важно, дают ему возможность воспроизводить этот мир, пользуясь теми же «технологическими приемами», что и сама природа.

Используя эту возможность для создания новой, гармонизированной с природной средой техносферы, человечество, по существу, встает перед необходимостью воспроизведения объектов и явлений живой природы в объектах техники и технологических процессах. Это, в свою очередь, невозможно без взаимодополняющего сочетания нанотехнологических подходов с достижениями молекулярной биологии, биоинженерии, генной инженерии и т.д. Такой междисциплинарный симбиоз становится базой для развития нового класса технологий – нанобиотехнологий.

Однако нанобиотехнологии, обеспечивая возможность искусственного воспроизведения и даже создания принципиально новых биоорганических материалов, не позволяют исследовать и воспроизводить многообразные информационные связи, процессы передачи и преобразования информации в объектах и явлениях живой природы, особенно на высших уровнях ее структурной организации. Для решения этой проблемы необходима конвергенция, слияние нанобиотехнологий и информационных технологий с их «наддисциплинарной» сущностью и методологией.

Очевидно, что, двигаясь по пути синтеза «природоподобных» систем и процессов, человечество рано или поздно подойдет к созданию антропоморфных технических систем. Такие системы, в отличие от менее высокоорганизованных «копий живого», должны обладать как минимум элементами сознания, способностью реализовывать познавательные функции. Решение этих задач возможно только на базе объединения методологии нано-, био-, информационных технологий с подходами и методами когнитивных наук и технологий, изучающих и моделирующих сознание человека, его познавательную деятельность.

Таким образом, конвергентные, нано-, био-, инфо-, когнитивные науки и технологии – НБИК-технологии открывают возможность адекватного воспроизведения систем и процессов живой природы. Это делает их практическим инструментом формирования новой техносферы как органической части природы.

Однако, для того чтобы разумно и эффективно пользоваться этим инструментом, создавая новую ноосферу, о которой говорил В.И. Вернадский, необходима радикальная трансформация сознания самого человека как социального существа. Такая трансформация может быть осуществлена путем соединения возможностей НБИК-технологий с достижениями социально-гуманитарных наук и технологий.

Это означает, что пространство конвергентных технологий должно приобрести еще одно измерение – социально-гуманитарное, превращаясь в конвергентные нано-, био-, инфо-, когно-, социально-гуманитарные технологии – НБИКС-технологии (рис. 6).

Процесс практического формирования конвергентных наук и технологий уже идет в России. Он начался с создания в Национальном исследовательском центре «Курчатовский институт» центра конвергентных технологий – Курчатовского НБИК-центра, который на сегодня не имеет аналогов в мире. Его уникальная исследовательская технологическая база включает, в частности, источники синхротронного излучения и нейтронов, самое современное оборудование для электронной и зондовой микроскопии, белковой кристаллографии, протеомики, геномных исследований, нейронаук и когнитивных исследований, нанотехнологический комплекс, мощный суперкомпьютерный вычислительный комплекс с центром обработки данных и др.

В Курчатовском НБИК-центре уже развиваются исследования и разработки по широкому спектру проблем конвергентных наук и технологий: от кристаллизации, в том числе в космосе, белков и расшифровки структуры белка с использованием синхротронного излучения до создания гибридных материалов и устройств, включая гибридные сенсоры, и исследования философских, социологических и культурологических проблем развития техносферы.

Важнейшей проблемой развития конвергентных технологий является подготовка кадров для этой новой междисциплинарной области. Такая подготовка осуществляется на единственном в мире факультете НБИК-технологий, созданном в Московском физико-техническом институте (университете). Таким образом, уже сейчас НБИКС-технологии становятся реальным фактором развития.

Сегодня человечество находится в точке бифуркации. Перед ним – два пути. Первый, о котором мы уже говорили, состоит в консервации традиционной парадигмы развития и сохранении существующей техносферы. В совсем недалеком конце этого пути человечество ждет коллапс, и для элементарного выживания необходимо будет вернуться к примитивному существованию, связанному с земледелием, скотоводством, гужевым транспортом и т.д. К тому же это будет сопровождаться беспощадной борьбой за иссякающие ресурсы, гонкой вооружений, войнами.

Второй путь связан с появлением и развитием конвергентных НБИКС-технологий для создания новой, гармоничной ноосферы, где три ее составляющие: биосфера, техносфера и общество – будут не конфликтовать, а дополнять друг друга, будут взаимосвязаны, конвергентны. Выбирая этот путь, человечество получает уникальную возможность не только сохранить цивилизацию в ближней исторической перспективе, но и уравнять время ее существования со временем геологического существовании Земли, а быть может, продлить его за этот рубеж, распространяя цивилизацию за пределы нашей планеты (рис. 7).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера // Предисловие Р.К. Баландина. М.: Айрис-пресс. 2004.
2. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Научная мысль как планетное явление. М.: Наука. 1972.
3. Форрестер Д. Мировая динамика: Пер. с англ. // Д. Форрестер – М.: ООО «Издательство АСТ; СПб.: Terra Fantastica. 2003.
4. Вайцзеккер Э., Ловинс Э., Ловинс Л. Фактор четыре. Затрат – половина, отдача – двойная. Новый доклад Римскому клубу. М.: Academia. 2000.
5. Club of Rome Programme on «A New Path for World Development» http://www.clubofrome.org
6. Ковальчук М.В. «Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика». Вестник Российской академии наук. № 73 (5). 2003.
7. Ковальчук М.В. Идеология нанотехнологий // М.В. Ковальчук – М.: ИКЦ «Академкнига». 2010.
8. Ковальчук М.В. // Конвергенция наук и технологий – прорыв в будущее. Российские нанотехнологии. Т. 6. № 1–2. 2011.
9. Ковальчук М.В. // От синтеза в науке – к конвергенции в образовании. Образовательная политика. 2010. № 11–12 (49–50). С. 4–9.

М.В. Ковальчук (Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН), 
О.С. Нарайкин (Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Институт кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН), 
Е.Б. Яцишина (Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»)