Это Приложение также целиком относится к курсу-2 («зеленому»). Оно описывает структуру некоторых схематизированных технологических пакетов.
Алгоритм создания технологического пакета
Этот текст представляет собой формальный алгоритм, использование которого позволит Вам самостоятельно научиться собирать и пересобирать технологические пакеты, обнаруживать дефициентности, разрывы, парадоксы, неоднозначности и, тем самым, делать выводы об эволюции данного пакета, то есть, о появлении новых технологий и технологических связей, а, следовательно, новых институциональных решений и социальных практик.
Данная задача, разумеется, представляет особый интерес, когда мы пытаемся собрать новый технологический пакет, не имеющий истории. Как правило, корректно определить функции такого пакета с первого раза не удается. Зачастую, возникают проблемы даже с неформальными определениями: о чем это мы?
Сначала вспомним ключевые понятия и обозначения и зафиксируем их:
Технологический пакет — генетически и функционально связанная совокупность технологий, обладающая системными свойствами. Технологический пакет реализует одну из социально-значимых потребностей, возможностей или мифологем. Технологический пакет является социально значимой реализацией информационного пакета (знания). Технологический пакет формирует возможность реализации группы технологических решений.
Базовая технология — технология, делающая пакет технологически возможным. Иначе: технология, лежащая в основе пакета. Иначе: технология, развитие которой привело к формированию пакета.
Базовая онтологема — теоретическая идея или идеологема, лежащая в основе пакета. Иначе: идея, лежащая в основе в основе представлений о пакете.
Замыкающая технология — физическая или гуманитарная технология, достраивающая набор слабо связанных между собой технологий до системно организованного пакета.
Базовая инфраструктура — инфраструктура, критически важная для развития общества на данной фазе развития; является предельной формой реализации технологического пакета.
Базовые институты — институциональные решения, лежащие в основе и технологического пакета.
Технологический пакет включает в себя следующие функциональные элементы:
• Технологии;
• Связи между технологиями (функциональные, генетические, структурные, логические);
• Базовую научную дисциплину или совокупность таких дисциплин;
• Базовую инфраструктуру;
• Базовую институциональную форму;
• Присоединенное семантическое пространство.
1. Первым шагом в построении нового технологического пакета является интуитивное неформальное определение: например, нанотехнологии — технологии работы с малыми объектами.
Далее возможны такты формализации:
Что такое «малые объекты»? Это — очень неопределенно. «Малые» по сравнению с чем? Большие по сравнению с чем?
Большие по сравнению с атомами и молекулами, малые по сравнению с теми объектами, с которыми мы уже умеем работать (микроны). То есть, объекты, имеющие размеры от 1 до 100 нанометров.
Имеется в виду эффективный размер (размер, приведенный к шару)?
Не обязательно. Тонкие пленки, нити нас также интересуют.
Интуитивное формализованное определение: технологии работы с объектами и системами, размеры которых хотя бы по одному измерению лежат в пределах от 1 до 100 нм.
Понятно, что для «старых» пакетов этот шаг почти всегда можно опустить
2. Второй шаг — это анализ, в том числе — формальный семантический с использованием поисковых систем Интернета, мифологем, связанных с предложенным определением (определениями).
Здесь необходимо, в частности, изучить прогностическую, фантастическую, публицистическую литературу, чтобы ответить на вопрос, сформированы ли какие-то обыденные или, во всяком случае, распространенные, востребованные социальные представления или страхи, связанные с конструированным технологическим пакетом. Не имеет значения, насколько эти представления близки к истине. Мифологемой информационных технологий, например, были «думающие машины» (роботы). Важно, что если существуют соответствующие социальные ожидания / страхи / мифы, то технологии могут рассчитывать на ресурс общественного внимания.
На этом этапе желательно предварительно установить, порождает ли конструируемый пакет собственную сценарную онтологию — рисует ли он свое собственное будущее.
Например, ТП «Информационные Технологии» нашел свою онтологию в произведениях жанра «киберпанк».
Если онтология уже есть, ее трудно не заметить. Гораздо сложнее ответить на вопрос, есть ли у технологического пакета потенциал породить онтологию в сколько-нибудь обозримым будущем? Вообще говоря, вопрос об онтологическом потенциале пакета может быть предварительно решен с помощью метода Дельфи — здесь опрос уместен.
Весьма интересна ситуация, когда один пакет порождает две или более онтологических картины. Здесь возможны несколько версий «упаковки» технологического пакета, то есть, мы сталкиваемся со сценарной развилкой.
Например, информационные технологии порождают два конкурирующих мифа — о виртуальной реальности (вселенная Гибсона) и о машинной цивилизации (вселенная Чапека — Азимова).
3. Третий шаг. На основании найденных мифологем и здравого смысла ответить на следующие вопросы:
Какие социально значимые потребности может реализовать данный технологический пакет?
Какие возможности для развития иных технологий он может предоставить?
Какие социально значимые мифо— или онтологемы этот пакет может реализовать?
Ответом на какие современные значимые вызовы и угрозы этот пакет может являться.
На этом этапе практическая реализуемость не имеет значения. Мы оцениваем человеческие ожидания, определяющие информационный (и инвестиционный:-)) потенциал, а не реальность.
4. Четвертый шаг. Ответить на вопрос:
Предполагают ли мировые элиты, что этот пакет может быть ответом на те или иные современные вызовы / угрозы / проблемы? Это — сугубо формальный вопрос, на него должен быть найден формальный отвеет в политических (концептуальных) документах и решениях национального или международного уровня, в институциональных решениях, в самом крайнем случае — в значимых выступлениях.
Здесь, опять-таки, не имеет никакого значения, так ли это на самом деле.
На основании шагов 3 и 4 мы, как правило, можем сформулировать цели реализации технологического пакета — зачем он? Что он делает?
5. Пятым шагом является обоснованное предположение о возможных конечных продуктовых технологиях данного пакета в связи с целями его реализации. Для полноты, здесь можно использовать любой стандартный системный оператор (например: система сред / система деятельностей).
Результатом этого этапа работы (шаги 1–5) является идентификация пакета, прояснение онтологии и мифологии пакета, понимание востребованности пакета.
6. Шестым шагом является построение технологической плоскости:
7. Седьмой шаг. Ответить на вопрос, что в идеале необходимо знать и уметь, чтобы реализовать интенцию, заложенную в интуитивном определении. Например: для работы с нанообъектами необходимо (1) иметь инструменты, позволяющие их измерять и позиционировать и (2) иметь инструменты, позволяющие их конструировать (в соответствии с системным оператором: собирать, разбирать, манипулировать).
Изучить, насколько эти знания существуют, а умения реализованы на практике — опять-таки, совершено достаточно открытых Интернет-источников.
Если обнаружено несколько соответствующих знаний или технологий, необходимо проследить их генетические и функциональные связи.
8. Восьмой шаг. Проанализировать список открытых исследований, соответствующих предложенному интуитивному определению: ФЦП, гранты и т. д. Совершенно достаточно открытого списка, присутствующего в Интернете и семантического анализа.
Этот список необходимо структурировать в логике технологической плоскости, как правило, через конечные продуктовые технологии, либо, в логике потребностей седьмого шага.
9. Девятый шаг. Расширяем этот список, добавляя к нему технологии, которые связаны с рассмотренными на шагах 7 и 8 хотя бы семантически. По определению, ТП должен быть представлен в семантическом пространстве, как связная выпуклая область.
10. Десятый шаг. Знания, технологии, институты, если найдены, инфраструктуры если найдены, нужно представить в виде набора карт с определенными свойствами. Эти карты нужно разместить на технологической плоскости.
Результатом этого этапа (шаги 6 — 10) является технологическая плоскость, на которой в произвольном порядке размещены знаниевые, инфраструктурные, институциональные, технологические карты.
11. Одиннадцатый шаг. Выделить генетические связи между картами с одновременным достраиванием пропущенных (забытых) карт.
При построении связей между картами, карты перемещаются: чем сильнее они связаны, тем ближе располагаются на технологической плоскости.
На этом этапе формируется информационный пакет, социально значимой реализацией которого является собираемый технологический пакет. Понятно, что в информационный пакет должны входить уже полученные знания, только в редких интуитивно понятных случаях здесь могут появиться «пустые карты», символизирующие необходимое, но отсутствующее знание. Если такая карта вставлена, необходимо формально ответить на вопросы:
Зачем это знание нужно?
Почему оно до сих пор не создано? Что требуется для его создания?
12. Двенадцатый шаг. Выделить функциональные, логические и административные связи между картами. На этом этапе формируется ядро технологического пакета, и намечаются субпакет. При этом, как правило, во-первых, возникает много «забытых карт», даже целые субпакет, а во-вторых, появляется значительное количество «пустых карт»: логически, функционально или административно исходя из целевой или мифологемой рамки, или в логике реализации информационного пакета должна быть такая технология, но ее нет.
На этой стадии правильно проведенная игра или собеседование может принести пользу в виде дополнительных значимых «забытых карт» и, в редких случаях, некоторых «пустых карт».
С помощью «пустых карт» достраиваются конечные продуктовые пакеты и, возможно, модифицируется ядро.
13. Тринадцатый шаг. Проверяется инфраструктурное и институциональное наполнение пакета. При необходимости следует построить гипотезу о необходимых институтах и инфраструктурах и оформить соответствующие «пустые карты», включив их в систему функциональных связей. Здесь может быть применен метод форсайтного опроса, хотя необходимости в этом нет.
14. Четырнадцатый шаг. Исходя из полученных результатов, прежде всего, из структуры информационного пакета, затем — из структуры конечных продуктовых пакетов, затем — из структуры ядра, уточняется и превращается в физическое интуитивное определение первого шага. Например, оказывается, что нанотехнологии — это работа с объектами и системами, для которых значимы квантово-механические ограничения. При этом выясняется, что размер объекта может и не играть первостепенной роли. Так, нанотехнологии могут работать с квантовыми макрообъектами, хотя, конечно, с квантовыми нанообъектами они также будут работать .
15. Пятнадцатый шаг. Вернуться назад и повторить шаги 2 — 14 в связи с уточнением базового определения. Как правило, на этом шаге не происходит существенных изменений, но возникают некоторые значимые дополнения.
Результатом этого этапа (шаги 11–15) является уточнение идентификации пакета и построение его базовой схемы.
16. Шестнадцатый шаг. Изучаются онтологические, генетические, функциональные и структурные противоречия, между объектами, представленными на технологической плоскости. Изучаются также все парадоксы, связанные с информационным пакетом, реализацией которого является технологический пакет.
Вообще говоря, нужно иметь в виду, что любое противоречие может привести к дроблению пакета либо — к созданию сшивающей технологии, снимающей противоречие. Причем, при онтологическом противоречии такая технология может быть создана только проектно.
Любой парадокс, семантически связанный с пакетом, указывает на сценарную возможность реструктуризации пакета.
17. Семнадцатый шаг. Изучается фазовая структура технологического пакета. Создается сценарная гипотеза о поведении элементов пакета при постиндустриальных преобразованиях, анализируется его возможное место в индустриальном, постиндустриальном (переходном), когнитивном мире.
18. Восемнадцатый шаг. На основании предыдущего шага прописываются функциональные и административные отношения построенного технологического пакета с другими значимыми.
На этом этапе (шаги 16–18) возникает динамическая схема технологического пакета.
19. Девятнадцатый шаг. Работа уже закончена.
Формально уточняются следующие моменты:
• Базовая технология пакета
• Базовая онтологема
• Замыкающая технология
• Базовая инфраструктура
• Базовые институты и институции
20. Двадцатый шаг. Выстраивается итоговая интегральная карта (в логике «Цивилизации» С.Мейера): данный технологический пакет непосредственно опирается на знания 1…N и технологии 1…M, он дает возможности 1…K.
На этом этапе (шаги 19–20) технологический пакет формализуется.
21. Двадцать первый шаг. Создается внятное описание технологического пакета, включающее статическую схему, схему развития, схему межпакетных связей.
Некоторые примеры структур технологических пакетов
Навигация
Концепция технологического пакета была впервые отработана на примере ТП «Навигация». Исторически, этот пакет создавался очень долго: первые его элементы появились где-то на грани палео— и мезолита, структура оформилась в Новое Время, а последние штрихи были нанесены в середине ХХ столетия.
Формально «Навигация» входит составной частью в индустриальный пакет «Транспорт». Его содержанием является привязка движения корабля, человека, торгового каравана, армии к реальной географии Земного шара. ТП «Навигация» позволяет знать, где мы находимся, понимать, куда мы идем и как мы вернемся обратно.
Эта задача определяет структуру пакета: нам необходимы субпакет «Ориентация» и «Картография».
Ядро субпакета «Ориентация» исторически появилось первым. Собственно, на суше задача выглядела не слишком сложной: во всех практически значимых случаях можно было ориентироваться по приметам. Кроме того, уже в мезолите была создана достаточно разветвленная сеть дорог, которые «по построению» вели туда, куда нужно. Далее речь шла уже не о навигации, как таковой, а о развитии пакета «Транспорт», куда входили средства транспорта, поддержание дорог в приличном состоянии, соответствующие организационные и институциональные формы. Навигация, в общем и целом, сводилась к наличию представлений о том, куда ведут дороги.
Однако дороги можно было построить не везде. Проблема навигации очень остро вставала в горах, но эта задача имела минимальное практическое значение. Зато огромную роль с самого основания цивилизации играло море, где ориентиров, в общем, не было. Не намного лучше дело обстояло с «сухопутными морями» — пустынями, Великой Степью.
Первоначально корабли ориентировались по берегу: по направлению и по расстоянию, которое измерялась в днях пути. Очень скоро люди научились определять направление не только по береговым приметам, но также и по Солнцу. Вслед за этим началось изучение звездного неба: оно было картировано, разбито на созвездия и соотнесено со сторонами света. Звездная и солнечная навигация оторвала корабли от берега, а караваны — от привычных ориентиров.
Появился лаг, позволяющий определять скорость корабля, и техника счисления пути. На суше эта проблема стояла менее остро, тем более что характерные скорости человека и лошади, так или иначе, были известны.
В итоге возник довольно примитивный пакет, включающий известные способы ориентации и очень примитивные абрисы местности или береговых линий. Это пакет позволял худо-бедно ориентироваться в пространстве, но не давал возможности точно определить свое местоположение и проложить путь.
По мере роста размеров и скорости кораблей начала все более явно ощущаться потребность в точной навигации. Это потребовало огромной интеллектуальной работы: создания информационного пакета «Картография». Он базировался на астрономии, которая исторически быстро пришла к выводу о шарообразности земли, и геометрии, позволяющей графически измерять Землю. Однако геометрия Эвклида была разработана для плоскости. Потребовалось разработать сферическую астрономию, а затем и проекционную геометрию, позволяющую различными способами «упаковать» сферу на плоскости. Заметим здесь, что, вопреки распространенному мнению на этот счет, глобус никогда не имел отношения к ТП «Навигация» и всегда был только детской игрушкой и учебным пособием. Просто, ни на корабль, ни в повозку нельзя взять глобус таких размеров, чтобы имело смысл пользоваться им для точного счисления пути.
Создание проекционной геометрии вкупе со знаниями, накопленными примитивными картами, позволила превратить субпакет «Ориентация» в пакет «Картография»:
Желтый фон здесь и далее обозначает информационную составляющую технологического пакета, информационный пакет или научную дисциплину, сиреневый фон — значимую онтологему или мифологему.
На этой схеме карты и лоции еще не связаны с географическими координатами, поскольку эти координаты еще надо было научиться измерять. В принципе, без этого можно было обойтись, если бы можно было с абсолютной точностью двигаться по счислению. Увы, такое путешествие, обычно, заканчивалось в море на рифах, а в пустыне — потерей ориентации со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Задача определения географических координат была сформулирована еще в античности. Тогда же научились более или менее точно измерять широту. Это, кстати, потребовало в качестве информационного базиса разработать математику, перейти от нее к физике и построить механику, как основу конструирования приборов. Попутно пришлось ввести важнейшую онтологему «измерения».
Уже на границе Средних веков и Нового Времени механика развилась до аналитической механики, в результате чего астролябия превратилась в октан, а затем и в секстан. Стало удобнее. Впрочем, и астролябия задачу измерения широты решала. Как правильно заметил Остап Бендер: «Сама меряет. Было бы, чего мерять».
С долготой все обстояло значительно хуже, хотя принцип был понятен изначально. Нужно было только сравнить время текущей и исходной точки. Скажем, полдень в текущем месте нахождения корабля соответствует 14 часам 22 минутам в Гринвиче. Следовательно, корабль находится в 35 градусах 30 минутах к западу от Гринвича — где-то в середине Атлантики.
Определить местное время было несложно. Казалось бы, с «домашним временем» все еще проще — его нужно только хранить. Но вот эта задача потребовала огромных усилий. Первый в истории ясно выраженный «государственный заказ на проведение НИРов» был дан английским адмиралтейством именно на способ определения долготы, то есть, собственно, на «хранение времени».
Задача эта, как оказалось, имеет два независимых решения. Можно было изобрести механический хронометр или же использовать независимое от положения наблюдателя на поверхности Земли звездное время. Например, принять систему «Юпитер плюс Галилеевы Луны» за большие часы.
Заметим, что начали проявляться системные свойства техно логического пакета: многие элементы субпакета «Измерение долготы» присутствуют и в других субпакетах ТП «Навигация» (оранжевый шрифт). Заметим также, что возникновение представлений о точном времени потребовало институционального решения (здесь и далее — серый фон), которым в Европе сталамонастырская система.
Замыкающая технология ТП «Навигация» была создана в Китае, но не нашла там применения — в том числе, и потому что отсутствовали важнейшие субпакеты. Зато она была нужна в Европе. Компас позволял ориентироваться в тумане, в горах, в пещерах, в тропическом лесу.
Правда для кораблей, сразу же появилась необходимость в целой группе научных дисциплин и практических работ по теме «девиация компаса», ставших особенно актуальными при переходе к железному кораблестроению.
Уже в ХХ веке дальнейшее развитие прецезиозной и аналитической механики позволило создать гироскоп и на его базе — гирокомпас, что позволило в перспективе перейти к инерциальной навигации. Советский Союз, испытывающий трудности с изготовлением высокоточных приборов, неожиданно вернулся к забытым после изобретения хронометра концепциям астрономических часов и навигации по звездам и инсталлировал ракетную астрометрию, как альтернативный инерциальной навигации способ точного счисления.
Технологический пакет «Навигация» приобрел свой окончательный вид:
Субпакеты на рисунке свернуты, за исключением тех технологий, от которых прослеживаются прямые генетические или функциональные связи, подчеркнута замыкающая технология.
Уже практически на наших глазах произошло коренное переформатирование данного технологического пакета. Возникновение радиосвязи привело к появлению технологий радиопеленгации и радионавигации. Радионавигация стала технической основой институционального решения — диспетчеризации движения. Наступательные операции союзников на Тихом океане во Второй Мировой войне потребовали применения новой научной дисциплины — логистики. Впоследствии сочетание логистики с диспетчеризацией движения создало современную концепцию перевозок, но это, скорее, относится к ТП «Транспорт». А вот рождение спутниковой навигации изменило всю концепцию географического позиционирования. Появилась глобальная навигация, важный периферийный субпакет ТП «Информационные технологии». Сегодня весь «старый» пакет Навигация можно считать его информационным бэкграундом.
Авиация
Если «Навигация» создавалась тысячелетиями, и в этом отношении можно сказать, что свойства технологического пакета мы придали ей постфактум, то ТП «Авиация» появился и обрел форму в очень короткий срок.
Особенностью авиации является то, что самолет нельзя было сделать «по частям». Он должен был появиться целиком, как единая техническая система. Так и произошло: уже первые самолеты братьев Райт и Блерио включали в себя все те структурные элементы, которые образуют любой современный самолет:
Жирный шрифт с подчеркиванием обозначает базовые и замыкающие технологии, синим шрифтом указаны технологии, наличие которых было необходимо уже на первом шаге реализации пакета — для самолетов Райт и Блерио. Белый шрифт на красном поле — событие или экспериментально обнаруженное значимое явление.
ТП «Авиация» включает в себя ТП «Летательные аппараты», «Аэродром», «Коммерческая авиация» и «Военная авиация» (жирный шрифт с подчеркиванием указывает минимально необходимые технологии и технологические пакеты; пакет дан укрупнено):
Ядерная энергетика
Хотя атомная энергетика является субпакетом энергетики вообще, ее технологическая структура очень сложна и насыщена информационными, знаниевыми компонентами.
Биотехнологии
На Западе биотехнологическая революция считается продолжением «зеленой революции» и рассматривается в логике «устойчивого развития». Мы будем понимать биотех, как сумму технологий, использующих разрезание, рекомбинацию и сборку ДНК. Биотехнологии опираются на биологию, прежде всего, на генетику и теорию эволюции. Достижения биотехнологий могут быть использованы в сельском хозяйстве, медицине, природопользовании, инженерии.
В связи с развитием ТП «Биотехнологии» ожидаются значительные, коренные преобразования в сельском хозяйстве, и в настоящее время первые изменения уже начали происходить. Практически, речь должна идти о сдвиге, подобном неолитической революции: сельское хозяйство изменится настолько, что потребуется создать совершенно новую совокупность технологий. В перспективе данные технологии образуют часть конечных периферийных технологических пакетов ТП «Биотехнологии». В логике генетических и структурных связей это означает, что биотехнологии воздействуют или будут воздействовать на все элементы пакета «Сельское хозяйство».
Информационный пакет «Биология» носит по отношению к биотехнологиям управляющий характер.
В основу современных биотехнологий положены два комплекса знаний:
1. Генетика. В ее основе — клеточная теория живого, представления о строении клетки, опыты Менделя по наследственности, «ядерная» теория наследственности. Модель наследственности дала возможность перейти от стохастической к направленной селекции, что послужило основой «зеленой революции», то есть создания высокоурожайных устойчивых сортов злаковых в конце 1950-х годов. Эта пороговая технология является связующей между традиционным сельским хозяйством, комплексом знаний по генетике и теории наследственности и современным ТП «Биотехнологии». Важным следствием этой технологии является Закон о патентовании продуктов селекции растений, заложивший основу институциональных и нормативно-правовых решений, обеспечивающих развитие биологических технологий.
Важнейшим открытием в области генетики и молекулярной биологии стало открытие Д.Уотсоном и Ф. Криком строения молекулы ДНК и последующее описание механизма наследственности.
2. Теория эволюции. Принципиальное значение в развитии биотехнологий сыграл биогенетический закон Геккеля-Мюллера, согласно которому онтогенез (развитие организма) повторяет филогенез (развитие вида). Понимание этого закона позволило за счет работы с эмбриональными формами расширить технику гибридизации, перейти к направленной работе с химерами (организмами, состоящими из генетически разнородных тканей) и, в конечном счете, создать ряд техник, основанных на работе с эмбриональными стволовыми клетками.
В настоящее время завершено создание ядра ТП «Биотехнологии». Взаимосвязанными ключевыми технологиями пакета являются «Разрезание ДНК» и «Рекомбинация ДНК». Эти технологии позволяют, как модифицировать уже существующие наборы хромосом, так и конструировать произвольные геномы, не связанные генетически с каким-либо природным прототипом.
Прогресс биологии, с одной стороны, и прогресс вычислительной техники, с другой стороны, позволили расшифровать и картировать некоторые геномы.
Можно предсказать создание в течение горизонта прогнозирования базы генетических данных, включающей исчерпывающую информацию по целому ряду биологических видов. Вполне вероятно, что по мере создания такой базы будет достигнуто понимание структуры Пангенома — полной совокупности геномов земных живых организмов. Будут сделаны выводы об априори допустимых и априори недопустимых комбинациях нуклеотидов в проектируемом геноме.
Понятно, что конечной целью должна стать техно логия, позволяющая массовому конечному пользователю заниматься генетическим дизайном.
Нормативно-правовой базой такой работы является Законодательный акт по работе с рекомбинантной ДНК, в которую, конечно, будут вноситься изменения, направленные на расширение возможностей такой работы.
Институциональным решением в области биотехнологий стало создание Биотехнологической Промышленной Организации, координирующей всю коммерческую и значительную часть исследовательской деятельности, а также накапливающую биотехнологические патенты.
Вторая важнейшая «ядерная» технология ТП «Биотехнологии» связана с использованием стволовых клеток, прежде всего, эмбриональных стволовых клеток (Л.Томпсон, Д.Герхарт, 1998 г.). Во-первых, эта технология дает возможность управлять режимом работы клетки, не меняя генома, регулируя экспрессию соответствующих генов. Во-вторых, способность стволовых клеток делиться с образованием любых дифференцированных клеток открывает возможность генетической перестройки уже сформировавшегося, взрослого организма.
Технологии работы с эмбриональными стволовыми клетками позволили решить проблему клонирования млекопитающих, что создает условия для ускорения направленной селекции через «штампование» генетически эквивалентных особей. Клонирование может найти себе широкое применение и в медицине.
Особенность ТП «Биотехнологии» состоит в том, что его ядро полностью создано и в дальнейшем будет претерпевать лишь оптимизационные улучшения, а периферия далеко еще не обрела системных свойств, в связи с чем перспективы развития технологического пакета совершенно неясны.
Априори можно предположить возникновение трех взаимосвязанных субпакетов, опирающихся на технологии рекомбинации ДНК, эмбриональных стволовых клеток и клонирования, и развивающихся в интересах медицины, сельского хозяйства, природопользования и высокотехнологичного машиностроения:
1. Биоинженерия (биокатализ, биосинтез, биосенсоры, клеточные маркеры, в перспективе — живые конструкционные материалы и живые системы);
2. Управление геномом (производство ГМ-растений, ГМ-животных, ГМ-микроорганизмов, в т. ч. ГМ-антибиотиков, ГМ-ферментов, ГМ-дрожжевых культур, биопестицидов и т. д.);
1. Генетика. В ее основе — клеточная теория живого, представления о строении клетки, опыты Менделя по наследственности, «ядерная» теория наследственности. Модель наследственности дала возможность перейти от стохастической к направленной селекции, что послужило основой «зеленой революции», то есть создания высокоурожайных устойчивых сортов злаковых в конце 1950-х годов. Эта пороговая технология является связующей между традиционным сельским хозяйством, комплексом знаний по генетике и теории наследственности и современным ТП «Биотехнологии». Важным следствием этой технологии является Закон о патентовании продуктов селекции растений, заложивший основу институциональных и нормативно-правовых решений, обеспечивающих развитие биологических технологий.
Важнейшим открытием в области генетики и молекулярной биологии стало открытие Д.Уотсоном и Ф.Криком строения молекулы ДНК и последующее описание механизма наследственности.
2. Теория эволюции. Принципиальное значение в развитии биотехнологий сыграл биогенетический закон Геккеля-Мюллера, согласно которому онтогенез (развитие организма) повторяет филогенез (развитие вида). Понимание этого закона позволило за счет работы с эмбриональными формами расширить технику гибридизации, перейти к направленной работе с химерами (организмами, состоящими из генетически разнородных тканей) и, в конечном счете, создать ряд техник, основанных на работе с эмбриональными стволовыми клетками.
В настоящее время завершено создание ядра ТП «Биотехнологии». Взаимосвязанными ключевыми технологиями пакета являются «Разрезание ДНК» и «Рекомбинация ДНК». Эти технологии позволяют, как модифицировать уже существующие наборы хромосом, так и конструировать произвольные геномы, не связанные генетически с каким-либо природным прототипом.
Прогресс биологии, с одной стороны, и прогресс вычислительной техники, с другой стороны, позволили расшифровать и картировать некоторые геномы.
Можно предсказать создание в течение горизонта прогнозирования базы генетических данных, включающей исчерпывающую информацию по целому ряду биологических видов. Вполне вероятно, что по мере создания такой базы будет достигнуто понимание структуры Пангенома — полной совокупности геномов земных живых организмов. Будут сделаны выводы об априори допустимых и априори недопустимых комбинациях нуклеотидов в проектируемом геноме.
Понятно, что конечной целью должна стать технология, позволяющая массовому конечному пользователю заниматься генетическим дизайном. Нормативно-правовой базой такой работы является Законодательный акт по работе с рекомбинантной ДНК, в которую, конечно, будут вноситься изменения, направленные на расширение возможностей такой работы.
Институциональным решением в области биотехнологий стало создание Биотехнологической Промышленной Организации, координирующей всю коммерческую и значительную часть исследовательской деятельности, а также накапливающую биотехнологические патенты.
Вторая важнейшая «ядерная» технология ТП «Биотехнологии» связана с использованием стволовых клеток, прежде всего, эмбриональных стволовых клеток (Л.Томпсон, Д.Герхарт, 1998 г.). Во-первых, эта технология дает возможность управлять режимом работы клетки, не меняя генома, регулируя экспрессию соответствующих генов. Во-вторых, способность стволовых клеток делиться с образованием любых дифференцированных клеток открывает возможность генетической перестройки уже сформировавшегося, взрослого организма.
Технологии работы с эмбриональными стволовыми клетками позволили решить проблему клонирования млекопитающих, что создает условия для ускорения направленной селекции через «штампование» генетически эквивалентных особей. Клонирование может найти себе широкое применение и в медицине.
Особенность ТП «Биотехнологии» состоит в том, что его ядро полностью создано и в дальнейшем будет претерпевать лишь оптимизационные улучшения, а периферия далеко еще не обрела системных свойств, в связи с чем перспективы развития технологического пакета совершенно неясны.
Априори можно предположить возникновение трех взаимосвязанных субпакетов, опирающихся на технологии рекомбинации ДНК, эмбриональных стволовых клеток и клонирования, и развивающихся в интересах медицины, сельского хозяйства, природопользования и высокотехнологичного машиностроения:
1. Биоинженерия (биокатализ, биосинтез, биосенсоры, клеточные маркеры, в перспективе — живые конструкционные материалы и живые системы);
2. Управление геномом (производство ГМ-растений, ГМ-животных, ГМ-микроорганизмов, в т. ч. ГМ-антибиотиков, ГМ-ферментов, ГМ-дрожжевых культур, биопестицидов и т. д.);
3. Искусственные экосистемы (производство вымерших организмов, создание принципиально новых биологических видов, создание экосистем).
Развитие этих направлений носит сценарнозависимый характер.
Магистральным направлением развития биотехнологий является достройка субпакета «управление геномом». На этом пути лежат огромные трудности, колоссальные возможности и предельные риски, в том числе — социальные.
Существенно, что исследования в области стволовых клеток, по-видимому, позволят произвести генетические усовершенствования взрослых людей.
Нанотехнологии
В настоящее время нанотехнологии, в общепринятом смысле этого слова, представляют собой, скорее, не технологический пакет, а граду — совокупность технологий различного содержания и происхождения, работающих с информацией и материей и достигших приблизительно одинакового уровня организации.
Нанотехнологии, обычно, понимают, как технологии, оперирующие размерами менее 100 нм, хотя бы в одной измерении. И тогда мы можем говорить нанопленках; нанонитях, нанотрубках, нановолокнах; наночастицах, нанопорошках; наномеханизмах; наноустройствах (наноэлектроника).
Для работы на расстояниях порядка десятков-сотен нанометров используются технологии различного происхождения и назначения, работающие на совершенно различных принципах. Прежде всего, это атомно-силовой зондовый микроскоп, посредством которого удается измерять межатомные расстояния и перемещать отдельные атомы. Затем — физические технологии взрыва проводников и плазменного синтеза, химические по своему происхождению технологии восстановления тонких пленок и молекулярного наслаивания, смешанная технология ионного наслаивания. Весьма распространена технология микролитографии, имеющая «инженерное» происхождение, практически, это «продвинутая» технология изготовления печатных плат. В микролитографии, плазменном синтезе и взрывах проводников в качестве источников энергии могут применяться мощные коротковолновые лазеры.
Понятно, что столь разнородные технологии применяются для решения разнородных задач, и объединяет эти технологии лишь способность воздействовать на материю на субмолекулярном уровне. Заметим здесь, что характерные расстояния и энергии могут отличаться для различных нанотехнологий в сотни — тысячи раз.
На наш взгляд, размерные ограничения фиксируют лишь формальные сторону дела. Нанотехнологии используют квантовомеханические эффекты. В этом их главное отличие от любых других технологий.
Можно рассматривать нанотехнологии как результат взаимодействия квантовой механики и обычных индустриальных технологий — металлургических, химических, электротехнических и электронных, машиностроительных и т. п.
Информационная структура ТП «Нанотехнологии»
Информационная составляющая нанотехнологического пакета еще более обширна и значима, нежели в случае биологических или информационных технологий. Можно сказать, что нанотехнологии лежат на магистральном пути развития физики.
Физика участвует в формировании комплекса знаний, задающих развитие нанотехнологий, в четырех логиках:
Во-первых, классическая механика, развитие которой привело к созданию электродинамики и возникновению специальной теории относительности;
Во-вторых, оптика, которая в процессе своего развития породила лазерную физику, с одной стороны, и комплекс все более мощных измерительных приборов — лупа, оптический микроскоп, фазово-контрастный микроскоп, электронный микроскоп, атомно-силовой зондовый микроскоп;
В-третьих, метрология, развитие которой породила использующую зондовый микроскоп технологию измерения нанообъектов;
В-четвертых, классическая механика, оптика, электродинамика привели к созданию ранних моделей атома, открытию электрона и формированию комплекса представлений, получивших название квантовой механики.
Квантовая механика опирается на гипотезу Планка о квантованности энергии и законы Эйнштейна, описывающие явление фотоэффекта. На этой базе были сформулированы основополагающие принципы соответствия, дополнительности и неопределенности, первоначально интерпретированные в языке корпускулярно-волнового дуализма.
На следующем шаге было написано уравнение Шредингера, введено основополагающее понятие волновой функции, построена модель атома Бора и создана копенгагенская вероятностная трактовка квантовой механики.
Релятивистским обобщением уравнения Шредингера стало уравнение Дирака, положенное в основу квантовой электродинамики и — шире — релятивисткой квантовой механики, которую можно рассматривать, как синтез обычной квантовой механики и специальной теории относительности. Ряд проблеем релятивисткой квантовой механики был решен при создании в 1950-х годах квантовой теории поля и модели перенормировки. Среди многих направлений развития КТП особое значение для нанотехнологического пакета имеет механика конденсированных сред, которая породила в своем развитии теорию мягких и конденсированных сред и мезоскопическую физику .
Важно подчеркнуть, что блистательное на протяжении ряда десятилетий развитие квантовой механики не только не сняло квантовомеханические парадоксы, сформулированные еще в 1920-х годах, но и обострило их, экспериментально опровергнув наиболее простые объяснения, такие как гипотезу скрытых параметров.
Весьма важно понять следующее: в сущности, все нанотехнологии переводят квантовые процессы на макроскопический уровень, что формально противоречит принципу соответствия. С другой стороны, мысленный эксперимент с «кошкой Шредингера» указывает, что макроскопические квантовые процессы вполне реализуемы.
Любой квантовомеханический эффект, сколь бы странным и экзотичным он не был, рано или поздно будет воплощен в одной из нанотехнологий. Одним из важнейших направлений развития нанотехнологий станет практическая реализация квантовых парадоксов, прежде всего — парадокса Зенона и парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена.
Технологизация квантовомеханических представлений о спутанных состояниях является «главным вариантом» развития нанотехнологического пакета. Такие исследования могут сначала привести к возникновению квантового компьютера со сверхвысоким быстродействием и технологии управления вероятностями, а затем — открыть возможности для нового прогресса в области силовых машин, двигателестроения, энергетики.
Заметим в заключение, что, на наш взгляд, нанотехнологии подразумевают управление вероятностями.
Институционально технологический проект не достроен, а его нормативно-правовое оформление даже не начиналось.
Ядро ТП «Нанотехнологии»:
В настоящее время ядро пакета «Нанотехнологии» неоднородно, а также технологически и институционально дефициентно.
Базовой технологией пакета является «атомный манипулятор», который представляет собой зондовый микроскоп плюс технология измерения нанообъектов то есть, тот же зондовый микроскоп вместе с накопленными метрологическими техниками. В этом смысле можно сказать, что атомный манипулятор — это ускорить частиц, фокусировка и управление потоком которых осуществляется с очень высокой точностью.
С другой стороны, основой нанотехнологий является мезоскопическая физика, которая с приемлемой точностью описывает квантовые среды среды, для которых существенна квантовая когерентность. Теория квантовых сред породила ряд технологий синтеза наноматериалов плазменный синтез, взрыв проводников, молекулярное и ионное наслаивание, восстановление тонких пленок.
Мезоскопическая физика открыла принципиально важный эффект, который, с очевидностью, будет технологизирован и уже технологизируется. Речь идет о квантовых точках, областях пространства, представляющих собой потенциальную яму, и квантовых антиточках, областях пространства, представляющих собой потенциальный барьер.
Интересно, что создание электронных устройств нанотехнологического масштаба мыслимо двумя путями — микролитографическим, то есть, по сути, с использованием той или иной разновидности зондового микроскопа и через создание квантового транзистора, как сочетания «точки» и «антиточки».
Таким образом, современные нанотехнологии представляют собой административное объединение двух линий развития, одна из которых воплощена в зондовом микроскопе — атомном манипуляторе, а другая — в мезоскопической физике, то тесть в синтезе наноматериалов и создании квантовых транзисторов. Заметим здесь, что даже генетически эти подходы различны: грубо говоря, один идет через оптику и метрологию, другой — через квантовую теорию поля. Пересекаются они только на уровне представлений о «физике вообще», что соответствует временам И.Ньютона
Понятно, что в такой ситуации нанопакет либо расколется на два различных и не связанных между собой пакета, в сценарии инерционного развития такой исход неизбежен, либо — будет создана универсальная технология манипулирования, объединяющая мезоскопический и атомарно-силовой подход.
Понятно, что такая технология, в настоящее время отсутствующая, будет базовой для ТП «Нанотехнологии».
Необходимо также учесть, что нанопакет не только технологически не достроен, но и не оформлен институционально в сравнении с другими технологическими пакетами «мейнстрима», и плохо прописан в нормативно-правовом пространстве. В настоящее время предпринимаются первые попытки выстроить институциональные решения: Национальная инициатива в области нанотехнологий в США, создание корпорации «Роснанотех» в РФ.
В настоящее время атомарно-силовой манипулятор используется в микролитографии, что позволило перейти к созданию микросхем сверхвысокой интегрированности и возникновению наноэлектроники. По всей видимости, однако, магистральным направлением в этой области будет не микролитография, а создание упорядоченных комбинаций квантовых точек/антиточек — нанотранзиторов. Такая технология породит также наносенсоры, а в сочетании со спинтроникой позволит перейти на очередную ступень микроминиатюризации электронных устройств — фентоэлектронике, которая вытеснит современный «нанотехнологический» подход.
Важным применением наноматериалов станет создание тепловыделяющих элементов с решеткой, регулярной на наноуровне таких как нанотвэлы и нанореакторы.
«Пропущенная» технология универсального манипулирования атомными частицами приведет к быстрому развитию супрамолекулярной химии и, в конечном счете, к возникновению механохимии. Заметим здесь, что такая технология приведет к резкому ускорению биотехнологических манипуляций с ДНК и соответствующему росту возможностей технологического пакета «биотехнологии».
Принципиально новые результаты возможны при расширении нанотехнологического пакета до технологизации тех возможностей, которые заключены в квантовомеханических парадоксах Зенона и Эйнштейна-Подольского-Розена. На этом пути уже проведены первые успешные практические опыты в области квантовой криптографии и первые эксперименты в области квантовой телепортации. Можно предположить, что именно технологизация квантовомеханических представлений о спутанных состояниях является главным вариантом развития нанотехнологического пакета. Такие исследования могут сначала привести к возникновению квантового компьютера со сверхвысоким быстродействием и технологии управления вероятностями, а затем — открыть возможности для нового прогресса в области силовых машин, двигателестроения, энергетики. На пути технологизации квантовых парадоксов возможны и другие результаты, обсуждение которых в настоящее время преждевременно.
Природопользование
Технологический пакет «природопользование» определяет форматы, институты и механизмы взаимодействия социосистемы и окружающей среды.
В отличие от остальных технологических пакетов «мейнстрима», в которых четко выделяются ядро пакета и конечные «продуктовые» технологии, «Природопользование» представляет собой своеобразную технологическую «плетенку». В этой структуре можно выделить несколько блоков, претендующих на статус субпакетов, причем некоторые блоки материальны, другие — информационны, третьи же лежат в социальном пространстве.
Базовой технологией пакета мы считаем «Рациональное природопользование». В данном случае «рациональное» — это действительно разумное: в задачи социосистемы никоим образом не входит охрана природы и сбережение ее ресурсов, но потребление этих ресурсов должно быть оптимизировано, а замкнутость социосистемы вместе с управляемыми ею экосистемами — максимизирована.
«Рациональное природопользование» — гуманитарная управленческая технология, определяющая и проецирующая на экономическую и территориальную плоскости порядок потребления ресурсов, находящихся в распоряжении социосистемы.
На Западе «рациональное природопользование» означает политику ресурсосбережения. Речь идет, конечно, о любых видах ресурсов, в том числе — человеческих, но в современных условиях наиболее актуальным считается энергосбережение. За и против такой «бережливости» мы рассмотрим во втором томе книги.
Другой версией ресурсосбережения является очистка и повторное использование ресурсов, рециклинг. Этот субпакет (альтернативная экология) активно развивается в сторону все более полной утилизации техногенных отходов, как отходов производства, так и отходов жизнедеятельности.
Дальнейшим развитием пакета природопользования является технология прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы, в перспективе — управление климатом.
Серьезной проблемой технологического пакета «Природопользование» является проблема рационального территориального районирования. Эта технология важна с точки зрения создания оптимальных инфраструктур, то есть, для современного государства, с экономической точки зрения, поскольку определяет величину транзакционных издержек, а также в логике рационального природопользования.
