Знание-сила, 2008 № 08 (974)

Фуллеренов достаточно много в природе, они содержатся в газовой саже, в чугуне. Но, чтобы их можно было использовать, рассматривать с точки зрения технологии, надо иметь возможность производить их много и дешево. Это научились делать, испаряя графит в гелиевой атмосфере. Парадоксальный, неожиданный ход исследователей, потребовавший многих усилий и удостоенный Нобелевской премии по химии, присужденной в 1996 году Р. Смоли, Р.Керлу и Г. Крото. Но не очевидно, что следующие шаги не будут даваться так же трудно.

В нанонауке иногда открываются двери в сказку. Но нужно дать себе труд увидеть эти двери и зайти в них. Вечной мечтой, сказочным объектом была «шапка-невидимка» или «эльфийский плащ» в западной традиции. В 1968 году профессор Московского физико-технического института В.Г.Веселаго опубликовал в «Успехах физических наук» статью о гипотетических материалах, у которых диэлектрическая проницаемость ε и магнитная проницаемость μ меньше нуля. Скорость электромагнитной волны пропорциональна √εμ, и если оба множителя под корнем отрицательны, то волна вполне может распространяться. Такие «левые среды» обладают удивительными свойствами. Помните из школы закон преломления sinα/sinβ = n1/n2, а и в — углы падения и преломления, nj и n2 — показатели преломления? Так вот, для левых сред этот показатель может быть отрицателен. Это означает, что, комбинируя обычные и левые материалы, мы можем заставить лучи огибать предмет, то есть создать шапку- невидимку (рис. 3).

До 2000 года эту работу и другие исследования подобного жанра, выполненные в нашей стране, рассматривали как забавный теоретический курьез. Однако в 2000 году английские ученые Дж. Пендри и Дж. Смит создали такие объекты, назвав их метаматериалами. Для них эффективные значения ε и μ отрицательны. Добиться этого удается, создавая на наномасштабах неоднородности, сравнимые с длиной волны. Разумеется, речь вначале идет об эффективной прозрачности для волн с определенной длиной в простейшей, стационарной, довольно громоздкой конфигурации.

Но двери в сказку уже открылись! Начался бум теоретических и экспериментальных работ. Математики, оптики, материаловеды увидели объекты своих исследований с совершенно другой стороны. Усилиями одного из энтузиастов этого молодого направления Э.Т.Кренкеля был создан сборник классических отечественных и зарубежных работ по новой тематике с тем, чтобы наши ученые поскорее включились в этот захватывающий поиск. Но ... Российский фонд фундаментальных исследований не поддержал издания книги, как не представляющей особого интереса. Наверно, уже действительно произошел переход от «шумихи» к «неразберихе». Ну а в науке, как и во многих других областях, «кто не успел, тот опоздал».

Подводя итог, можно сказать, что пока неясно, насколько трудным и тернистым будет путь нанонауки, но уже понятно, что без четкой постановки задачи и разумной организации мы сможем всерьез затруднить движение по этой дороге.

Рис. 3. Принцип «шапки-невидимки»

Лучше договариваться о запрещении вооружений, которые еще не создали.

Замечание М.В. Келдыша на семинаре

Технологии меняют мир и делают реальностью прежде немыслимое. История начала Первой мировой войны, к примеру, показывает, что англичане весьма уверенно чувствовали себя в наступившем ХХ веке. Они полагали, что Германия просто не имеет технологических возможностей начать войну. Ей не хватило нитратов для производства взрывчатки и каучука для изоляции проводов. Англичане монополизировали соответствующие ресурсы на мировом рынке и считали, что все держат в руках. Но. очень скоро была выполнена работа Ф. Габера по синтезу аммиака из воздуха (Нобелевская премия по химии за 1918 год) и изобретена резина. Технологические возможности появились, и они были немедленно использованы.

Высокие технологии самым тесным образом связаны с военными проектами. И дело не в агрессивности ученых. Просто в этой сфере отношение цена/качество может быть очень большим. Чтобы получить преимущества в вооруженной борьбе, многие страны готовы внедрять новинки с переднего края науки.

Поэтому естественно было бы подумать, как преобразят нанотехнологии военную сферу, а затем и всю нашу реальность. В США и ряде других стран многие мозговые центры самым активным образом занимаются этим кругом проблем более десятка лет. Но мы в России очень спокойны и уверены. Запомнился слайд из доклада академика Е.П.Велихова о том, что биороботы страшнее ядерного оружия и космических ударных систем. И дальше опять тишина. Может быть, руководители пока заняты — деньги распределяют, может быть, руки пока не дошли. Однако все наши попытки организовать эти исследования (кто предупрежден, тот вооружен) результатов пока не дали.

Рис. 4. Микроробот

Поэтому обращу внимание на несколько американских прогнозов — за неимением своего приходится пользоваться чужим. Революцию в военном деле прогнозируют через 10—20 лет. Но ведь и это время когда-то придет.

Сегодня распространение ядерного оружия сдерживает сложность и огромная стоимость соответствующих технологий. Работа по разделению изотопов UF6 требует моря энергии. Однако развитие нанотехнологий позволит эффективно извлекать нужные атомы отовсюду — из почвы, из морской воды. Поэтому ряд аналитиков предсказывают, что нам придется жить в мире, в котором не как сейчас — тысячи ядерных зарядов, — а миллионы. Кроме того, нанотехнологии намного улучшат отношение мощность заряда/вес.

Другое направление, которое гораздо ближе — это микророботы и нанороботы (рис. 4. 5). Представим себе стадо кремниевых насекомых, которые могут фотографировать, отравлять, выводить из строя компьютеры. Достаточно одному такому созданию залезть в пушку танка, и эта пушка станет бесполезной. В ИПМ лет 30 назад рассматривались проекты исследования и освоения Марса с помощью стай микророботов, взаимодействующих между собой и решающих общую задачу. Оказалось, что во многих отношениях лучше потерять много «малышей», чем один громоздкий агрегат. Множество интересных задач в области математики, механики, машинного зрения. Один из основоположников отечественной робототехники академик Д.Е.Охоцимский, работавший в ИПМ, считал, что, возможно, это — самые интересные задачи, что за ними будущее. Вскоре, однако, работы были прекращены заказчиком как неперспективные.