BG-Science

Здравейте днес излиза четвърти брой на списанието BG-Science! Изтегли Брой 6 В него ще намерите: Българска история Християнизирането на Балканите Древна история ДРЕВНА ГЪРЦИЯ Атинската държава в най-ранния период Астрономия Сами ли сме? Еволюцията Homo sapiens -Кроманьонец География Лицето на земята Скалите не са вечни Зоология Какво знаем за половия деморфизъм и полиморфизъм при обществените насекоми? Ботаника Отдел покритосеменни, или цветни растения Семейство Брястови Полски Бряст Семейство Черничеви Бяла черница Личност Дейвид Хюм Изтегли Брой 6

Здравейте днес излиза пети брой на списанието BG-Science! Изтегли Брой 5 HTML вариянт! В него ще намерите: Българска история Държавата през първата половина на IX век Древна история ДРЕВНА ГЪРЦИЯ Спарта през архаичния и класическия период Астрономия Граница на Рош Еволюцията Неандерталец География Лицето на земята Земетресенията предизвикват промени Зоология Ролята на половия диморфизъм при животните Ботаника Отдел покритосеменни, или цветни растения Клас двусемеделни Семейство люковити Кукуряк Личност Рене Декарт Изтегли Брой 5

Статията е сложена в сайта. http://bgnauka.eu/index.php?mod=front&...e&pid=10546 Права на форума! точка 12

НАУКАТА ГРАНИЦИТЕ НА ПОЗНАНИЕТО АСТРОНОМИЯТА И КОСМОНАВТИКАТА ИДВА ЛИ КРАЯТ НА ФИЗИКАТА? ПЛАЗМОЛОГИЯТА БЛИЗО ДО НУЛАТА ОРГАНИЧНИТЕ СВРЪХПРОВОДНИЦИ БИОТРОНИКАТА МОДЕЛИРАНЕТО ИЗКУСТВЕНАТА ФОТОСИНТЕЗА БИОТЕХНОЛОГИИТЕ ГЕНОТЕХНИКАТА НООГЕНИКАТА

НООГЕНИКАТА Биосфера — тази дума е позната на нашите млади читатели; става дума за съвкупността от всички живи организми (растения и животни) и средата, която те обитават. Биосферата се е оформяла и продължава да се оформя вече почти 4 милиарда години, в резултат на което в нея цари своеобразна хармония. Енергията, веществата и информацията вътре в биосферата са в непрекъснато движение и- това определя биотичния кръговрат. Така например зелените растения фотосинтезират първични органични вещества, затова ги наричаме продуценти. Новосъздадените вещества служат за храна на консументите — тревоядните и хищните животни. След тяхната смърт огромна армия микроорганизми и гъбички отново ги разрушават до първични минерални елементи, затова ги наричаме деструктори, разложители. Така кръговратът се затваря и биосферата осигурява собствената си устойчивост. Но биотичният кръговрат още не е всичко.. Вътре в биосферата непрекъснато се създават нови видове, все по-сложни, по-жизнеспособни, по-съвършени. Природата изобретява нови решения, чиято цел е видовете да стават по-универсални и неуязвими. Така се стига до най-грандиозното, най-великото (засега?) изобретение на природата — човешкия мозък. Дотук всичко е било само биология; нататък върху процесите в биосферата започва да влияе една могъща сила, която може да изгражда и да руши — човешкото общество, човешкият труд, човешкият разум. Вътре в биосферата възниква нова среда, която изцяло е дело на човешката дейност — нея по предложение на френския учен Льо Роа наричаме ноосфера (от гръцкото «ноус» или «нус» — разум). Колкото и поразяващи да са постиженията на човешкия разум, днес те не предизвикват особен възторг. Защо? Просто защото се оказа, че в много от изявите си нсюсферата е насочена срещу биосферата и я унищожава. Фактите са толкова много и толкова категорични, че едва ли трябва да ги изброяваме. И бедата не е само в замърсените води, изсечените гори или унищожените животински видове. По-страшното е, че с делата си разумът заплашва собственото си съществуване, защото ноосферата е вътре в биосферата и не може да оцелее без нея. Какви са причините за екологичната криза? В своята книга «Затварящият се кръг» американският учен Б. Комонир изброява повечето от тях: стремителното увеличаване на населението, свръх производството на продукти за разкош (т. е. ненужни жизнено), вродената агресивност на човешкия род, лошото възпитание, новите технологии, гонитбата на печалби, бюрократичната организация на обществото, милитаризацията, та дори и. . . християнската религия, според която природата е слугиня на човека. С някои можем да се съгласим, с други — само частично. По-тъжното е, че общата констатация е неопровержима. При наличието на толкова много убедителни аргументи най-лесното е да станеш скептик. На Запад мнозина прегърнаха скептицизма като религия и вече носят в джоба си некролога на човешката цивилизация. Но нашата цел е да надникнем в утрешния ден, следователно трябва да сме дълбоко убедени, че утрешен ден ще има и той няма да е последен. Къде е тогава решението? Просто трябва да повторим стария шеговит лозунг: «Спасението на давещите се е в ръцете на самите давещи се.» Спасението на ноосферата е в ръцете на «ну-са». Тъй като биосферата като цяло е мудна и капризна, активна страна трябва да бъде разумът, неговата целенасочена дейност в името на непротиворечивото съжителство. Единственото приемливо решение се нарича ноогенеза — съзнателно управление на биосферата. Ние нито ще се съгласим да се върнем към полудивашкото съществуване, нито пък можем да разчитаме на някаква «технотронна» природа. Остава спасителният среден път — разумът да поеме задължението да запази хармонията между собствената си активност и природата. Но какво означава тук думата хармония? Може ли да бъде в хармония със средата цивилизация, КОЯТО извлича милиони тонове горива и материали от недрата на собствената си планета; която се нуждае от храна за гладуващите, а значи — и от изкуствени торове; която иска да живее удобно, а това означава топлина, светлина, домове, автомобили, вещи? Можем ли да бъдем богати, сити и щастливи без всичко това? Разбира се, не можем. Тогава? Нека сме наясно: ние не можем да върнем старата хармония от предпромишлената ера; всеки, който проповядва «Назад към природата!», проповядва социален регрес. Ние трябва да създадем нова хармония между технизираното общество и природната среда. В тази нова хармония трябва естествено и без конфликти да се вписват и чисти реки, и огромни заводи; и много храни, и незамърсена почва; и транспорт, и чист въздух. Накратко — и цивилизован живот, и неосквернена природа. Това ще постигне комплексът от науки, които днес наричаме ноогеника. Тя ще съедини протегнатите длани на индустриалната цивилизация и неразрушената биосфера. Разумът ще поеме избирателната функция на биосферата — да се допуска към природата само онова, което не нарушава биотичния кръговрат! Щом природата може вече милиарди години «да изобретява» неуморимо «новости», без да накърнява (дори напротив, обогатявайки) своята собствена цялост, защо да не може това да прави и могъщият разум? Ноогениката ще бъде наука на XXI век. Тя има един-един-ствен, но железен принцип: човечеството само ще определя своята дейност независимо от биосферата, но в съответствие с принципите на нейната еволюция. Всичко, което твори разумът, ще трябва да отговаря на строгия критерий: а съвместимо ли е това с природата? Разнообразието от възможности е огромно — създаване на безотпадъчни технологии, заводи със затворени цикли, промишлени предприятия на бионични принципи и т. н. Но ноогениката няма да спре дотук. Тя ще започне да обогатява биосферата с нови видове растения, микроорганизми и животни, тоест ще продължи еволюцията, но под контрола на разума. А методите на генното инженерство ще позволят да възродим отново изчезнали поради- човешкото нехайство животински и растителни видове. Сега има две страни, които враждуват — нашата природа (ноосфера) и «натуралната» природа (биосфера). С времето биосферата ще се преобразува в ноосфера и те ще се слеят. Така разумът ще спаси онова, което ни е спасявало и спасява вече милиони години.

ГЕНОТЕХНИКАТА След като разказахме за технологиите при обработването-на неживите материали, за биотехнологиите при овладяването и оползотворяването на дадените ни от природата биологични материали, време е да разгледаме и какви възможности би ни предложило коригирането, усъвършенстването, оптимизирането на природния генетичен фонд—генотехниката,— което ще бъде върховото постижение на науката и техниката на XXI век.. Преди всичко един езиков въпрос — защо «генотехника», а не «генно инженерство»? Думата «инженерство» на практика, поне досега, е свързана със строителството, със създаването на пътища, сгради, машини — все творения от неживо вещество. Докато «техника» е понятие по-широко, асоциирано със съвкупност, сбор от сръчности и знания, необходими за всяко изкуство. А при рекомбинацията на гените тъкмо знания, сръчности и изкуство е нужно и като така сякаш по приляга в случая. Пък и като дума е по-кратка, по-синтетична! Пие, хората от края на XX век, мътно можем да си преидставим какви възможности, какво всеобхватно благоденствде може да ни даде генотехниката. Без преувеличение трябва да кажем, че тя ще сложи основите на нов тип цивилизация. Ако-днешната можем да наречем на метала, на неживата природа, бъдещата ще е цивилизация на генотехниката, на живата природа. Идно твърде опростенческо сравнение би ни помогнало да онагледим тази мисъл с един паралел от праисторията и историята на човечеството. Дивият ни предшественик, прачовекът, дори не е знаел какво и как да вземе от богатството на природата. Постепенно се е научавал да се ползува от онова, което среща около себе си — станал е ловец и събирач. А цивилизацията е започнала едва когато той сам се е научил да произвежда, когато е станал земеделец и скотовъдец. А ние къде да търсим мястото си в тази аналогия? Уви, по отношение на генното богатство на природата все още сме в. . . първия, най-първобитния стадий и едва сега с биотехнологиите правим първите крачки да оползотворяваме все по-пълно, по-цялостно предлагания ни наготово от природата генетичен фонд. А генотехниката ще ни даде възможност да творим съобразно нуждите си, по свой вкус желаните живи същества. Вече няма само да берем плодовете от дървото на природата, но и ще садим дръвчета! Това, че тук сме тъй изостанали въпреки успехите си в много други клонове на познанието, не би трябвало да ни отчайва. И вина за това, разбира се, нямат учените, които работят в тази област. Просто проблемите тук са прекалено сложни, тъй като живата материя е несравнено по-сложно организирана от неживата и естествено правилните отговори за разбирането и управляването й се намират по-трудно. Но затова пък успехите ще имат, в същите пропорции, неизмеримо по-голямо значение. И тъкмо с тези проблеми се занимава генотехниката. Тя е още млада наука, вече се радва на много успехи, но всъщност едва сега навлиза в същината на процесите. Още не ги е опознала докрай и затова твърде малко може да ги управлява. Една от най-важните задачи на XXI век ще бъде да се развие и да се усъвършенства генотехниката, т. е. умението да се управляват процесите в клетъчното ядро и да се изменят целенасочено генетичните гарнитури на живите организми. Или поне да сложи началото и, За тази цел е необходимо преди всичко напълно да опознаем структурата и функциите на живите организми на всички възможни нива, включително и атомно. Като се има предвид каква висока молекулна маса има дезоксирибонуклеиновата киселина, можем да си представим колко трудно е опознаването на този удивително сложен апарат на наследствеността. А той трябва да бъде изучен във всичките му тънкости, струк-турни и функционални, трябва да знаем кой атом (между стотиците милиони) от даден ген на кое място се намира, какво означава това и като го преместим или заменим с друг, какво влияние ще окаже върху целия организъм. Изучаването на. всички комбинации на милионите гени, съставени от милиони атоми, за милионите видове растения и животни, бактерии и вируси, за безброй милиардите отделни екземпляри е такава задача, с която несъмнено XXI век не ще може да се справи докрай и с която едва ли ще се справи през третото хилядолетие цялостно човечеството, дори ако всички хора се посветят изключително на научни изследвания в областта на генотехниката! Но само с изучаването работата няма да се свърши — пълното опознаване на биологическите закони и механизми ще бъде само първият етап. Науката ще трябва активно и целенасочено да се намеси в микроструктурата на гените, да премахва, да заменя и да добавя атоми в което и да е звено на спиралата на дезоксирибонуклеиновата киселина. Максималните резултати може би ще бъдат постигнати едва в далечното бъдеще, а дотогава стесняването и опростяването на задачата с оглед на нуждите на конкретната практика ще донесат фантастични плодове — ще разкрият пред човечеството възможности, многократно превъзхождащи постиженията на цялата досегашна техника. Логично е настъплението на науката в генетичния фонд да започне от долу на горе, от простото към все по-сложното. Генотехниката ще пожъне първите си успехи в света на вирусите и микробите, на едноклетъчните и най-примитивните многоклетъчни. А какво би дала генотехниката в тази област? Когато бъде създадена бактерия, която «се храни» с някой много рядък елемент (от водата или земята), тя ще го натрупва в годни за по-нататъшно добиване находища. Ако екстраполи-раме тази идея в света на растенията, едва ли ще можем да изброим всички фантастични възможности, които ще ни даде — преизобилни реколти дори при екстремални климатични и физико-химични условия, плодове със зададени хранителни, вкусови и естетични качества. Опознаването на природните механизми освен това ще увенчае всички мечти на биониците. И сега дори е ясно, че в копирането на живия свят се крият неизчерпаеми находки за техниката — милиарди похвати, механизми и технологични решения. Почти едновременно с реконструирането на растенията генотехниката ще се заеме и с усъвършенствуването на животните. Тук стоят същите проблеми, но доста по-усложнени не само в научно-технически, но и в етичен аспект. Защото освен произ-водствено-икономическите въпроси ще възникват и моралните — доколко имаме право да се намесваме в работата на природата по отношение на «по-малките ни братя». Толкова по-остро възникват тези проблеми при прилагането на генотехниката по отношение на хората — не само да се отстраняват генетичните дефекти, но и да се оптимизира личността. Но този проблем вероятно би възникнал едва в по-далечното бъдеще.

БИОТЕХНОЛОГИИТЕ Някъде към средата на нашия век се появи крилатата фраза, че ако първата половина на столетието е била отдадена на изучаването на атомното ядро, то втората ще бъде посветена на клетъчното ядро. Последвалите десетилетия показаха, че тя е била твърде оптимистична. Макар че вече доближаваме края на века, атомното ядро все още не ни е разкрило всичките си тайни и особено най-важната за практиката — как да овладеем енергията на термоядрения синтез. А и клетъчното ядро въпреки всичките успехи на биологията и особено на генетиката съвсем не сме опознали, а камо ли овладели дотолкова, че да го прибавим като етикет на своето време. Така че по-вярно, по-справедливо, пък и по-скромно ще бъде да оставим за нашия век прозвището атомен, а XXI век, нека се надяваме, ще заслужи да се нарича век на клетъчното ядро, на генетиката. Това на днешен език означава, че той ще е век на био-технологиите. За биотехнологии и у нас, както и във всички високоразвити страни, все повече се пише и говори и без съмнение те започват да се очертават като ключови, като авангардни технологии. И първата асоциация, която това понятие поражда, е генно инженерство. Но това не е правилно, генното инженерство би трябвало да бъде последният, завършващият етап на биотехнологиите. А преди това ние сме длъжни да се научим да познаваме; да управляваме и да оползотворяваме това което живата природа ни предлага в готов вид, резултатите на нейната еволюция в продължение на стотици милиони, а всъщност на 2—3 милиарда години. Това са почти два милиона вида животни, над 500 хиляди вида растения, неизброимо множество бактерии и вируси. Съвкупният им генетичен фонд е буквално несметно богатство, което съвременните биология, зоология, ботаника, микробиология познават много слабо, използуват примитивно, да не говорим за това, че не могат по изкуствен начин да създават отделните биологични «апарати». Ето защо, като не можем да ги произвеждаме, трябва час по-скоро да се научим да ги използуваме така, както ни са дадени от природата, да ги управляваме, да ги оптимизираме. За пример — помислете само какви «химически фабрики» са цветята, какви бои и аромати (с какви удивителни качества!) от какви суровини (само от пръст, вода, въздух и слънце) произвеждат. И по какви съвършени технологии при нормални налягания и температури, само чрез катализатори. И ги сравнете с нашите химически фабрики. Да, първата задача на науките за живата природа е да опознаят всички тези механизми на вирусите, бактериите, растенията и животните, а на биотехнологиите — да съумеят да ги впрегнат в работа за благото на хората. Вече можем да се похвалим с редица успехи в това отношение и те с всяка година все повече ще се множат, което прави от биотехнологиите приоритетно научно направление. На съвременния етап това се изразява главно в конструирането на биореактори и в масовото култивиране на клетъчни култури, чрез които се произвеждат чисто, енергоикономично и високоефективно всякакви фармацевтични препарати като интерферон и антибиотици, малотонажни химикали, алкохол за гориво, аминокиселини чрез генетични методи, етилен. Все по-често така се преработват отпадъците от селското стопанство и градовете, произвежда се биогаз. Биологичните мембрани се използуват икономично и ефикасно за микрофилтриране, ултрафилтриране, електродиализа, обратна осмоза, разделяне на газови смеси, хемодиа-лиза и в много области на медицината. Приложението на биотехнологиите ще даде най-богати плодове, като приложим оптимизирането на продуктивността на живите организми — за всички културни и при култивирането на още неовладените от хората. Нека с един пример да илюстрираме как би изглеждала, да кажем, една фабрика за зеленчуци през XXI века. Първо — тя ще се намира под земята- Нека повърхността на планетата да остане само за многото милиарди хора. Но най-важната причина е, че тъкмо в затворени помещения (на много етажи!) под земята могат да се създадат оптималните условия, по-добри и от тези, които предлага дори най-благоприятният климат. Какви са тези предимства на подземното земеделие? Само така може да се обезпечи пълна стерилност на растенията както от микроорганизми, така и от плевели и вредители. Второ — важният фактор за техния растеж, топлината и светлината, може да се обезпечава не от «капризите на времето», а от изкуствени източници на топлина и светлина, ултравиолетови лъчи винаги, колкото и каквито са нужни за вегетацията на дадения вид, и то непрекъснато», денонощно и целогодишно. Само така може да се впрегне пълният производствен капацитет на растението. Трето — водата ще се подава колкото и каквато (по тем- пература и химически състав) е нужна на растението. Четвъртият компонент — почвата ще бъде само изкуствена. Тя вероятно ще се състои от порьозни гранули от йонитни пластмаси, напоени с всички необходими на растението химически хранителни вещества и микроелементи. С изчерпването им те систематически ще се обновяват. И накрая — петият компонент — газовата среда. Нарочно не употребяваме думата «въздух», тъй като растението ще получава такава газова смес, съдържаща толкова въглероден двуокис и други газове, които са му най-необходими за оптималния растеж. Прилагайки такава биотехнология, добивите на растенията могат да се увеличават много десетки пъти и така ще бъдат решени всички проблеми по изхранването на многомилиардното човечество. За осъществяването й ще са необходими изчерпателни познания за вегетацията на растенията, значителни първоначални инвестиции за построяването на подземните растителни заводи и много енергия. Едва ли е необходимо да добавяме, че всички действия в тези растителни заводи ще се извършват от манипулатори и роботи, които ще се управляват и ще се контролират от компютри. Да се надяваме, че всичко , това XXI век ще притежава в изобилие. Когато земните биотехнологии бъдат пренесени в Космоса — в Извънземието, на Луната или на някои планети, те ще могат да бъдат обогатени и усъвършенствувани с оглед на местните условия и на първо място, с безтегловността или с намалената тежест, което ще даде допълнителни резултати. Всичко това природата ни поднася наготово с наличния си генетичен фонд. А какво може да даде към това целенасочената ни намеса в него, генното инженерство — това вече е тема на отделен разговор.

ИЗКУСТВЕНАТА ФОТОСИНТЕЗА Животът на Земята е немислим без фотосинтезата. Водораслите, висшите растения и някои типове бактерии непосредствено използуват слънчевото лъчение за «производство» на основни хранителни вещества; от своя страна животните живеят на гърба на растенията, като превръщат тяхната зелена маса в жизненоважни продукти. Следователно фотосинтезата е онзи първичен преобразовател, който по-нататък захранва цялотс Многообразие ла земния живот. Без нея не можем да си представим и функционирането на нашата цивилизация. Почти 95% от използуваните днес горива — нефтът, природният газ, каменните въглища, различните видове биомаса — са концентрирана чрез фотосинтеза слънчева енергия. Погледнато глобално, фотосинтезата е реакция, при която лъчистият поток се превръща в химична енергия на растителните тъкани. От лявата страна на химичното уравнение стоят водата и въглеродният двуокис, от дясната — някакъв въглехидрат и кислород. Тази простота обаче е измамна; междинно протичат множество сложни биохимични превръщания, чието разгадаване все още е трудна задача за науката. Биофизиците са заели вече подстъпите към нея и не е далеч денят, когато изкуствената фотосинтеза ще стане факт. Сигурно ще попитате: а защо е необходима тя? Първо, защото натрупаната през десетките милиони години енергия на природните горива ще бъде изразходвана само за няколко поколения. Второ, защото технизацията става причина рязко да се покачи съдържанието на въглероден двуокис в атмосферата; едно от последствията (не най-опасното) е «парниковият ефект», който може да стане катастрофален за климатичното равновесие. И трето, защото стотици милиони хора гладуват, макар реколтите да са високи; ефективността на природната фотосинтеза не ни задоволява и на всяка цена трябва да бъде повишена. Нека се обърнем към цифрите. В изкуствени условия фотосинтезата има максимален коефициент на полезно действие 30%. Химическите реакции протичат само под действието на видимата област от слънчевия спектър, а тя е половината от общия по- ток — следователно ефективността спада до 15%. Около 40% от видимата светлина се отразява във водните басейни или попада в пустинни области — общата ефективност спада на 9%. Като се има предвид, че 40% от органичния материал се синтезира (почти без полза за нас) от фитопланктона — микроскопични растения по повърхността на океана — и много повече в растенията в горите, джунглите, тундрата и т.н., ефективността става много, много ниска. Нека дадем точната цифра: само 0,1% от слънчевия поток работи директно за изхранването на човека! Казано в абсолютна стойност — ЗЛО21 джаула. Ето този толкова нисък процент смущава съвременната наука. Ерозията на почвата пречи да се увеличават площите с култури; реколтите могат да се повишат до определена граница, но за сметка на внасянето на микроелементи, които често се оказват опасни за здравето. Остава едно решение: да се повиши до максимална степен ефективността на фотосинтезата. Това ще бъде една от големите задачи на XXI век. На първо време ще бъдат построени изкуствени фотосистеми; в тях като фоторецептори ще се използуват хлорофилът и други пигменти, изолирани от клетките, и ферментни системи, също взети направо от природата. Сиреч човекът ще използва на готово необходимите компоненти, но създавайки «изкуствени листа» с площ десетки и стотици квадратни метри. Растенията синтезират белтъчини, нуклеинови киселини, липиди, въглехидрати, но те са само част от потребностите на човека. За да се получат пълноценни белтъчини, тези първични продукти трябва да минат през «преработвателния завод» на животните, където се синтезират биохимични съединения от много по-висш порядък. А не може ли тази вторична преработка да бъде заобиколена, тоест да се разработят фотосистеми, които да синтезират ценни съединения директно от слънчевата светлина? Тук думата има генното инженерство. Трябва да бъдат създадени хибридни гени с доста странни качества — получаване на полуживотни-полурастения. Ние все още не знаем как може да стане това, но задачата е принципно решима. Известно е, че водородът е горивото на бъдещето. Още преди повече от четири десетилетия беше забелязано, че в анаеробни (без достъп на кислород) условия едноклетъчни водорасли губят способността си да отделят кислород и започват да произвеждат газообразен водород. Това сега наричаме фотоотделяне на водород от растителните клетки. Успехите са насърчаващи и вероятно след две-три десетилетия голяма част от горивото за транспортните средства ще се добива по този начин. Много важно е разумното оползотворяване на биомасата — стъбла, корени, дървесина и дървени отпадъци, които не се използуват за хранене на животните и човека. Всички те съдържат изключително ценно съединение — целулоза. По-нататъшната преработка на целулозата е една от главните задачи пред биохимията. Може по химичен път или чрез ферменти от нея да се получи гликоза, от която след това да се синтезират някои белтъчини. От целулозата може да се получават спирт и горивни газове — водород и метан. Към средата на следващия век вероятно ще настъпи истинско царство на фотобиониката. В лабораторни условия ще бъдат създавани изкуствени растения с различни качества и точно определени функции. Тези нови чудати творения на човека ще живеят по най-слънчевите територии и ще дават странни плодове. Енергията на нашата звезда ще се използува пълноценно: за гориво, за вкусна и калорична растителна и животинска храна, може би за някои специални материали. Човекът и растенията ще станат приятели, защото имат насъщна нужда от взаимопомощ.

МОДЕЛИРАНЕТО Често пъти светът не може да бъде опознаван непосредствено. Причините за това са понятни — повечето от явленията в него са толкова сложни, че съвременното ниво на научните познания не може да ги обхване и да ги обясни. От друга страна, когато трябва да се онагледи сложен процес, не е необходимо да се представят всичките му параметри, а само най-важните и определящите. И в двата случая специалистите си служат с модел на разглежданото явление или процес. Този математически подход към изследвания проблем отдавна е доказал своите предимства и през следващите години ще се развива все повече и повече, защото материалната основа за неговото масово прилагане са електронноизчислителните машини, а както знаем — бъдещето им принадлежи. Прогнозирането на поведението на контролиращите системи е една от основните задачи, които ще се решават през следващия век. Защо? Защото в ръцете на контролната автоматика, образно казано, ще бъдат поверени обекти с изключително значение и ценност — от човешкия живот до устройства с фантастична цена, като телеуправляеми роботи, използувани на другите планети. Именно поради тази причина ще трябва да се познава изтънко поведението на тези контролиращи устройства, във времето. На практика това може да стане само с математическото моделиране чрез използуване на мощна изчислителна техника. Тук е мястото да се каже, че поначало можем да разделим системите на два основни вида — такива, които се намират в устойчиво състояние, и други, които се стремят да излязат от хаоса и да станат устойчиви. Така е в живата природа, където организмите с всички сили и средства се борят с този смъртоносен процес. В неживата природа картината е подобна. Тук критерият е малко по друг — системите се делят на такива, в които атомите са строго подредени, и други, при които атомите имат хаотично разпределение. И ако приемем, че биологичните системи имат неравновесен порядък, а кристалите — равновесен, можем да кажем, че интегралните схеми са някъде по средата и представляват междинен случай, който не съществува в природата. Те са мъртви, но когато към тях се подадат захранващи напрежения и входни сигнали, те започват да преработват информация по подобие на живите организми. Поради изключителната сложност на протичащите процеси нищо друго освен математическото моделиране не може да ни помогне да узнаем какво поведение ще имат тези устройства по време на експлоатацията им. И още нещо. Когато един биологичен организъм почва да губи съпротивителните си сили срещу процеса на възвръщане към равновесното положение, ние казваме, че организмът .старее. При техническите системи терминът е деградация, който означава, че възникващите в системата дефекти активират до такава степен естествените процеси (които се стремят към максимален хаос), че те придобиват разрушителна сила. Ако познаваме в детайли законите, пр които става тази деградация, ще можем с лекота да прогнозираме надеждността на редица сложни устройства, на които са поверени отговорни функции. Изключително ценно става математическото моделиране, когато се извършва в реално време. За съжаление при повечето сложни процеси то изисква толкова мощни изчислителни машини, с каквито засега все още не разполагаме — специалистите обаче са на мнение, че това ще стане след няколко десетки години. Да видим какви ще са някои плюсове от това приложение на математическото моделиране. Да започнем с една ретроспекция. Преди повече от сто години Джеймс Максуел предложи следния модел: малък демон следи за молекулите в два съда, контролира прехода между тях и сортира молекулите по енергийно състояние, като събира студените молекули в единия съд, а топлите — в другия. С тази си дейност демонът нарушава втория закон на термодинамиката. Основното възражение е в това, че демонът трябва да изразходва енергия за получаване на информация за енергийното състояние на молекулите и тези загуби ще доведат до общо покачване на ентропията в системата. Това важи за микросвета, но не и за макросвета. Например при двигателите с вътрешно горене стотни от процента, отнемани от получената енергия, захранват електронната апаратура, която от своя страна оптимизира работата на двигателя. Колкото е по-съвършена тази апаратура, толкова по-висок ще бъде коефициентът на полезно действие на двигателя. Разбира се, природните граници не могат да бъдат преминати, но моделирайки функциите на контролните устройства, специалистите постепенно ще се доближат плътно до тях. Математическото моделиране на биологичните процеси по всяка вероятност ще доведе до създаването на прогностична апаратура, която по своите възможности може да се сравни със своего рода електронен оракул. Да си представим, че дан- ните за пациента се въведат в ЕИМ, която моделира физиологичните му процеси в най-малки подробности и в режим на работа многократно по-бърз от режима «в реално време». Ясно е, че за минимално време ще може да се моделира биологичната картина на целия организъм за следващи моменти, като се поставя реалната диагноза и се определят евентуалните рискови фактори. В теоретичен аспект, ако към такава моделираща машина човек се свърже дистанционно и без да се вземат предвид неподлежащи на прогнозиране факти, ще получим система, която ще предсказва дали ще сме живи след определено време, или не. Разбира се, не става дума за моделирането на така на-речената съдба. Възможностите на математическото моделиране са огромни. С него ще могат да се изпитват проектирани, но все още не-построени конструкции, чието реализиране на ниво прототип е твърде скъпо, а правилното им функциониране е от особено значение. Такива устройства ще бъдат например промишлените реактори за управляем термоядрен синтез или някои видове космически кораби. Не може да се каже, че днес математическото моделиране се подценява, но истинското му масово приложение в почти всички области на науката, техниката и други сфери ще стане реалност едва през XXI век.

БИОТРОНИКАТА Електрониката непрекъснато ще се миниатюризира, това е тенденция, която няма да се промени и през следващия век, но природните закони поставят естествени граници пред възможностите на полупроводниковата технология. Поради тази причина в случаите, когато е необходима максималната възможна миниатюризация или съвместимост с органични структури, ще се премине от полупроводникови кристали към големи органични молекули. Така микроелектрониката ще прерасне в биотроника. Преди всичко обаче трябва да си изясним добре защо полупроводниковата електроника има сравнително ограничени възможности по отношение на пределната миниатюризация. За да получим отговор на този интересен въпрос, е необходимо да погледнем нещата от физична гледна точка. Преди всичко трудностите са свързани с технологията за нанасяне на схемите върху подложките. Възможностите на електронната литография за изготвяне на интегрални схеми върху силициеви подложки има разделителна способност от порядъка на няколко десетки ангстрьома. В крайна сметка специалистите са на мнение, че преминаването на ангстрьомовата граница е в зоната на фантастиката. Някой би могъл да каже, че с електронен микроскоп можем да видим дори и атомите, но едно е да изследваш атомите, а съвсем друго — да произвеждаш огромни серии от интегрални схеми с хиляди и милиони елементи върху тях. В случая е необходимо кратко време за експониране и следователно много високи стойности на тока в електронния лъч — за разлика от електронните микроскопи. Освен това сферичната аберация «размазва» електронния лъч и променя диаметъра на образуваното петно. И накрая, преминавайки през цепнатините на маската, електроните се разсейват в подложката, Да не говорим за хроматичната аберация и други допълнителни усложнения. Разбира се, може да се премине към електромагнитни вълни, например рентгенови лъчи, но в случая мйниатюризацията се ограничава от излъчването на вторични електрони (избивани от падащите върху подложката рентгенови лъчи), което води до допълнително размиване на образа. Миниатюризацията на полупроводниковата електроника се ограничава и от един друг важен параметър— напреженията не могат да се намаляват пропорционално на размерите на елементите, защото те трябва да останат достатъчно високи, за да осигурят надеждна работа на схемата. Специалистите смятат, че критичната стойност на полето е няколко десетки хиляди волта на сантиметър, което означава минимален размер на транзистора в рамките на четвърт микрометър. А както вече казахме, през следващия век масово ще има случаи, при които ще е необходима още «по миниатюрна миниатюризация». Именно тук ще се намеси биотрониката, която ще представлява синтез между биологията и електрониката. Какви са нейните предимства? Преди всичко размерите — изследваните биологични структури показват, че могат да се създадат органични полупроводници с размерите на самостоятелни молекули. Но това не е всичко — при полупроводниковата технология в повечето случаи «действието» се развива в равнината на подложката, отделните структури се изграждат в двумерно пространство. Докато органичната материя позволява да се реши проблемът за пространственото подреждане на елементите — нещо, което е много сложно в традиционната микроелектроника. И накрая изчезва затруднението, което се предизвиква от захранванията и отделяната топлина — за превключване на органичните елементи са необходими нищожни количества енергия, които са от порядъка на мощностите, които управляват биологичните процеси в живите организми. Особено внимание се отделя на белтъчините. Причините за това са понятни — идеята е един ден с помощта на генното инженерство необходимите органични структури сами да се възпроизвеждат. Освен това смята се, че такъв тип биоустройства ще могат да се имплантират в живите организми и поради тази причина те трябва да са съвместими с тях. И като се спомена за генното инженерство, трябва да се каже, че има и още по-фантастични планове за следващия век. Става дума за конструирането на' набор от гени, които ще могат да се имплантират в клетката и за сметка на евтини суровини и минимални енергийни разходи ще може да се получи биологичен компютър с гигантски възможности. Говори се за изчислителни устройства, които биха могли да имат обем на паметта 10 милиона пъти по-голям от този на съвременните мощни ЕИМ. Смята се, че дори и структурата на биологичния компютър ще може да се изменя, като се подават в клетката други хранителни вещества за получаването на нови органични структури. Пътят, по който ще се развива биотрониката, води към един интересен кръстопът. Първият е свързан с традиционните из- числителни структури, изградени от транзистори, диоди, резистори, кондензатори и други. Засега са известни вече органични вещества, които при подаване на електрически сигнали с определен поляритет променят състоянието си — тоест могат да играят ролята на памети. Има данни и за органични материали, които изправят електрическия ток. За другите компоненти обаче (най-вече активните елементи) биологични еквиваленти все още не са намерени и това наистина ще бъде проблем на XXI век. Другият път, по който може да тръгне биотрониката, е този на подражанието на живата природа. Мозъкът едва ли е изграден от споменатите вече активни и пасивни елементи, а е способен на много неща, на които съвременните и бъдещите полупроводникови компютри не са способни. Така че опознаването на природните конструкции и прилагането на биониката може да изведе биотрониката към нови хоризонти, които не могат да бъдат видени от низината на нашето време. Във всеки случай този път не е по-малко перспективен от първия. Изброяването на областите на приложение на биологичните супермикрокомпютри е невъзможно. Те могат да се присъединяват към нервната система на човек, могат да се използуват за протезиране на сетивата, да съхраняват огромни количества информация, която ще можем да използуваме в подходящ момент, въведени в кръвоносната система, те ще могат да контролират химичните процеси в организма, и прочие.

ОРГАНИЧНИТЕ СВРЪХПРОВОДНИЦИ Както вече стана дума в предходното есе, повече от седем десетилетия науката изучава и се удивлява на един природен феномен: при температури, близки до абсолютната нула, металите скокообразно губят омическото си съпротивление; при това то става не просто «много малко», а равно точно на нула. Четири от тези седем десетилетия учените само се дивяха на факта, днес обаче има разработена строга теория, която поставя нещата по местата им. Металите стават свръхпроводими при толкова ниски температури, че свръхпроводниците почти нямат шансове да намерят практическо приложение. «Най-лесен» се оказа ниобият, но и за него са необходими минус 264°С (т. е. 9К). Разходите да направим такъв уникален хладилник са много по-големи от печалбата, която получаваме от свръх- проводимостта. И докато физиците размишляваха как да излъжат природата, през 1960 г. се появи статия на У. Литъл, която може да се обобщи в един-единствен въпрос: а защо се занимаваме само с металите? Вярно е, че при нормални температури само металите и сплавите им пропускат електрически ток, но може би в условията на «адския студ» нещата ще се променят? И той подхвърли дръзката си идея, че могат да съществуват свръхпроводници не само при нормални, но и при доста по-високи температури — достатъчно е за целта да използуваме органични вещества. Да припомним:, органичните вещества винаги съдържат въглерод. Този елемент е уникален, неповторим в своите способности да образува дълги вериги. При свързването им с други елементи, химиците вече са създали повече от 2 000 000 съединения! Такива са почти всички химични влакна, покрития, заместители на каучука, багрилата, лепилата, лекарствата. Прибавете към тях и цялото разнообразие от вещества, изграждащи живата природа — наистина, какъв изумителен, «архитект» е въглеродът! И ето сега отново въглеродът се притече на помощ. Първоначално всички обърнаха поглед към полимерите, но бързо се разочароваха — съставът им е непостоянен, структурата им е случайна и с доста «дефекти». А защо да не се използуват органичните кристали? Представете си набор от еднакви сложни молекули, подредени една подир друга като войници. Сравнението с войнишка редица не е случайно; точно така молекулите образуват вериги, които имат само дължина — т. е. те са едномерни. Затова започнаха да ги наричат «моливи». И което е още по-интересно — токът тече само по дължината на «молива». Прекрасно, защото, щом няма хаос и безредие, следователно токоносителите ще могат да преминават безпрепятствено. Да, но. . . При ниски температури в «моливите» наистина се забелязва скок на проводимостта, но те стават. . . абсолютни изолатори. Тук вече изследователите наистина трябваше да проявят хитрост, за да заобиколят природните ограничения. Идното решение е да се наредят няколко «молива» и да се притиснат силно — тогава електроните ще прескачат от един молив в друг. Има и друго решение — в краищата на молекулите да се зашиват големи атоми (серни, селенови) и под тяхното прикритие електроните да се промъкват. . . Но да се върнем към лабораторните търсения. Както вече казахме, през 1960 г. бе синтезиран първият «молив» — TCNQ, а десет години по-късно — вторият, ТТР (пълните химически названия са толкова дълги, че се налага да ги спестяваме). И двете съединения бяха изолатори до 1973 г., когато решиха да ги обединят — новата комбинация се оказа проводник, при това само в едната посока. И все пак това беше проводник, а не свръх.. . Минаха още няколко години. Радостната вест дойде от университета в Копенхаген — през 1981 г. С. Бехгард синтезира първия органичен свръхпроводник. Тъй като е първи, ще го почетем с пълното му химично название: тетраметилтетраселенофулвален, съкратено TMTSF. Това, разбира се, е базовата молекула, към нея трябва да се пришият още различни «опашчици», но това вече е само за специалистите. Първият органичен свръхпроводник се оказа доста капризен. Първо трябва да го подложиш на налягане 12 килобара, а след това при постоянно налягане да го охлаждаш в продължение на 12 часа; при около 1К съпротивлението започва да пада, а при О,9К то става нула. Неотдавна съветският учен Е. Ягубски създаде едновременно три органични кристала, които стават свръхпроводници при 2—ЗК - Засега най-високата температура, при която органичното съединение става свръхпроводник, е 7,ЗК. Читателят вероятно ще реагира: ама това е много по-зле, отколкото при металите и сплавите! Вярно е. Все пак не забравяйте, че органичните свръхпроводници са «малолетни» и че познаваме само някои от тях. Важното е, че човекът може изкуствено да създава свръхпроводници, без да се съобразява със сътвореното от природата. Големите «комбинаторски» възможности на въглерода обещават голямо разнообразие от решения, а когато в добавка те могат да се управляват от човешкия разум, тогава можем напълно да сме спокойни. Освен свръхпроводимост органичните кристали притежават и други необикновени свойства. Те например имат доста странни взаимоотношения с магнитното поле — все още неясни и необяснени. И още нещо. При металите и сплавите електрическото съпротивление в критичната точка спада рязко, скокообразно до нула, а при органичните кристали има преходна част, спадането става някак плавно. И никой не знае защо. Органичните свръхпроводници правят първите си крачки. Вероятно след няколко десетилетия ще започне тяхното мощно настъпление в практиката. През XXI век те ще разкрият истинските си възможности. Все още е рано да прогнозираме къде и как ще се използуват; засега можем само да се гордеем, че е разгадана още една тайна на природата

БЛИЗО ДО НУЛАТА Допреди няколко десетилетия физиката се развиваше при «с тайна температура» и никой не предполагаше, че студът крие изненади. Първият изненадан беше Хайке Камерлинг-Онес, който през 1911 г. откри, че при температура 4,15 К. електрическото съпротивление на живака става равно на нула. Две десетилетия по-късно Валтер Майснер изнамери, че свръхпроводниците изтласкват от себе си магнитното поле. Пак по същото време Пьотър Капица забеляза, че при ниски температури вискозитетът на течностите става много нисък (свръхфлуидност). Четвърт век по-късно се появи и теорията, обясняваща тези странни явления. И изведнъж се разтвори нова глава в природознанието, очарователна и привлекателна, наречена физика па ниските температури. Разбира се, тази физика изисква преди всичко ниски температури. Класическите открития станаха възможни благодарение на т. нар. магнитно охлаждане, а по-късно — на ядреното охлаждане. Преодоляването на всяка стотна или хилядна от градуса е съпроводено с огромни технически усилия, но въпреки това учените се приближават плътно до недостижимата пула. Засега рекордът принадлежи на група от Токийския университет, която охлади метал до 50 мкК, тоест само 0,00005 градуса над абсолютната нула! Свръхпроводимостта и свръхфлуидността се оказаха свързани. Теоретичното им обяснение разкри един невиждан свят, който с охота обясни доста тайни от макро и микроструктурата на веществата. Експериментаторите пък са привлечени от огромното разнообразие от ефекти, които не се наблюдават далеч от абсолютната нула — галваномагнитни явления, ефект на Де Хаас — Ван Алфен, циклотронен резонанс, втори звук, аномална топлопроводност, термомеханичен и механокалоричен ефект и още много други, но нека спрем дотук. Засега свръхниските температури са чисто лабораторен арсенал, но през XXI век ще станат част от техническите оръжия. Голямата надежда естествено е свръхпроводимостта. И съвсем основателно — представете си само какви огромни енергии се пропиляват за безсмислено топлене на проводниците! Съвсем друго ще бъде, ако омическото им съпротивление падне до нула. Но как? Та нали енергийните разходи за получаване на свръхниски температури са много по-големи от разходите в самите проводници; оправдана ли е тогава атаката към абсолютната нула? Засега, разбира се, не. От природните елементи най-лесно свръхпроводимо става оловото — при 7,2 К. Изводът е близко до ума: трябва изкуствено да създаваме сплави свръхпроводници при високи температури. Щурмът е вече започнал. Изпробват се различни комбинации главно между ниобий, азот, селен, алуминий, галий, германий. Температурата на свръхпроводимостта бавно, но упорито се покачва. Засега рекордьор е ниобиево-германиевата сплав, който става свръхпроводник при 23 К- Неспециалистът едва ли ще сметне този успех за сериозен (все пак това са минус 250° С!), но физиците са обнадеждени и вярват в по-нататъшните си успехи. Едно модерно направление в съвременната физико-химия са органичните свръхпроводници. Първият от тях бе синтезиран през 1960 г. и носи дългото название 7,7,8,8-тетрациан-р-хино-диметан, съкратено TCNQ. Засега са разработени няколко такива материала и всички проявяват доста необикновени качества —скокообразно Стават ту свръхпроводници, ту идеални изолатори, в зависимост от налягането и магнитното поле. Тъй като и теорията им е доста неясна, със сигурност може да се каже, че ще бъдат един от шлагерите на XXI век. Не си представяйте, че свръхпроводниците ще навлязат в бита — природата едва ли ще е толкова великодушна към нас. Но за сметка на това ще станат незаменими в научната апаратура. Такива проекти вече има — свръхпроводниците ще се използуват главно за създаване на мощни магнитни полета. В Япония се разработва ускорител на електрони и позитрони ТРИСТАН със свръхпроводящи магнити. В ход е строителството на друг суперускорител за енергия до 20 ТеВ със свръхпроводящи магнити от ниобиево-титаниева и ниобиево-селенова сплав. Проектът ще бъде завършен към края на нашия век. Голямата енергийна надежда на човечеството се нарича уп- равляем термоядрен синтез. За удържането на работната плазма са необходими мощни магнитни полета и точно тук е другото приложение на свръхпроводящите магнити. Електрониците отдавна се борят с един от най-големите си врагове — шума, създаван от топлинното движение на молекулите. Затова днес почти всички свръхчувствителни радиоустройства работят при ниски тимператури. Тези търсения доведоха до възникването на криоелектрониката — електронни апарати,, работещи при ниски температури. Доказателство за фантастичните й възможности е т. нар. СКВИД — свръхпроводящ квантов интерферентен детектор, — с който може да бъде ре гистрирана енергията на един отделен квант! Ако на базата на един СКВИД се направи волтмер, той може да измерва напрежение 10-18 волта! Свръхниските температури навлязоха и в микроелектрониката. Разработени са интегрални микросхеми за свръхниски температури, които имат 100 пъти по-висока точност и по-голямо бързодействие. Ето само един пример — преминаването на информация от една клетка на паметта до друга става за една пикосекунда (10-11с), а памет с обем 4000 бита разсейва мощност само 6 миливата! Вече се разработва прототип на свръхпроводяща цифрова машина; очаква се тя да има около 50 пъти по голямо бързодействие от съществуващите сега модели. Трудно е да се обхванат бъдещите приложения на криотех-никата. Ниските температури например се използуват за полу-чаване на висок вакуум. Или: свръхпроводящите магнити са единствената надежда за бъдещите суперекспреси на магнитна възглавница. Или: СКВИД могат да регистрират от разстояние и най-незначителните изменения на електромагнитното поле на мозъка. Или: с течен въздух или азот могат да се лекуват ту-мори, кожни и урологични болести, да се консервират живи тъкани за неограничено време. Или: ниските температури са големият шанс на магнитохидродинамичните генератори. А какви ли още чудеса ще ни разкрие XXI век за света на свръхниските температури?

ПЛАЗМОЛОГИЯТА В наше време все повече имаме нужда от материали или вещества, които притежават специални химични, физични и механични свойства, и то в такива съчетания, каквито не си срещат в природата. В отрасли като космичната техника, атомната енергетика или електрониката тези материали заемат централно място и без тях те не само че не биха могли да се развиват, но не биха се появили въобще. С всяка изминала година необходимостта от все повече и повече такива материали расте. И съвсем не е лишено от логика твърдението, че следващият век ще бъде век на непознати в природата материали. Как обаче могат да бъдат получени те? Един от пътищата, а те съвсем не са много, е използуването на така наречената нискотемпературна плазма. Тя и днес се използува с успех при аеродинамичните изследвания за имитация на процеса при влизане на космичен апарат в плътните слоеве на атмосферата, при спектроскопичния анализ на различни вещества, при изследванията по високотемпературна газодинамика и топлофизика. Освен това тя се прилага и в атомното машиностроене (при изработката на реакторите), в магнитохидродинамичните генератори, при някои топлинни елементи и пр. Необходимо е да си припомним, че нискотемпературна плазма е онази, която е нагрята в границите от няколко хиляди до няколко десетки хиляди градуса. Генераторите на плазма обикновено се наричат плазмотрони. Образуването на плазмен разряд става в резултат от протичането на електрически ток през йонизирана газова среда. Трябва да се каже, че приложението на нискотемпературната плазма ще нараства през следващия век преди всичко в количествено, а не в качествено отношение. Какво означава това? За нискотемпературната плазма се знае всичко или почти всичко. Определени са зоните на приложение, в които тя може да има значителен положителен ефект. Познават се и всичките трудности при използуването й. Така че развитието на плазмологията ще бъде повече «хоризонтално», отколкото «вертикално». В това няма нищо лошо — когато една научна сфера се изясни напълно, идва времето на практическото и прило- жение в масови мащаби. Такава ще бъде и съдбата на плазмологията през XXI век. Тя ще се използува най-вече за нанасяне на различни покрития, което е един от най-силните й козове. При плазмено-дъгово разпрашаване материалът на покритието придобива нови свойства, различни от тези на изходното вещество. Тези придобити свойства определят границите за прилагане на метода и експлоатационните характеристики на новия материал. По този начин се повишават значително здравината, корозионната устойчивост и други параметри на изделията. А оттам и неговият експлоатационен срок. Това е изключително важно за изделията от която и да е сфера на производството през следващите години и векове. Защото суровинната криза (поне в рамките на няколко десетки години) ще се задълбочава и колкото по-дълго време се използува един инструмент или каквото и да било оръдие на труда, толкова по-малко суровини ще бъдат необходими за неговото производство в глобален мащаб. Например един инструмент за металорежеща машина. Ако животът му се удвои, за производството на всички такива инструменти ще са нужни два пъти по-малко скъпи и дефицитни материали. Основното, което може да се каже за развитието на плазмологията, е нейната МАСОВИЗАЦИЯ, намерила място и в производства, незапознати днес с нея. Това преди всичко ще бъде свързано с рязкото поевтиняване на използваната плазмена техника. Особено място тя ще заеме в производството на елементната база на радиоелектронната апаратура. С различни маски ще могат да се нанасят изключително здрави слоеве с дебелина няколко десетки микрометра от определеното вещество. Твърде перспективна е и една много интересна технология ла получаване на фини детайли от труднотопими материали, които по класическите технологии много сложно се изготвят и струват твърде скъпо, за да се използуват навсякъде, където е необходимо. Става дума за получаването на тънкостенни тръби, например от волфрам, с дебелина на стените между 0,25 и 1,5 милиметра. Предварително изготвен шаблон от алуминий, чиято външна повърхност съответства на вътрешната повърхност на бъдещия детайл, се покрива с волфрам чрез плазмено напрашаване. След това шаблонът се отстранява (чрез стопяване или с киселина) и тънкостенната тръбичка е готова. С помощта на плазмени технологии ще могат да се нанасят различни компоненти на свръхвисокочестотните схеми — метали или техните сплави за лентовите съединения, окиси на металите или металокерамични съединения за изготвянето на резистори, диелектрични слоеве за кондензатори, полупроводникови материали за термоелектрически генератори, феромагнитни покрития за логически и запомнящи устройства и така нататък. Развитието на плазмохимията ще продължава и през XXI век с бързи темпове. Нейната ефективност веднага бе оценена и границите на приложението й непрекъснато растат. Само един пример — ако през плазмотрона пропуснем природен газ, ще получим ацетилен — ценна суровина за химическата промишленост въобще. Смята се, че сондажната техника на следващото столетие ще премине изключително на плазмени сонди, които са много по-бързи от традиционните. Все повече ще се използуват плазмотроните в металорежещите машини е цифровопрограмно управление, където производителността на труда ще се повиши многократно. В металургията плазмата ще направи малка революция, като с нейна помощ в големи количества ще се получават свръхчисти кристали на труднотопими метали. А плазменият скалпел ще навлезе във всекидневната хирургическа практика. През XXI век плазмената технология ще бъде толкова обикновена и често срещана, както днес е механичната обработка на детайлите.

ИДВА ЛИ КРАЯТ НА ФИЗИКАТА? Въпросът не е измислен от нас; напоследък много световни учени го поставят по страниците на най-авторитетни издания. Главният им мотив е, че със създаването на Единната теория на полето и веществото (което почти сигурно ще стане в рамките на това поколение) теоретичната физика ще обхване всички видове физически взаимодействия и по този начин ще изчерпи изцяло физическото знание. Следователно физиците от XXI век няма да имат работа, затова се апелира към младите хора да се ориентират към други природни науки, главно от сферата на биологическите. Има ли основания за подобни съмнения и страхове? Първият мотив на скептиците са парите. Твърди се, че от времето на Архимед до началото на Втората световна война за научни изследвания са изразходвани около три милиарда долара; сега цената само на един ускорител за елементарни частици е около милиард долара. В СССР например разходите за физически изследвания се увеличават със 70% всяко десетилетие. Пита се: докога правителствата ще се съгласяват да финансират науката? Рентира ли се нашата неутолима любознателност? Кое е по-важно: да знаем броя на кварките или да няма гладни и болни деца по света? Тези въпроси са неоснователни. Засега ние не знаем дали от сведенията за кварките ще има реална практическа полза. Но нали същото се мислеше и за атомната физика, докато се разбра, че атомът може да бъде укротен и да върши работа? Всяко знание е полезно и не може да се гадае предварително кое от направленията е «печелившо». И още един факт. Разработвайки уникални лабораторни апарати, инженер-физиците създават принципно нови технически съоръжения, които след това бързо влизат в практиката. Например Европейският център за научни изследвания (ЦЕРН) е един от най-ненаситните консуматори на средства в света; едновременно обаче там се създават уреди за вакуумната техника, електрониката, металургията и точната механика, които — продадени на различни фирми — връщат десетократно вложените средства. Вярно е, че лабораторната техника става все по-мащабна и скъпа. За да се изгради мощен ускорител или голям телескоп, са необходими понякога едно-две десетилетия, пък и повече. Все по-продължителна е настройката, все по-продължителни, сложни и прецизни стават експериментите. Между теоретичното предсказване и опитното потвърждаване минават десетилетия. Ето само един пример. За да се докаже разпадането на протона, вече са построени няколко детектора под земята с тегло стотици тонове, а не се знае дали днес, дали след десет години, дали изобщо някога някой ще викне «Еврика!» Фронтът на физиката е доста широк, а колкото по-широк е той, толкова по-бавно е настъплението. Направени са стотици сложни и скъпи експерименти, за да се открият гравитационните вълни — нулев резултат. Същото се отнася и за магнитния монопол, и за масата на неутриното — все фундаментални проблеми. Не трябва обаче да се забравя, че в науката за разлика от спорта отрицателният резултат е също положителен. И накрая още един проблем — информационният. Неограниченото нарастване на общото знание означава неограничено нарастване на знанията на всеки отделен учен. Как да се справи горкичкият мозък? Статистиката сочи, че за да следи новостите в своята област, физикът трябва да чете поне шест часа дневно. А кога ще работи и ще открива? И тук страховете са преувеличени. Общо взето, преобладаващата част от научните публикации са само шум в каналите за информация. Пак цифра: в 95% от случаите се цитират само 2% от публикациите! Явно тези проценти трябва да се променят. И още една: в 80% от случаите крайните резултати се покриват! Къде е решението? И има ли изобщо решение? Прогнозите сочат, че информационният взрив е временно явление, което постепенно ще бъде овладяно към началото на XXI век. Броят на публикациите ще бъде обуздан и ще стане съизмерим с броя на новостите. Ако статиите се рецензират по-строго, ако публичната изява престане да е мярка за престиж или условие за административен възход, публикациите ще намалеят от само себе си. Но това не е всичко. Физиката започва естествено «да се свива», защото използува по-гъвкави и универсални идеи. Ето една такава идея: всички видове взаимодействия в природата стават чрез обмен на частици. Така един и същ теоретичен апарат обхваща огромен кръг от явления. Или друга идея: симетрията, присъща на цялата природа — от класическата механика до квантовата физика явленията притежават еднакви вътрешни симетрии. Друго решение е обединяването на отделните области на знанието. Сега науките са разпокъсани, затова един пише теория на информацията в комуникациите, друг — теория на ин- формацията в биологията, трети — теория на информацията в кибернетиката. А тя е една и съща! Сливането на идеите им ще направи науката и по-компактна, и по-ефективна. И накрая — всемогъщият компютър. Днес физиката не може без ЕИМ, обслужват я най-модерните машини. Разработват се специализирани компютри-физици, които не само обработват теоретични или експериментални задачи, а сами извършват наблюдения и експерименти. Можем ли тогава да говорим за края на физиката? В края на миналия век също се смяташе, че физиката е завършена, остават само «две тъмни облачета». А точно те родиха квантовата механика и теорията на относителността. Същото се повтори и през 30-те години на нашия век — няколко известни елементарни частици бяха напълно достатъчни да се изгради завършена картина на микросвета. Сега елементарните частици са повече от 500 и картината е толкова далеч от завършека си. Да припомним думите на Ричард Файнман: «Ние ще знаем 99,9% от всички явления, но винаги ще има току-що открити, които се наблюдават трудно и които се разминават със съществуващите теории. . .» Това е така, защото природата е неизчерпаема в свойствата и проявленията си и ние дълго и бавно-ще се приближаваме към нейния все по-завършен портрет. Затова физици ще има и през XXI, и през следващите векове. Не забравяйте: пред нас е необозримата Вселена!

АСТРОНОМИЯТА И КОСМОНАВТИКАТА Да се говори за науката и техниката на XXI век, разбира се, е невъзможно. И най-малкото — в едно есе. За нея би трябвало да се напише книга (и то не една!), но това не е по силите на някой наш съвременник. Да си припомним, че преди по-малко от столетие един от най-известните тогава немски физици посъветвал своя млад племенник да не се залавя с физиката, защото тя няма бъдеще, «там всичко вече е открито». И пак преди около сто години друг голям френски философ беше предрекъл, че «никога няма да узнаем химическия състав на звездите». А през следващия век науката ще се развива много по-динамично! Затова ще си позволя да се спра само на науката за Вселената, и то на някои отделни нейни аспекти, за които ми се струва, че може да се направят отделни прогнози. И нека те да служат «за мостра» какви биха били успехите по целия фронт на науката във всичките й (засега!) повече от две хиляди дисциплини. Да започнем с астрономията, тази най-древна наука. Първата си революция тя преживя с изобретяването на телескопа; втората — с изобретяването на наблюдателните инструменти извън оптическия диапазон; а третата — тя вече е започнала — с изнасянето на наблюдателните средства в Извънземието, там, където няма атмосфера — главният враг на астрономите. Засега някои телескопи вече са изнесени в околоземна орбита и правят сензационни открития в областите на електромагнитните лъчения, които проникват слабо или въобще не пронизват въздушната обвивка на Земята. Но през XXI век всички те ще бъдат изнесени на лунната повърхност и нашият естествен спътник ще стане главна (ако ли не единствена) база на астрономията. Със свръхгигантските телескопи, които ще бъдат построени там, ще може да се наблюдава във всички диапазони на електромагнитния спектър, ще се изследват първичните космически лъчи и неутрино-потоците. Така ще се обогатят нашите познания за звездите, за Галактиката и за Метагалактиката, ще се опитаме да наблюдаваме нейните хипотетични граници. Но това не означава, че всички астрономи (а те ще са много повече от сега) ще се преселят да работят и да живеят на Луната. Ни най-малко! Цялата многобройна астрономическа апаратура на Луната ще работи автономно и ще се направлява от компютърни програми, създавани от учените на Земята. А резултатите от техните наблюдения? Всички те ще се записват в Централния астрономически архив и по всяко време ще са на разположение на всеки, който се интересува. Така например ученият (пък и всеки любител на астрономията) ще може да поръча на домашния си видеоекран записа, да кажем, на избухването на Свръхнова в ръкава на галактиката М 31 («Андромеда»), станало преди години, или да наблюдава в момента изригването на вулкан на спътника на Сатурн — Титан, да изследва спектъра на някой пулсар. Разбира се, пак на разположение на всекиго ще бъдат видеозаписите от всички междупланетни кораби, които ще браздят просторите на Слънчевата система и ще посещават планетите, техните спътници и астероидите. С помощта на извънземната астрономия вероятно ще бъдат" открити планети около най-близките до нас звезди, разбира; се, ако има такива. Това не само ще ориентирва бъдещите междузвездни полети, но и ще внесе яснота за произхода на планетите от Слънчевата система и по-специално на Земята. Естествено следва въпросът какви успехи ще отбележи космонавтиката през XXI век. Около Земята на различни височини (от около 300 км до стационарните на 36 000 км на екватора) ще кръжат големи научноизследователски станции, обитавани от десетки и стотици космонавти. Редовно ще пътуват из Слънчевата система планетолети с хора на борда не само до Луната, Марс и Венера, но и до Меркурий, астероидите и спътниците на планетите гиганти. На Луната, вероятно и на двете и страни (видимата и невидимата), ще бъдат построени постояннодействащи обитавани научноизследователски станции, кариери за добив на суровини, заводи за преработката им, оранжерии, зооферми и енергоцентрали. Космическата промишленост ще играе решаваща роля при производствата с помощта на вакуума, свръхниските температури и безтегловността (в Извънземието) или намалената тежест на Луната. Възможно е подобни (по-малки) предприятия да бъдат построени на повърхността на Марс и може би на Меркурий или на някои от големите астероиди. Като се основаваме на фантастичните успехи на съветската и на американската космонавтика за изтеклите 20—30 години, особено, ако разумът надделее и двете велики сили се споразумеят да ограничат военните си разходи и обединят усилията си за овладяване на Космоса, можем да не се съмняваме, че тази програма не само ще бъде изпълнена, но и може значително да бъде разширена: да се населят и най-далечните райони на Слънчевата система, да стане обикновена практика «частни лица» да пътуват в Извънземието и до Луноград, та и до. . . Марс. Това ни дава кураж да допуснем, че още през втората половина на XXI век човечеството ще бъде в състояние да изпрати научноизследователски сонди-звездолети до най-близките звезди. Как би изглеждал един такъв първи полет към звездите? За да има той някакъв практически смисъл, би трябвал» звездолетът да може поне еднократно да развие скорост от 1/10 от тази на светлината, значи — 30 000 км/сек. С химически ракети това е изключено, но може би ще бъде постигнато с термоядрен двигател. Прогнозите са, че след 30—40 години човечеството ще е в състояние промишлено да използува термоядрената реакция. Защо след още 40—50 години то да не впрегне енергията на ядрото в своите звездолети? При скорост от 30 000 км/сек едно пътуване до най-близката звездна тройна система Толиман (Алфа от Центавър) би продължило около петдесет години, разбира се, без хора. Съвършените кибернетични автомати и наблюдателни средства ще изследват трите звезди (А, В и Проксима) и планетите им (ако има такива), след което звездолетът ще продължи до инерция своя безкраен път из Галактиката. Така може би ще се открият възможности и за първи пряк контакт с друга звездна цивилизация, ако звездолетът срещне такава по своя път.

ГРАНИЦИТЕ НА ПОЗНАНИЕТО За да се решат титаничните задачи на бъдещето — за благоустрояването на нашата планета, за овладяването на близките и далечните небесни тела, за построяването на комунизма,— несъмнено ще е нужно науката да опознае по-пълно законите на природата. Но тук възниква въпросът възможно ли е това — да се достигнат границите на познанието, да се опознаят всички закономерности на света, в който живеем? Има една прастара мъдрост, която оприличава знанието на кръг, опиращ се в незнанието, а колкото той е по-голям, толкова по-широк става и фронтът на незнанието, до който се докосваме. Само че отговаря ли на истината това твърдение? Макар че Вселената като феномен е безгранична (ако не в космологичен смисъл, то поне в практически), това още не ни дава право да приемем, че и законите, които управляват материята, са безкрайно много. Засега поне нямаме никаква причина да предполагаме, че в някоя галактика, намираща се на милиарди светлинни години от нас, законите на еволюцията не са същите, както и в нашата. Подчертаваме: не индивидуалните пътища на тази еволюция и конкретните явления, които тя поражда и които несъмнено са безкрайно много, а самите закони, които я управляват. Това трябва да важи дори за антигалактиките, ако такива съществуват. Да се изброяват всички проблеми, с които ще се сблъска науката на бъдещето, е, разбира се, немислимо, невъзможно. Те са толкова много и такива, че ние трябва да наведем смирено глави. И все пак на няколко от тях ние сме длъжни да се спрем. На първо място, разбира се, трябва да бъде поставен животът като понятие, обобщаващо всички науки за най-великото чудо на нашия свят — от генетиката и микробиологията до човекознанието. На този раздел на познанието му се пада първенствуващата роля не само защото негов обект сме и ние, хората, не само защото той поставя най-сложните проблеми пред науката, но и защото разгадаваното на тайните на живата материя предлага най-фантастични възможности и непредсказуеми засега резултати. Кои са двете най-важни задачи в това отношение, които ще разсекат гордиевия възел, оплетен от тайните на живота? Това са създаването на изкуствени живи организми и генотехниката. Да не забравяме, че въпреки грандиозните успехи на науките за живата природа (особено през последните десетилетия) човек все още не е в състояние да сътвори дори и най-примитивната жива клетка, нещо, което «сляпата природа» е създала преди почти 4 милиарда години. А с овладяването на генотехниката с методите на генното инженерство науката ще съумява да поправя и да усъвършенства съществуващите и да сътворява нови живи организми — като се започне с вирусите и едноклетъчните, с растенията и животните, за да се стигне до. . . човека. Паралелно с разкриването на тайните на живота и с тяхното овладяване пред науката на бъдещето стои и свръхзадачата да проникне в загадките на триединството гравитация-пространство-време. Гравитацията — този най-велик властелин на нашия свят — ще трябва да бъде опознат, овладян и подчинен, ако това се окаже възможно, на човешката воля. Преди всичко необходимо е да бъде изучена нейната интимна физическа природа — да бъдат намерени отговорите на въпросите: съществуват ли гравитони и какво представляват те; как се пораждат и изчезват; какви са взаимоотношенията на гравитационната сила с веществото и с другите видове взаимодействия; съществуват ли антигравитони и т. н. Да се спрем само на един от тези въпроси — на превръщането на веществото в гравитационни импулси, а на гравитоните — в електромагнитни кванти. Това биха-били неизчерпаеми начини за получаване на енергия, пред които термоядреното «решение» ще изглежда немощно и архаично като парната машина пред деутериевата електроцентрала на бъдещето. Друг не по-малко костелив орех представлява простраството — тази недокосната досега област на трите измерения. Проблемите са за неговата геометрия (кривина) и структура (има ли кванти пространството); хомогенно и изотропно ли е то; за преодоляването му в галактични мащаби; дали има антипространство; съществуват ли и други пространствени измерения — четвърто, пето и т. н. Какво могат да донесат на човечеството отговорите на тези въпроси? Например преодоляването на междузвездните пространства. Те са така огромни, а развиването на субсветлинна скорост изисква толкова енергия, че някои учени с основание се съмняват дали това ще е някога по силите на хората. Така идваме до най-загадъчния феномен на нашия свят — времето,— любима тема на философи и писатели-фантасти, на физици-теоретици и на поети. Какви ли не въпроси чакат тук своя отговор: може ли времето да тече в обратна посока, постоянен ли е неговият ход, съществуват ли кванти на времето; има ли антивреме, възможна ли е «машина, която да пътува във времето» — да посещава бъдещето и миналото, — и още много други неща, за които ние само смътно се досещаме или дори не ги подозираме. Но да помислим какво би могло да даде на науката решаването макар и само на един от другите проблеми — управлението на скоростта на времето за дадена микросистема (да кажем — звездолет). Това би разкрило своеобразен начин за преодоляване на галактичните пространства, при които «дългите интервали» ще бъдат «свивани», а при завръщането чрез ускоряване хода на времето ще се навакса «загубеното» (или «спечеленото»). Възможно е връзката време-пространство да се окаже по-тясна и хипотетичните «тунели в пространството» да ни се разкрият и като «тунели във времето». Така ние през тях не само за «нула пространство», но и за «нула време» ще преодоляваме разстоянията на нашия четиримерен континуум. Разбира се, наред с оптимистичната хипотеза, че природните закони в цялата Вселена са еднакви и като така — познаваеми, съществува и «песимистична хипотеза», че из другите звездни светове могат да се срещнат вещества, енергия и явления, които ние не познаваме (каквито няма в познатия ни свят), и те се управляват от природни закони (физични, химични, биологични, психологически, от непознат ранг и т. н.), за които ние нямаме и представа. Коя хипотеза отразява обективната истина? Да се отговори сега на тези въпроси не е възможно. Може би и XXI век не ще успее да намери отговор, а през III хилядолетие, нека се надяваме, че повечето ще бъдат решени. Защото природата е познаваема, но неизчерпаема и знанието за нея не може да бъде изчерпано.

В този раздел ще се разглеждат есета за бъдещето, който са събрани в една книга написана средата на 80-те години на миналия век. Затова често ще срещате XXв. като настояще, а XXI в. като бъдеще. Както разбирате през него период управлението на държавата е било комунизъм и може също да се споменава, но това са дребни детайли и не трябва да се обръща внимание на тях, а самото съдържание на есетата как авторите виждат бъдещето. На нас остава само да коментираме и да чакаме това да се сбъдне. ВМЕСТО ПРЕДГОВОР МЛАДИ ЧИТАТЕЛЮ, Желанието на човека да надникне в утрешния ден, в бъдното, е съвсем естествено, то лежи дълбоко в нашата природа на разумни същества. И в това няма нищо изненадващо: знаещият своето бъдеще е подготвен за неговите промени. Този вроден човешки копнеж е бил усилено използван от тъмните сили на религиите и мистицизма; във всевъзможните си форми — от гледането на ръка (хиромантия) до врачуването по вътрешности на убити животни (гаруспиция) — гадателството е съществувало във всички векове. То разцъфтява и днес на Запад, по същество съвсем същото, макар сега предсказателите да използват модерни изчислителни машини. Днес предсказването е част от научната практика. Не е ли предсказване метеорологичната прогноза? Не можем ли предварително да предскажем деня и часа на слънчевите и лунни затъмнения? Не знаем ли предварително параметрите на дадена машина, когато е още във вид на чертеж? Да, това е възможно и това са прогнози. Просто, защото явленията в природата и обществото се управляват от собствени закони; ако познаваме добре тези закони, ако сме изучили внимателно сложните им взаимни връзки, ние можем да предскажем бъдещето развитие на тези явления. Това е задачата на една модерна положителна наука, която се нарича прогностика. Прогностиката разполага с богати изследователски средства — анкети, статистически проучвания, математически, модели и т. н. Тя използва неизчерпаемите възможности на математиката и нейните „дъщери" — кибернетиката, информатиката, синергетиката. Тя е споена в съюз с историята, социологията и социалната психология. Това я превърна в наука с наистина уникални способности да наднича в бъдещите десетилетия. Прогнозирането е особено важно днес, във века на научно-техническата революция. В последните няколко десетилетия животът на човека се промени коренно, до неузнаваемост. Някои дори поставят под съмнение способността на човека да се приспособява към тези шокиращо бързи изменения. Затова всички се питаме: накъде върви нашата цивилизация? Няма ли да се задъха тя от собственото си желание за прогрес? Ще може ли да осмисли собствените си претенции за разумен и благоденстващ живот? И най-важното: не крие ли знанието вътре в себе си зародиша на унищожението, на гибелта? Опитваме се да отговорим на тези въпроси с есетата, които съдържа този раздел. Това са статии за следващия век, за онова, което ЩЕ бъде през следващия век. Така, както днес ни се струва, че ще бъде. Всяка прогноза е неточна. И колкото по-далечна е тя, толкова е по-неточна. Ние, авторите, прекрасно разбираме това. Като хора на XX век ние носим ограничените представи на своето време. Затова освен научно обосновани прогнози в есетата има и интуитивно доловени предвиждания, и, разбира се, частици от нашите мечти. Не виждаме нищо порочно в това. В представите ни XXI век ще бъде грандиозен, величествен химн за победите на разума, затова не може в него да няма поне мъничко от нашите мечти. Не е изключено някои от нашите схващания да изглеждат фантастични. Не бързайте да ни укорявате — нима за човека от следосвобожденска България нашето време със своите компютри, спътници, атомни централи, с победата над десетки болести, с клонираните бозайници, с разходките до Луната, Марс и Венера — нима за човека от 80-те години на миналия век ( XIX ) всичко това не би било фантастика. Освен това ние нарекохме нашите есета „силуети", защото не дават завършен портрет на следващия век. Те по-скоро са отделни камъчета от богатата и пъстра мозайка на този век. Защото научно-техническото развитие често се разтърсва от вътрешни взривове, които коренно променят руслото му. Нашият двадесети век преживя няколко такива взрива — разгаданият строеж на атома, разбулените тайни на гена, създаването на информационно-логичните машини, първият изкуствен спътник на Земята. След всеки такъв взрив настъпва пълно преустройство и преориентация на огромни пластове от науката и практиката. Следващото столетие ще преживее такива съдбовни взривове, за които днес не можем дори да гадаем. Прогресът не протича безбурно и не винаги носи само благополучия. Често познанието чрез своите крайни резултати се е изправяло и се изправя срещу самите устои на цивилизацията. Така е днес, не сме предпазени от рискове и утре. „Знанието е сила" — казваше някога Бейкън; днес ние прекрасно разбираме, че тази сила може да бъде и разрушителна. На Запад обикновено наричат прогностиката футурология и обикновено нейните предсказания са мрачни, песимистични, често вещаещи разруха и гибел. Ние сме решителни противници на такова черногледство и отчаяние. Нашият социален оптимизъм ни подсказва, че разумният човек ще намери в себе си решителност да се пребори с всевъзможните обрати, кризи и неблагополучия. В противен случай ще се обезсмисли цялата ни история, хилядолетният ни прогрес. Всъщност най-тежката криза е кризата на последното десетилетие на XX век — рискът от самоунищожение. Всички наши въжделения за третото хилядолетие могат да станат реалност само ако превъзмогнем ядрената заплаха и кошмара на звездните войни. Над човечеството е легнала тежка сянка, но сме дълбоко убедени, че и този път Хомо сапиенс ще намери спасителния път. И тогава ти, МЛАДИ ЧИТАТЕЛЮ, спокойно ще влезеш в първия век от третото хилядолетие. На теб ще се падне завидната съдба да превъплътиш копнежа на всички предходни поколения — да стане Земята рай, да стане човешкият живот смислен, богат и честит.

Здравейте днес излиза четвърти брой на списанието BG-Science! Изтегли Брой 4 В него ще намерите: Българска история Създаване на Българското ханство на Долния Дунав Древна история ДРЕВНА ГЪРЦИЯ Архаичният период в Гърция Астрономия Откриване на Галактиката. Еволюцията Хайделбергски човек География Лицето на земята АНТАРКТИДА Биология Клетъчно ядро Клетъчна мембрана Зоология Птиците в АНТРАКТИДА Ботаника Отдел Лишеи Писмовиден лишей Отдел Мъхове Кладенчов мъх Личност Аристотел Изтегли Брой 4