Лозовский В.Н. - Нанотехнология в электронике, страница 3

рис. 2.1).Современное естествознание создало научно обосно*ванную картину мира, которая включает материальныеструктуры, возникшие в процессе эволюции Вселенной.Магистральный путь эволюции — переход от простогок более сложному. Один из ее основных механизмов — самоорганизация материальных структур. На некоторомэтапе эволюции природа проявляет способность создаватьбиологические объекты, т. е.

материальные структуры,для которых характерны избирательный обмен вещест*вом и энергией с внешним окружением, внутренняя само*регуляция, самовоспроизводство, эволюционное самосо*вершенствование и адаптация к окружающей среде. В про*цессе эволюции адаптивные способности таких структурпреобразовались в сложную информационную систему сбо*ра, переработки и рационального использования важнойдля жизни информации — возникла эффективно дейст*вующая нервная система. В условиях Земли эволюциянервной системы живых организмов привела к появлению человеческого мозга и разума. Возможности челове*ческого разума выходят за рамки простых потребностейподдержания жизни. Максимально ярко эти возможно*сти проявляются в абстрактном мышлении, которое по*зволяет человеку познавать окружающий мир, формируянаучные представления о нем.

Таким образом, человекоказался той материальной структурой, посредствомкоторой природа проявляет свою способность к самопознанию и к осознанному самосовершенствованию. Чело*век, развивая фундаментальные науки, познает законыприроды и в пределах «разрешенного» этими законамисоздает элементы искусственной природы, призванныеулучшать качество жизни и обеспечивать ему все новыевозможности для более глубокого познания естественной18НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ.

Введение в специальностьприроды. К элементам искусственной природы относятсяпредметы быта, различные технические устройства, меха'низмы, сооружения и т. д., предназначенные для удовлетво'рения потребностей человека во всех сферах его жизнедея'тельности. Иными словами, к искусственной природе отно'сится все то, что производится человеком в направленияхпрактической деятельности, представленных на рис. 2.1.Эволюция искусственной природы, опирающаяся наразум, науку и инженерную деятельность, также идетот простого к сложному. После удовлетворения элемен'тарных потребностей у человека неизбежно возникаютновые, более сложные.

Например, потребность дистанци'онного общения, которая первоначально реализовываласьпередачей информации мимикой, жестами, акустически'ми сигналами, стала затем обеспечиваться почтовыми со'общениями, телеграфом, телефоном и, наконец, бурноразвивающимися в настоящее время сложными глобаль'ными электронными системами связи с использованиемширокого спектра электромагнитных волн, искусствен'ных спутников Земли, Интернета.Потребности общества расширяются — вплоть до же'лания создавать системы, подобные самому человеку как в«техническом» (роботы), так и в «интеллектуальном» (ис'кусственный разум) отношении. В конечном итоге все, чтосоздает себе в помощь человек, должно (в области своегоприменения) обладать бо´льшими возможностями, чем самчеловек.

Здесь нет никаких принципиальных ограничений.Иными словами, в своей практической деятельности чело'век (в рамках законов природы) всемогущ. Он выступает вкачестве творца нового направления эволюции Вселенной,создавая искусственную природу. Собственно, к этому и сво'дится вся его практическая и научная деятельность.Напомним, что эволюция естественной природы неимеет творца, цели и проекта (см. подробнее в п. 2.5).При этом материя реализуется в материальных структу'рах, движение — в любых изменениях этих структур, авзаимодействие выступает в качестве движущей силы ука'занных изменений. Все отдельные изменения материаль'ных структур проявляются, в конечном итоге, в виде эво'Часть 1.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ19люции Вселенной. В процессе эволюции природа действу(ет «вслепую», методом проб и ошибок. Она случайнымобразом создает любые «разрешенные» законами приро(ды материальные структуры. «Выживают» из них лишьнаиболее стабильные в данных условиях. К таким струк(турам относятся, в частности, те, для которых характер(на максимальная энергетическая выгодность. Все «вы(жившие» к настоящему времени материальные структу(ры и составляют современную естественную природу.Только на стадии возникновения мыслящей материальной структуры начинает действовать новая движущая сила эволюции — творец, проектирующий каждыйотдельный акт развития искусственной природы и осуществляющий свои проекты. В этом — суть практической деятельности человека и, в частности, суть деятельности инженера.

Следовательно, практическая дея(тельность человека есть результат эволюции Вселенной.Решающим фактором в этой деятельности является ее ес(тественнонаучная основа, которая охватывается современ(ным естествознанием, что в равной степени относится и кинженерной деятельности в области нанотехнологии.Изложенное станет более убедительным, если ознако(миться с основными элементами современной научнойкартины мира. Научная картина мира включает представ(ления о Вселенной и ее эволюции. В следующем парагра(фе рассматриваются те фрагменты эволюции Вселенной,из которых непосредственно вытекает естественнонаучноеединство всей практической деятельности человека и всехдисциплин учебного плана для любых инженерных спе(циальностей.2.3.ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫЕ ОСНОВЫПРАКТИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИЧЕЛОВЕКАТо, что нас окружает, и мы сами — все это в широкомсмысле природа.

Человек распространил свои познанияВселенной до расстояний 1026 м, проник в микромир доразмеров 10–18 м и углубился в прошлое при изучении20НАНОТЕХНОЛОГИЯ В ЭЛЕКТРОНИКЕ. Введение в специальностьэволюции окружающего мира на 14 млрд лет. Выясни&лось, что все и всегда во Вселенной сводилось к трем сущ&ностям: материальные системы (объекты), взаимодейст&вие объектов и их движение (развитие).

Ничего иного вмире не обнаружено. Объективная реальность материаль&на непосредственно, а субъективная — опосредованно(см. подробнее в п. 2.5).Всеобщее взаимодействие приводит к неразрывнымвзаимосвязям во Вселенной всего со всем. Вселенная пред&ставляет собой единую, целостную, необозримо сложнуюматериальную систему. По этому поводу поэт сказал: «Всесущее во все века без счета верст невидимый связует мост,и не сорвать тебе цветка, не стронув звезд» (ФренсисТомпсон, XIX в.). Описанная взаимосвязь затрагиваетлюбые формы проявления материи, включая духовную,культурно&гуманитарную, социальную и т.

п. сферы. Неявляется исключением и сфера инженерной деятельно&сти, а также подготовка к этой деятельности, т. е. обуче&ние в вузе. Вот почему кажущаяся разнородность учеб&ных курсов относится лишь к частностям; на самом делепрактически все дисциплины обладают глубоким есте&ственнонаучным единством. Это единство проявляется вомногих аспектах.Начнем с того, совершенно общего для всех научных,технических и гуманитарных сфер, подхода к изучениюреальности, которое называется моделированием.

Попыт&ка изучать Вселенную как единую, целостную материаль&ную систему, какой она в действительности является, бес&перспективна. Поэтому во всех науках любые сложныесистемы и процессы стараются разложить на простейшиесоставляющие и каждую изучать в отдельности. Но и наэтом пути сохраняется непреодолимый для познания ре&альности уровень сложности материальных систем, еслине заменить каждый выделенный объект (процесс, взаи&модействие) его идеализированной копией — так называе&мой моделью. Моделирование — универсальный методпознания во всех сферах научной, инженерной, социальной, экономической и гуманитарной деятельности человека, а также в образовании.Часть 1. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ21В ходе любой познавательной деятельности человексоздает модели объектов и процессов природы, а затемпоследовательно совершенствует эти модели с целью всеболее полного и точного отражения реальности.

Описан7ный процесс познания бесконечен и постепенно прибли7жает нас к постижению абсолютной истины.Моделирование возникло на поздней стадии эволюциимозга с появлением абстрактного мышления и впервыестало массово применяться в физике. Поэтому в одном изопределений физики утверждается, что физика — это ис7кусство моделирования. По мнению академика Н. Н.

Мои7сеева: «Ничего другого, по своей целостности и логикесравнимого с системой моделей в физике, человечество ещене придумало». Моделирование широко применяется и вдругих науках, а также в инженерном деле. Методы моде7лирования явно или опосредованно рассматриваются ииспользуются практически во всех дисциплинах. Поэто7му идея моделирования является для всех дисциплин учебного плана мощным объединяющим фактором и создаетодну из важнейших методологических основ интеграциигуманитарной, естественнонаучной и профессиональнойсоставляющих инженерного образования.Мысленно разделить окружающий нас целостный мирна некие части и изучать их путем построения соответст7вующих моделей можно по7разному. Однако объективнаяреальность такова, что сама «навязывает» наукам оприроде логически непротиворечивую стройную иерархическую систему моделей материальных структур.