Физика как современная наука. Аспекты современной жизни

Министерство образования и науки Российской Федерации ГБОУ ВПО «Ярославский Государственный Педагогический Университет им. К.Д.Ушинского».

Контрольная работа по дисциплине:

Физика

на тему:

Физика как современная наука. Аспекты современной жизни.

Выполнила:

Студентка гр. Эк-2, специальности

«Экономика и управление»

Круглякова Оксана Сергеевна,

Проверила:

__________________      Берёзкина С.В.

Ярославль 2013

План:

I. Введение……………………………………………………………………………………………………3

II. Физика как современная наука. Аспекты современной жизни………………4

1.Физика в современном мире……………………………….............................4

1.1. Физика как важнейший источник знаний об окружающем  мире…………………………………………………………………………………………………….4

1.2. Физика как основа НТП…………………………………………………………………6

1.3. Физика как важнейший компонент  человеческой культуры………8

2. Нанотехнологии……………………………………………………………………...........10

III. Заключение………………………………………………………………………………………………21

IV. Список литературы…………………………………………………………………………………..22

Введение.

Физика – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи, законы ее движения. Именно физика является основным двигателем технического прогресса человечества в целом. За последние 100 лет человек овладел энергией атома, повсеместно внедрил электричество во все сферы жизни, завоевал воздушное, водное и начал исследование подводного пространства нашей планеты. Создал суперпрочные материалы, обладающие невиданными ранее свойствами, вычислительные машины, выполняющие миллиарды логических операций в секунду, проник в бескрайние глубины человеческого мозга, увидел мельчайших обитателей нашей планеты, которых теперь мы называем  вирусами, научился искусственно выращивать и трансплантировать человеческие органы и вырвался за пределы атмосферы планеты земля. И этого достаточно, чтобы понять что же из себя представляет физическая наука. 
  
 Может возникнуть вопрос, - зачем нам нужна физика?  Физика сегодня необходима нам как никогда раньше. Ведь мы используем законы физики каждый день, в своей повседневной жизни, когда готовим еду, смотрим телевизор или же просто нежимся в ванной. Законы Архимеда, законы, применяемые в оптике, или физические законы из раздела гидро-газо-динамики стали для нас чем-то настолько обыденным, что мы уже просто не обращаем на них внимания. Физика – это в первую очередь, возможность  человека как можно более глубоко познать окружающий его мир, упорядочить систему его мировосприятия и осознать себя неотъемлемой его частью. 

1. Физика в современном мире.

     Говоря о роли физики, выделим  три основных момента. Во-первых, физика является для человека  важнейшим источником знаний  об окружающем мире. Во-вторых, физика, непрерывно расширяя и многократно  умножая возможности человека, обеспечивает  его уверенное продвижение по  пути технического прогресса. В-третьих, физика вносит существенный вклад  в развитие духовного облика  человека, формирует его мировоззрение, учит ориентироваться в шкале  культурных ценностей. Поэтому будем  говорить соответственно о научном, техническом и гуманитарном потенциалах физики.

    Эти  три потенциала содержались в  физике всегда. Но особенно ярко  и весомо они проявились в  физике XX столетия, что и предопределило ту исключительно важную роль, какую стала играть физика в современном мире.

1.1. Физика как важнейший источник знаний об окружающем мире.

 Как известно, физика исследует наиболее общие свойства и формы движения материи. Она ищет ответы на вопросы: как устроен окружающий мир; каким законам подчиняются происходящие в нем явления и процессы? Стремясь познать «первоначала вещей» и «первопричины явлений», физика в процессе своего развития сформировала сначала механическую картину мира (XVIII—XIX вв.), затем электромагнитную картину (вторая половина XIX — начало XX в.) и, наконец, современную физическую картину мира (середина XX в.).

      В начале нашего столетия была  создана теория относительности — сначала специальная, а затем общая. Ее можно рассматривать как великолепное завершение комплекса интенсивно проводившихся в XIX столетии исследований, которые привели к созданию так называемой классической физики. Известный американский физик В. Вайскопф так охарактеризовал теорию относительности: «Это совершенно новый набор концепций, в рамках которых находят объединение механика, электродинамика и гравитация. Они принесли с собой новое восприятие таких понятий, как пространство и время. Эта совокупность идей в каком-то смысле является вершиной и синтезом физики XIX в. Они органически связаны с классическими традициями» 

            Тогда же, в начале века начала  создаваться, а к концу первой  трети столетия обрела достаточную  стройность другая фундаментальная  физическая теория XX в.— квантовая теория. Если теория относительности эффектно завершала предшествовавший этап развития физики, то квантовая теория, решительно порывая с классической физикой, открывала качественно новый этап в познании человеком материи. «Для квантовой теории характерен именно разрыв с классикой,— писал Вайскопф.— Это шаг в неизведанное, в мир явлений, которые не умещались в рамки идей физики XIX в. Надо было создать новые приемы мышления, чтобы понять мир атомов и молекул с его дискретными энергетическими состояниями и характерными  особенностями  спектров  и  химических   связей»

             Используя квантовую теорию, физики  совершили в XX в., в буквальном смысле слова, прорыв в понимании вопросов, касающихся моля и вещества, строения и свойств кристаллов, молекул, атомов, атомных ядер, взаимопревращений элементарных частиц. Возникли новые разделы физики, такие, как физика твердого тела, физика плазмы, атомная и молекулярная физика, ядерная физика, физика элементарных частиц. А в традиционных разделах, например оптике, появились совершенно новые главы: квантовая оптика, нелинейная оптика, голография и др.

            Физика исследует фундаментальные  закономерности явлений; это предопределяет  ее ведущую роль во всем  цикле естественно-математических  наук. Ведущая роль физики особенно  ярко выявилась именно в XX в. Один из наиболее убедительных примеров — объяснение периодической системы химических элементов на основе квантовомеханических представлений. На стыке физики и других естественных наук возникли новые научные дисциплины. Химическая физика исследует электронное строение атомов и молекул, физическую природу химических связей, кинетику химических реакций. Астрофизика изучает многообразие физических явлений во Вселенной, oна широко применяет методы спектрального анализа и радиоастрономических наблюдений. В отдельные разделы астрофизики выделены: физика Солнца, физика планет, физика межзвездной среды и туманностей, физика звезд, космология. Биофизика рассматривает физические и физико-химические явления в живых организмах, влияние различных физических факторов на живые системы. В настоящее время из биофизики выделились самостоятельные направления  биоэнергетика, фотобиология, радиобиология. Геофизика исследует внутреннее строение Земли, физические процессы, происходящие в ее оболочках. Различают физику твердой Земли, физику моря и физику атмосферы. Отметим также агрофизику, изучающую физические процессы в почве и растениях и разрабатывающую способы регулирования физических условий жизни сельскохозяйственных культур; петрофизику, исследующую связь физических свойств горных пород с их структурой и историей формирования; психофизику, рассматривающую количественные отношения между силой и характером раздражителя, с одной стороны, и интенсивностью раздражения — с другой.

1.2. Физика как основа научно-технического прогресса.

 Трудно переоценить роль фундаментальных физических исследований в развитии техники. Так, исследования тепловых явлений в XIX в. способствовали  быстрому  совершенствованию  тепловых   двигателей. Фундаментальные исследования в области электромагнетизма привели  к  возникновению и быстрому развитию электротехники. В первой половине XIX в. был создан телеграф, в середине века появились электрические осветители, а затем электродвигатели. Во второй половине XIX в. химические источники электрического тока стали вытесняться электрогенераторами.

XIX в. завершился триумфально: появился телефон, радио, был создан автомобиль с бензиновым двигателем, в ряде столиц открылись линии метрополитена, зародилась авиация. В 1912 г. В. Я. Брюсов написал строки, в которых хорошо отразилось победное настроение тех лет: «Свершились все мечты, что были так далеки. Победный ум прошел за годы сотни миль. При электричестве пишу я эти строки, И у ворот, гудя, стоит автомобиль».

               А между тем научно-технический  прогресс только еще набирал  темп; научно-техническая революция  XX в. еще только назревала. Открытие электрона, создание и становление квантовой теории, возникновение атомной физики, а затем физики твердого тела — все это предопределило рождение и быстрое развитие электроники. Сначала возникла вакуумная электроника (электронные лампы, электронно-лучевые трубки); в 50-х годах стала развиваться полупроводниковая электроника (в 1948 г. был изобретен транзистор); в 60-х годах родилась микроэлектроника. Прогресс в области электроники привел к созданию совершенных систем радиосвязи, радиоуправления, радиолокации. Развивается телевидение, сменяются одно за другим поколения ЭВМ (растет их быстродействие, совершенствуется память, расширяются функциональные возможности), появляются промышленные роботы.

             Фундаментальные исследования в  области ядерной физики позволили  вплотную приступить к решению  одной из наиболее острых проблем  — энергетической проблемы. Первые  ядерные реакторы появились в 40-х годах, а в 1954 г. в СССР начала действовать первая в мире атомная электростанция — родилась ядерная энергетика. В настоящее время на Земле работает более трехсот АЭС, они дают около 20% всей производимой в мире электрической энергии. Развернуты интенсивные исследования по термоядерному синтезу, прокладываются пути к термоядерной энергетике.

          Успехи  в исследовании физики газового  разряда и физики твердого  тела, более глубокое понимание физики взаимодействия оптического излучения с веществом, использование принципов и методов радиофизики — все это предопределило развитие еще одного важного   научно-технического   направления — лазерной   техники.   Это направление возникло всего 50 лет назад (первый лазер создан в 1960 г.), но и сегодня лазеры находят широкое применение во многих областях практической деятельности человека. Лазерный луч выполняет разнообразные технологические операции (сваривает, режет, пробивает отверстия, закаливает, маркирует и т. д.), используется в медецине: в качестве хирургического скальпеля; лазеры применяются для коррекции зрения, удаления опухолей и коронарных тромбов, для заживления ран; лазерные офтальмологические операции занимают несколько минут и не требуют длительного пребывания в больнице; средствами лазерной хирургии операции выполняются намного быстрее и точнее, чем  обычным скальпелем; в лазерной хирургии меньше потери крови при операции; в ряде случаев оказывается ненужным переливание крови; лазерный луч упрощает удаление шрамов, родинок и татуировок. Лазерные сканеры применяются на складах и в магазинах для считывания штрих-кодов, в качестве датчиков при исследовании окружающей среды, в радарных устройствах, в лотерейных машинах, анализаторах крови. Лазеры используются для чтения и записи данных на оптических дисках; применение лазеров привело к созданию систем хранения информации очень высокой плотности. Лазер выполняет точнейшие измерения, «трудится» на строительных площадках и взлетно-посадочных полосах аэродромов, контролирует степень загрязнения атмосферы и океана.

          Говоря о связи между развитием  физики и научно-техническим прогрессом, следует отметить, что эта связь  двусторонняя. С одной стороны, достижения  физики лежат в основе развития  техники. С другой — повышение  уровня техники создает условия  для интенсификации физических исследований, делает возможным постановку принципиально новых исследований. В качестве примера можно указать на важнейшие исследования, выполняемые на ядерных реакторах или на ускорителях заряженных частиц.

1.3. Физика как важнейший компонент человеческой культуры.

Воздействуя решающим образом на научно-технический прогресс, физика тем самым оказывает существенное влияние и на все стороны жизни общества, в частности на человеческую культуру. Речь идет о гуманитарном содержании самого предмета физики, которое связано с развитием мышления, формированием мировоззрения, воспитанием чувств. Мы имеем в виду органическую связь физики с развитием общественного сознания, с воспитанием определенного отношения к окружающему миру.

Утверждая материалистическую диалектику, физика XX в. открыла ряд исключительно важных истин, значимость которых выходит за рамки самой физики, истин, ставших общечеловеческим достоянием. Во-первых, была доказана фундаментальность статистических закономерностей как соответствующих более глубокому этапу (по сравнению с закономерностями динамическими) в процессе познания мира. Было показано, что вероятностная форма причинности является основной, а жесткая, однозначная причинность есть не более чем частный случай. Физика предоставила нам уникальную возможность: на основе статистических теорий рассмотреть количественно диалектику необходимого и случайного. Выходя за рамки собственных задач, современная физика показала, что случайность не только путает и нарушает наши планы, но и может нас обогащать, создавая новые возможности.

              Во-вторых, физика XX в. продемонстрировала всеобщность принципа симметрии, заставила значительно глубже взглянуть на симметрию, расширив это понятие за рамки геометрических представлений, а главное, рассмотрела диалектику симметрии и асимметрии, связав ее с диалектикой общего и различного, сохранения и изменения. Был поставлен вопрос о симметрии-асимметрии физических законов, в связи с чем была выявлена особая роль законов сохранения. Выходя за рамки собственных задач, физика наглядно показала, что симметрия ограничивает число возможных вариантов структур или вариантов поведения систем. Это обстоятельство исключительно важно, так как дает возможность во многих случаях находить решение как результат выявления единственно возможного варианта, без выяснения подробностей (решение из соображений симметрии).

В-третьих, физика XX в. показала, что по мере углубления наших знаний происходит постепенное стирание граней, разрушение перегородок. Так, стирается грань между корпускулярным и волновым движениями, между веществом и полем. Оказалось, что как вещество, так и поле состоят из элементарных частиц и, более того, пустота — это вовсе не пустота в обычном понимании, а физический вакуум, «наполненный» частицами. Нормой поведения для частиц, рассматриваемых в современной физике, являются взаимопревращения, поэтому мир предстает перед нами как единое целое. В этом мире понятие полностью изолированного объекта по сути дела отсутствует.

В-четвертых, современная физика подарила нам принцип соответствия. Он возник в квантовой механике на этапе ее начального развития, но затем превратился в общий методологический принцип, отражающий диалектику процесса познания мира. Он демонстрирует важное положение диалектики: процесс познания — это процесс постепенного и бесконечного приближения к абсолютной истине через последовательность относительных истин. Принцип соответствия показывает, как именно в физике реализуется указанный процесс приближения к истине. Это не механическое добавление новых фактов к уже известным, а процесс последовательного обобщения, когда новое отрицает старое, но отрицает не просто, а с удержанием всего того положительного, что было накоплено в старом. Изучение физики дает возможность показать, что все физические представления и теории отражают объективную реальность лишь приближенно, что наши представления о мире непрерывно углубляются и расширяются, что процесс познания материального мира бесконечен.

2. Нанотехнологии.

Одним из направлений современной физики является развитие нанотехнологий («нано» обозначает миллиардную долю чего-либо). Нанотехнологии - это способы создания наноразмерных структур, которые придают материалам и устройствам полезные, а иногда необыкновенные свойства. Нанометр (нм) – это ничтожно малая величина, составляющая одну миллиардную часть метра.

 Впервые, еще в 400 г. д.н.э., задумался  о самых малых частицах, из  которых состоит вещество, греческий  философ Демокрит. Именно он ввел  понятие атом, что означает нераскалываемый. В 1905 году великий Эйнштейн высказал  предположение, что размер молекулы  сахара составляет 1 нанометр. В 1931 году  немецкие физики создали электронный  микроскоп, который наконец-то позволил  увидеть человеку нанообъекты. В 1974 году японский физик Норио  Танигучи предлагает назвать  механизмы размером менее одного  микрона, словом нанотехнологии. В 1981 году германские физики создали  микроскоп, с помощью которого  удалось рассмотреть отдельные  атомы. В 1986 году футуролог Эрк  Дрекслер публикует книгу, в которой  предсказывает огромное будущее  нанотехнологиям. С тех пор нанотехногии  получили широкую общественную  огласку. В 1998 году голландский физик  Сеез Деккер находит уже практическое  применение нанообъектам. Он создает  транзистор на основе нанотехнологий. Как наука нанотехнологии развиваются  очень стремительно. Трудно даже  предположить какие перспективы  открываются перед человечеством  благодаря нанотехнологиям. Например, нанотехнология позволяет поместить частицу лекарства в нанокапсулу и точно нацелить её на поражённую болезнью клетку, не повредив соседние. Фильтр, пронизанный бесчисленными нанометровыми каналами, которые пропускают воду, но слишком тесны для примесей и микробов, – тоже продукт нанотехнологий. В лабораториях нанотехнологов испытываются суперматериалы – волокна из нанотрубок, которые в тысячи раз прочнее стали. В современном мобильном телефоне немало материалов и устройств, созданных с помощью нанотехнологий. Эти материалы отталкивают грязь, воду и масло, позволяют создать новые миниатюрные зарядные устройства и т. д.

Нанотехнологии открывают большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологии, микроэлектроники, энергетики и вооружений. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют увеличение производительности компьютеров (фото), восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов напрямую из заданных атомов и молекул и появление новых открытий в химии и физике, способных оказать революционное воздействие на развитие цивилизации.

Нанотехнологии привлекают специалистов-оборонщиков, которые стремятся найти им применение в военном деле. Военные рассчитывают, что созданные на основе нанотехнологий боевая техника и вооружения коренным образом изменят характер ведения боевых действий. Одним из направлений применения нанотехнологий в военном деле является разработка так называемой «мягкой брони», которая может быть применена для изготовления экипировки солдата будущего (рис.). Такая броня сможет принять неограниченное количество пуль, в то время как современные бронежилеты после попадания определенного количества пуль приходят в негодность.

Рис. Костюм солдата будущего

Для того чтобы сделать костюм толщиной в несколько миллиметров достаточно прочным, в нем предполагается использовать решение, подсмотренное в живой природе, а именно структуру паутины. В настоящее время созданы нановолокна из полиуретана диаметром около 100 нм, которые структурно похожи на обычную паутину, только гибче, легче и жестче настоящей. Жесткость костюму будут обеспечивать наночастицы, присоединяющиеся к определенным участкам волокон, соединяя их между собой.

Костюм солдата будущего будет настоящим произведением технической мысли: все жизненно важные параметры солдата (пульс, кровяное давление, энцефалограмма, температура тела и др.) будут измеряться встроенными в костюм датчиками. Состояние солдата будет выведено как на проектор на шлеме, так и на медицинский компьютер. Ряд полимерных линейных приводов (актюаторов), из которых будет состоять костюм, по сигналу от «медицинского» компьютера будет делать определенные его участки жестче или мягче. Если, например, солдат сломает ногу, местный экзоскелет позволит захватить ее в искусственные шины, сформированные тканью костюма. По словам конструкторов, специально сконструированные наномашины-усилители, входящие в состав экзоскелета брони, смогут увеличить силу солдата на 300%.

Костюм будет способен распознавать химическую или биологическую атаку. Для этого уже создан чип, на котором содержится около 1,5 миллиона живых клеток человеческой печени, чувствительной, как известно, к различным вирусам и ядам. Чип представляет собой две ультратонкие пластины из кремния, разделенные рядом микроканалов и расположенные специальным образом на костюме. Как только к клеткам поступят вещества, вредные для человека, они выработают определенный химический ответ, который будет интерпретирован «медицинским» компьютером, и солдат получит сообщение об опасности. Это позволит ему защититься от химической или биологической атаки раньше, чем она станет смертоносной.

В 2008 году Джон Баркер, профессор Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго, заявил, что вместе с коллегами ему удалось создать математическую модель собирания кибернетических микроустройств в стаи. Большинство частиц могут «разговаривать» только с ближайшими соседями, но, когда их много, они могут «общаться» на больших расстояниях, Собранные в одном месте тысячи роботов образуют ударную группу, готовую действовать по воле человека. По мнению американских военных, ее можно применять, например, для поражения танков противника: «облако» микророботов, несущих заряд, окутывает бронированную машину и взрывается. Такое «облако» может использоваться и в интересах разведки. Сценарий здесь может быть таким. Распыленное в окрестностях важного объекта «облако» незаметно перемещается в его сторону. Попутно выбираются оптимальные места для размещения «субоблачков». «Облако» видеонаблюдения, каждая «пылинка» которого представляет собой отдельный пиксель матрицы с интерфейсом связи с соседями, стремится занять лучшую позицию для большего обзора пространства. «Жучки» или, возможно, «мошки» устанавливают контроль за звуками. Самая сложная часть – передача информации в штаб разведки – в ближайшее время вряд ли сможет обойтись без засылки агента с устройством (рис.).

Рис. Оружие будущих войн

Перспективным направлением применения нанотехнологии в военном деле считается создание новых материалов для боевой техники и оружия. Например, военные машины предполагают оснастить специальной «электромеханической краской», которая позволит менять им цвет, а также предотвратит коррозию и сможет «затягивать» мелкие повреждения на корпусе машины. «Краска» будет состоять из большого количества наномеханизмов, которые позволят выполнять все вышеперечисленные функции. Также с помощью системы оптических матриц, которые будут отдельными наномашинами в «краске», исследователи хотят добиться эффекта невидимости машины или самолета.  Таким образом, на сегодняшний день основные усилия военных нанотехнологов направлены на поиск новых материалов, улучшение систем управления боевой техникой, создание самовосстанавливающихся систем, обеспечение связи и разработку защиты от бактериологического и химического оружия.

Использование нанотехнологий позволит в будущем решить ряд наиболее значимых для человечества проблем. Одна из них – обеспечение мировых энергетических потребностей. Согласно прогнозам, спрос на электроэнергию к 2025 году вырастет на 50%. Использование ископаемого топлива растёт и может удвоиться в ближайшее время. С учётом имеющихся запасов природного топлива эта проблема будет с каждым годом только усугубляться. Предполагается, что нанотехнологии позволят решить энергетические проблемы посредством применения более эффективного освещения, топливных элементов, водородных аккумуляторов, солнечных элементов, распределения источников энергии и децентрализации производства и хранения энергии за счёт качественного обновления электроэнергетической системы, так сказать, «на нано-уровне».

Некоторые интересных факты о нанотехнологиях:

1. Нанотехнологии остаются определенной загадкой, мы их не видим и, следовательно, не ощущаем. Ученые говорят, что медицина будущего будет полностью построена на их основе, но как-то странно думать о том, что нанометры непонятно чего спасут человеку жизнь.

Нанотехнологии нашли свое место в потребительском секторе, в лекарствах, в еде и других сферах. Становится все труднее отслеживать нелегальное использование нанотехнологий. И по правде говоря, их потенциал еще далек от желаемого уровня.  В лабораториях и на бумаге — сплошные прорывы, но на рынок попадают только очень немногие формы нанотехнологий.

Медицина представляет собой самую захватывающую область для применения нанотехнологий. Многие методы лечения рака, которые разрабатываются в данный момент, построены на борьбе с опухолью на клеточном уровне. Исследователи показывают весьма многообещающие результаты использования наночастиц золота в лечении разных типов рака. Частицы отправляются прямиком в раковые клетки и нагреваются с помощью инфракрасного луча.

Доставка наночастиц представляет собой самую большую проблему, связанную с применением их в медицине. Нужно доставить наночастицы в пораженные клетки, не повредив здоровые. Как только система доставки определится (что уже нелегко само по себе), частицы должны помочь создать ряд новых неинвазивных методов лечения, которые справляются с опухолью без хирургической травмы.

Одним из решений доставки наночастиц могут быть крошечные золотые звезды, которые разрабатываются в Северо-западном университете. Звездчатые частицы покрываются препаратом под названием ДНК-аптамер (молекула ДНК, которая может прикрепляться к нужным молекулярным мишеням). Нанозвезды ориентируются на протеины в раковых клетках. Протеины услужливо доставляют звездочки к ядру, и как только они прикрепляются к цели, выстрел из лазера высвобождает лекарство из нанозвезды, и оно начинает свое лечение ядра. У клетки не остается шансов.

Каким бы ни был механизм доставки, нанотехнологии могут позволить докторам остановить рак мозга без физического вмешательства в череп пациента, или излечить рак легких без необходимости вскрывать чью-либо грудную клетку.

2. Вне зависимости от того, какой тип компьютера или устройства вы используете для чтения этой статьи, вероятнее всего вы имеете дело с нанотехнологиями. Процессоры и компоненты памяти сделаны с использованием наноматериалов, которых полно на рынке, а на клавиатурах и мышках  можно найти антимикробное покрытие.

В ближайшем будущем мы вполне можем увидеть фотонные кристаллы, которые облегчат нам чтение с экранов планшетов в дневное время, изменяя цвет отраженного солнечного света, а не полагаясь на свет, излучаемый устройством. Органические светоизлучающие диоды уже стоят в очереди, чтобы наверняка заменить ЖК-дисплеи в качестве универсального стандарта экранов смартфонов. Кроме того, тонкий слой наночастиц будет простым решением по защите смартфона от смерти от случайного падения в воду.

Совсем скоро электроника будет работать в три раза дольше на одном заряде только потому, что крошечные волоски в виде нитевидных нанокристаллов будут встроены в батареи. Графеновые батареи вполне решат проблему зарядки смартфонов, а ведь графен — это прямое следствие исследования нанотехнологий.

3. С начала 2000 годов индустрия моды заинтересовалась нанотехнологиями. И несмотря на то, что общественность не особо заинтересовалась возможностью зарядки смартфонов прямо от футболок, это направление тоже развивается. Идея пьезоэлектрических генераторов не лишена смысла. Представьте себе палатку, которая могла бы генерировать электричество из малейших дуновений ветра, чтобы можно было зарядить свой фонарик. А как насчет лодки, которая получала бы электричество из каждого лоскутка своего паруса? Нанотехнологии, вшитые в ткань, обретают смысл.

Тем не менее, не все идеи использования нанотехнологий были хорошо приняты. Много вопросов и негодования породили предложения использовать наночастицы для уничтожения бактерий, вызывающих неприятный запах одежды. Дизайнеры спортивной одежды поспешили с внедрением этого метода, как вдруг обнаружили, что частицы наносеребра убивают не только вредные, но и полезные бактерии (а потому не могут быть использованы при очищении воды, например), а также вызывает врожденные дефекты у рыб и других организмов.

В конце 2011 года Агентство по охране окружающей среды США (EPA) разрешило использовать продукты с наносеребром, только если их безопасность не вызывает сомнений — решение, которое стало следствием направленного возмущения общественности.

3. На протяжении многих лет текстильная промышленность пыталась разработать водонепроницаемые ткани. Но получилось это только тогда, когда они стали использовать нитевидные кристаллы. Если вы когда-либо видели, как капли дождя стекают по цветку лотоса — это работа природных нитевидных кристаллов. Лист покрыт нановолосками, которые поддерживают капли воды, не позволяя им впитываться или смачивать поверхность листка. Добавив нанотрубки в волокна одежды, производители могут создавать коттон, шерсть или синтетическую ткань, которая не впитывает воду.

Изучая пальцы гекконов, исследователи выяснили, что каждый палец существа покрыт нановолосками, которые настолько малы и многочисленны, что используют силу Ван-дер-Ваальса (межмолекулярного сцепления), чтобы удерживаться на гладкой поверхности. Биолог Р.Фулл вместе с другими инженерами воспроизвели механизм пальцев геккона в виде лапок, которые позволили альпинисту лазать по зданиям.

Важным уроком здесь выступает то, что мы только-только приступили к изучению нанотехнологий, которые давно используются в живой природе. Теперь нужно научиться делать продукты, которые дополняют живой мир, а не повреждают его.