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纳米热引发的社会学思考

2013-07-20 13:31 来源: 《未来与发展》2003年03期 作者:阎莉、邢如萍


 

在当今时刻面临生态危机的时代,人们的神经似乎异常敏感,对于任何新事物,尤其是新出现的科学技术都怀有一种忧虑。纳米科技作为20世纪最引人关注的领域自然逃不过这种忧虑。事实上,自其诞生的那一刻,赞同与反对就如同孪生兄弟始终相伴左右。在与科学家纷纷投入或转向纳米科技研究的同时,社会学家和未来学家以其超越时代的预言不断地向纳米科技的研究和开发泼冷水,这种行为可能会导致热衷于纳米研究的科学家的反感,但是撇开反感的负面效应,对纳米科技的出现进行社会学意义上的思考则不仅有利于人们客观地评价这一新兴领域,而且有助于人们对它的发展进行正确的引导,进而从政策上给予必要的倾斜和控制。

一、纳米热

1981年,当IBM公司苏黎士实验室的两位科学家——宾尼和罗雷尔发明了被称为“扫描隧道显微镜”(STM)的神奇仪器之后,也同时宣告了一个引发世界性关注的全新科技领域的诞生。因为这一新发明第一次使人们借用仪器看到了原子实体,看到了原子在物质表面上的排列形式。在这之后,科学家借助STM不仅可以看到原子、分子,而且可以操纵原子和分子。1990年,IBM公司下属的研究所利用STM技术实现了人类操纵原子的梦想,他们用35个氙原子在镍表面上排出"IBM"字样,所排出的字样不到3纳米。由此揭开了人们探索纳米世界的序幕。

与微观世界和宏观世界不同,纳米世界是界于二者之间的一个新奇的世界,这不仅表现在它具有大于微观物质,远小于宏观物质的尺寸,而且表现于它具有独特的物理化学性质。从尺寸上看,纳米世界包括那些大小在1纳米—100纳米之间的物质,而且这些物质具有以下特征:第一,它们必须至少有一个维具有1纳米—100纳米的尺度;第二,它们的设计过程必须体现微观的操控能力,即能够从根本上左右分子尺度的结构的物理性质与化学性质;第三,它们能够组合起来形成更大的结构[1]。从特征来看,纳米世界与物质的基本结构单元相邻接,但是又不属于微观层次,因为它有稳定的物理化学性质。另一方面,它也不属于宏观世界,因为它有较小的尺寸。正是在这个意义上,人们将纳米世界看作是微观世界与宏观世界之间的中尺度世界。由于纳米世界的物质具有稳定的物理化学性质,确定了最小的天然结构,从而成为物质微型化过程的最终极限,换句话说,在物质构造层次上,再没有比纳米世界更小的结构了。这有点像现在同样很热门的超弦理论所描述的超弦是物质构造的最底层次一样,纳米物质是具有一定物质特性的最低层次。

在纳米世界里,中国古代的先哲——庄子的“一尺之棰,日取其半,万世不竭”的话似乎不再起作用。事实是当物质的可分性到达纳米尺度的物质世界时,物质的物理化学性质都会发生根本的改变,这种改变经过科学家的探索,认为至少体现在四个方面:(1)表面效应,是指球型颗粒的表面积与颗粒直径成反比。当物质的尺寸小于10纳米时,其表面原子数会急剧增长,以致于1克纳米颗粒的表面积的总和可高达100米[2],这时的表面效应将不容忽略。(2)小尺寸效应,随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性质的质变,这种变化即为小尺寸效应。对纳米颗粒而言,尺寸变小,同时其表面积增加,一系列新奇的性质将会产生,主要表现为光学、热学、磁学性质发生根本的变化,而这些变化通常都有利于人们对物质的操作和控制。(3)界面效应,纳米材料通常有非常大的界面,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出很好的韧性与一定的延展性,使材料具有新奇的界面效应。(4)量子效应,介于原子和大块材料之间的纳米的能带不是连续的而是分裂为分立的能级,能级间的距离随颗粒尺寸的减小而增大,当热能、电场能或磁场能比平均的能级间距还小时,就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性,称之为量子效应[2]。纳米物质的这些新奇性质对科学家而言是极富诱惑力的,各个领域的科学家都想在此占领制高点,以取得具有原创性意义的研究成果。同时,纳米物质潜在的商业价值也引发了企业家的兴趣,他们纷纷将投资的热情转向纳米制造。这样两种力量的共同合力使得纳米科技的研究和开发以蓬勃发展的势头迅速席卷全球。自1990年在美国召开纳米技术学术会议正式确立了“纳米科技”之后短短几年时间里,纳米科技的研究和开发取得了长足的进步,美国已研制成只有4纳米具有开关特性的复杂分子,它由激光驱动,开、关速度快,为研制激光计算机提供技术基础。1994年,美国TL公司研制成功在常温下工作的量子器件,其速度和功能比普通同样规模的集成电路高3倍,而体积则为后者的1/3。1993年,日本日立公司与英国剑桥大学合作,研制成功存储容量达16吉拉的“单分子存储器”。与此同时,纳米制造业也取得了巨大的进展。日本已经开发出制作100纳米以下的精细量子线结构的技术;日本的五家公司与美国摩托罗拉公司进行国际合作,研究量子线超微细加工技术,开发存储量为1吉拉的半导体存储器的制造技术。在与科技界和企业界热衷于纳米科技的研究和开发的同时,各国政府也积极参与了全球性的竞争行列,体现为政府纷纷拿出巨额资金资助纳米科技的研究和开发。1999年,当时任美国总统的克林顿宣布制订“国家纳米技术计划”,计划一出台,立即为这项计划的实施提供了4.22亿美元的资金支助,而到2001年,新当选的布什总统接着制订了一项4.87亿美元的用于发展纳米技术的计划[4]。同美国相比,其他国家也不甘落后,日本、中国、以色列、澳大利亚、韩国、英国、加拿大和俄罗斯等国每年投入大量资金进行纳米科技的基础研究与开发。许多组织也表现出对纳米科技的热衷,例如一个跨机构的工作小组认为,为了加速美国纳米技术的发展,各大学应当在不同学科之间展开合作,应当鼓励和扶植一批有影响的大学纳米技术中心,应该把纳米科学和工程的知识引入课堂,还应该在多学科之间建立硕士点和博士点以及博士后流动站[5]。

对纳米科技的热衷不仅停留在科技界、企业界、政府和大学,而且波及到整个社会,未来学家、社会学家、文化学家都对纳米科技的迅速发展和扩张给予点评,由此引发了一场对纳米科技发展的优劣的大讨论,虽然这场讨论不像对克隆技术的争论那样激烈和引人关注,但是作为对可能引起第四次产业革命的纳米技术的大讨论,其潜在的价值和意义及其影响可能会更大。正是在这个意义上,我们将对由纳米科技的出现而诱发的社会学层面上的讨论给予关注。

二、纳米热:是福,还是祸?

同任何一个新出现的科学技术一样,纳米科技一出现,就被喜欢憧憬未来的人们赋予了很大的期望,小说家、未来学家及流行报刊一窝蜂涌向这一领域,把纳米世界描绘成一个蕴藏着无尽潜力的地方,他们视纳米技术为通向一个技术乌托邦的捷径,将给世界带来登峰造极的繁荣,无污染的工业,乃至长生不老之类的东西。在K.Eric Drexler所著的《创世机器》(Engins of Creation)一书中,描述了如何实现对物质的神力般的操控。这本书介绍了自复制纳米机器的种种神奇功能,向人们描绘了纳米机器能制造几乎任何一种有用的东西,同时还能扭转全球变暖的趋势、包医百病并大大延长人的寿命[6]。从那以后,纳米技术就一直被这种幻想的色彩所笼罩着,而且这种幻想由于科学家的加盟变得似乎非常有说服力,这种对纳米科技的乐观主义态度成为政府、企业乃至其他社会阶层为大力发展纳米科技出谋划策的精神支柱。

对于纳米物质的出现将会给人类带来无尽的利益和财富的乐观态度并不是所有的人都持有的,一些未来学家、社会学家,甚至是一些科学家和企业家提出了对纳米科技过度发展和热衷的忧虑。美国太阳微系统公司的创始人比尔·乔依是对纳米科技发展泼冷水的代表,他认为,对于纳米科技“惟一现实可行的选择就是退避:通过限制我们对于对手某种知识的追求来限制这种过于危险的技术的发展。”[7]由于乔依是作为企业界的代表人物来说这番话的,因而他的警告立刻引起了人们的关注,使得10年前就曾被提出的对纳米科技的发展的忧虑重新成为人们议论的话题。2000年6月,一个纳米技术研究小组发表了一份他们称之为具有远见卓识的研究纲领。与乔依一样,这个研究小组的人员认为失控的纳米技术是可怕的妖魔鬼怪。

 对于纳米技术的担忧最早不是由科学家和企业家提出的,而是由那些通常比别人更喜欢预测未来的未来学家提出。1986年,兼理论家与未来研究所智囊团主席于一身的K·埃里克·德雷克斯勒出版了一本叫作《创世的引擎》的书,在这本书中,德雷克斯勒描绘了一个纳米时代的乌托邦世界,“在那里,微型‘装配工’管理着原子尺度的生产线,它们几乎可以制造出所有难以想象的产品来。如汽车、地毯或者是一块烤鱼片。”[8]在描述这些纳米机器人为人类制造出各种产品的同时,德雷克斯勒设想了纳米技术的潜在威胁,提出了被他称为“灰色忧伤”的问题,这就是,微型装配工在制造产品的同时,无限制地复制自己,“吃”掉了阻挡在它们面前的所有一切东西,包括植物、动物以及人类。当然,德雷克斯勒的描述还停留在科学幻想的层次,未来纳米技术的发展是不是会出现书中所描绘的“灰色忧伤”,这还是一个不得而知的问题。然而正如乔依在他那篇发表于《连线》杂志上的文章所承认的,在一些朋友的建议下,他最初删去了德雷克斯勒所预见的纳米繁荣和纳米末日,但是,1999年夏天,当他了解到一些过去只是在假象中的微型机器现在已经被制造出来时,他还是加上了这一部分。后来,他又得知纳米机器的自复制已经远远超出了生物系统,研究人员已经表明,简单的缩氨酸分子已经能够催化它们自身的复制。乔依认为,尽管自复制的纳米机器也许不会很快出现,但是它们正变得越来越可能出现了,而这意味着的就是危险[9]。

从目前对于纳米技术最为担心的地方表现在以下几个方面:首先是对所谓纳米机器人的忧虑,科学家已经预测到当纳米科技取得突破性的进展,人们有可能制造出纳米大小的机器人,这种机器人在医学上将会发挥巨大的作用,因为这些被制造出的机器人可以针对专一的器官或细胞,进出于细胞甚至细胞核修复损伤的基因。但是,一些物理学家对此持怀疑态度,他们认为量子的不确定性及热振动将使分子机器无法运转;生物学家认为人体将剧烈地排斥这些异物,而这种排斥将会给人体带来怎样的危害是无法预知的;化学家则告诫说,想象的纳米机器人会因不恰当的应力而导致机器爆炸。其次是对纳米物质所具有的自我复制能力的担忧,从纳米技术的科学原理来看,自组装是其最主要的特性之一,这种方法是利用原子、分子互相追求的自然趋势,将数以亿计的原子、分子混合,让它们借自然亲和力互相结合,自动构成所需要的构型。由于过程是自动的,这就存在一个问题,即原子、分子的自组装能否被很好控制?原子、分子的自组装是否会产生没有被预测到的一些产物?如果这些产物是对社会有害的,那么它一旦被产生出来之后,人们能否控制它?当然,这一切同样只是一种假象,也许人们根本就制造不出那种无所不能的自我复制的物质,但是正如乔依所指出的:“在这样一个飞速发展的时代,暂时造不出来并不能使我们高枕无忧。”有谁能肯定20或30年之后,那些自组织化学过程与某些受控原子进行组合后,不会产生像病毒那样对细胞进行侵害的人造生物呢?如果说人们对纳米科技发展的前两项担心还是停留在由于技术的不过关而引发的各种社会问题的话,那么在经过了冷静的思考之后提出的忧虑则可能更为现实。2000年9月,美国国家科学基金会主办了一个会议,会上,来自于研究领域、智囊团和政府机构部门的代表们聚集在一起,探讨了人们对于纳米技术与日俱增的忧虑。其中,最受人关注的并不是纳米机器人,而是关于纳米技术的一些社会问题:现有的教育体系能否培养出足够的纳米技术工人?纳米技术在电子学领域的发展是否会削减成千上万人赖以生存的传统工业?随着纳米技术和分子生物学技术成本的日益降低,是否会使恐怖分子或其他小团体能更容易地制造危险的细菌[10]?可以看出,这些担忧已经涉及到教育、就业甚至是人类的生存等各个方面。不仅如此,纳米科技的发展还有可能涉及有关政府政策的制订、人们的价值观趋向等更深层次的问题。例如,今天大部分人认为全球气候变暖趋势很难改变,但是纳米技术可以将额外的温室气体从大气中去除,还有其他被人们认为难以消除的环境污染,借用纳米技术都可以迅速解决。这就存在一个问题,即现在的环境保护还要不要?同样,利用纳米技术似乎可以制造出人们需要的一切东西,如果那一天来到,人们好象可以完全脱离自然而生存了,那么自然对人类还有什么意义?诸如此类的问题已经将纳米科技的发展带给人们的思考上升到哲学的高度。从这个意义上说,纳米热引发的不仅仅是社会学层面的问题,而且是人的认识问题和价值观念问题,对这些问题的思考将会引发一场思维观念的变革。

三、保持必要的张力——对纳米热的理性思考

作为一个新生事物,纳米科技的出现尽管被持有反对态度的人提出种种责难,但是纳米科技的发展却是谁也无法阻挡的事实,而且这种发展的速度丝毫也不会减慢,其中的原因在于推动纳米科技发展的力量远远大于反对的力量。在一篇题为“纳米时代的到来为什么这么快”的文章里,作者罗列了推动纳米科技发展的10个因素:来自可以调整规模的生产的推力;来自公共资金的推力;来自研究的推力;相得益彰的思想交流所带来的推力;企业家精神所带来的推力;来自风险资本的推力;竞争所带来的推力;电脑的威力所带来的推力;来自先进软件的推力;来自认识加深的推力[11]。从这10个推动纳米科技发展的力量来看,这些推力并不仅仅是单方面的,而是多元的,既有来自于生产方面的要求,也有企业竞争的需要,还有研究机构、政府、社会以及认识方面的支持。面对如此强大的推动力量,任何反对可能都是相形见拙的。但是从相反的角度而言,既然有相当数量的人提出纳米科技过度发展的忧虑,而且有一些忧虑的确具有现实性,这说明,纳米科技的发展确实应当考虑现实以及未来可能出现的问题。权衡二者,我们认为对于纳米科技发展应当采取一种折中的态度,在促进纳米科技发展的同时,给予这种发展一定的导向和调控,引导纳米科技走向为人类谋福利是必要的。

为了保持纳米科技发展的必要张力,我们认为政府、企业、研究机构乃至普通公众都应当对纳米热的出现采取一种理性的思考。作为政府,在向纳米科技政策的倾斜方面,应当进行提前考察和论证,听取专家和公众的意见。在资金投资方面,政府更要理智对待,因为在当今科学技术的发展依赖于资金支持的时代,科技人员为了获得政府的资金支持,往往会过分渲染一项研究的价值,正如Gary Stix所言:“典型的纯学术人员可能倾向于说他们自己是‘中尺度工程师’。但是要煽起轰动效应,还得靠‘纳米’这个术语来炒作。从事分子操纵的科学家们对于如何吸引并拉住公众的注意力早已是拿手好戏,或许这一本事并非在杜邦公司发明了其公司口号‘化学助你改进产品质量、提高生活水平’之后才开始。而在纳米技术这个例子中,研究人员需要拉拢的就是华盛顿那些掌管着研究经费的议员们的投票了。”[12]一位曾协助组织克林顿政府争取纳米技术拨款的活动的前白宫官员Duncan Moore曾直言相告:“要想说服预算与决策部门为你提供更多的资金,你就得端出一些新颖的、动人的、尖端的、前沿的东西来。”[13]这就要求政府在做出向纳米科技的政策倾斜和资金支持之前,慎重考虑,弄清那些申报上来的项目是不是有过分夸大其词的地方。另外作为协调整个社会发展的政府,还应当考虑纳米科技的发展可能带来的负面效应,例如前面提到的就业问题、教育问题等,在促进纳米科技发展的同时,保持社会的稳定。作为企业,在向纳米产品的投资和转向方面,更是要慎重行事,因为纳米科技产品的生产有可能给企业带来巨大的经济效益,但是由于大多数纳米产品都还处于研制阶段,其未来的市场前景如何有时候是很难预料的,如果市场前景不好,将有可能给企业带来难以弥补的损失。因而,面对纳米热,企业做出理性的选择是必要的。在对纳米科技的研究和开发中,科学家和技术专家可能是最热衷的,其中的原因在于科学家和技术专家天生具有的好奇心促使他们总是充满了对未知探索的欲望,他们往往如同孩子一般,刚刚明白了积木是什么,却同时又正在学会娴熟的手工,以便把积木摆好。对纳米科技这一充满了研究机遇的领域,科学家和技术专家当然是不会错失良机。但是在如今科技的发展为人类的生存环境不断带来危机的时代,科学家和技术专家的责任不仅是为科学和技术的发展增砖添瓦,他们的责任还在于为保护生态环境做出贡献。这就要求,科学家和技术专家在研究和开发纳米科技时,首先应当考虑这种研究和开发是否会给生态环境和人类的生存造成威胁,这种未雨绸缪的考虑对于研究和开发纳米科技的科学家和技术专家不仅是必要的,而且是必须的,否则的话,有可能纳米科技真的出现难以控制的局面,到那时,恐怕连这些研究和开发了纳米科技的科学家和技术专家也会无能为力。作为普通公众,可能会说他们对于纳米科技发展的调控是难以起到什么作用的,事实却不然。作为普通公众,对纳米科技接受与否是左右纳米科技发展的关键。因为无论任何科技产品,最终都要从科学家的实验室或企业家的工厂走向普通消费者。同时,任何科技产品的好与坏最终也是由普通公众来体验,从这个意义上说,保持纳米科技发展的张力同普通公众有着密不可分的关系。作为普通公众有权力,也有责任为纳米科技的发展提出自己的建议。为此,纳米科技政策的制订者和纳米科技的研究开发者应当让一些该领域以外的人参与到纳米科技的发展中来,了解公众对纳米科技发展的态度和建议,惟有如此,才能从根本上保持纳米科技发展的必要张力。

总而言之,保持纳米科技发展的张力需要多方面的努力,既需要政府正确政策的制订,也需要企业理智的态度,还需要科研人员理性的分析,更需要公众积极的参与,只有将这些多元力量拧成一种合力,纳米科技的发展才有可能不负人们的期望,为人类的发展谋福利。请让我们拭目以待。

【参考文献】
[1][6][12][13] Gary Stix:“微观世界里的大科学”[J],《科学》2001,12
[2]古宏晨:“纳米材料:21世纪的新材料”[J],《世界科学》
[3]王静端:“划时代的新学科——纳米电子学”[J],《世界科学》
[4][11]侯海涛编译:“纳米时代的到来为什么这么快”[J],《世界科学》
[5]Philip H.Abclson,刘道军译:“纳米技术:未来最有可能取得突破的领域”,Science,2000,4,14
[7][8][9]Robert F.Service,赫建纲译:“纳米技术,危乎哉?”[J],Science,2000,11,24

 

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