На мегауровнях – во Вселенной – по мегатехнологиям происходят аналогичные процессы на Земле по ее нижестоящим технологиям: макро-, микро-, нано- и других. Следовательно, общее развитие технологий направлено в глубь вещества с расширяющимся объемом применения интенсифицированной электромагнитной энергии. Главная сущность здесь заключается в оптимальном сочетании магнитных и электрических полей в каждом конкретном случае.
В данное время наше развитие находится на уровне начала познания, разработок и применения нанотехнологий в различных областях созидания. В дальнейшем, диалектическое развитие нанотехнологий (10-9м) будет переходить в глубь вещества на пико (10-12м), фемто (10-15м) и другие технологии с повышением интенсивности применения электромагнитной энергии, достигающей уровня превращения одного химического элемента в другой.
Кроме того, в будущем нанотехнологии будут переходить в электронные технологии с квантами массы – электронами, затем в квантовые технологии с квантами электромагнитной энергии – фотонами и кварковые с квантами электромагнитной энергии – кварками.
В зависимости от величины электромагнитных полей при взаимодействии между веществами происходит два вида реакции:
- химические, определяемые электронами, квантами и кварками при слабых полях;
- ядерные, определяемые ядрами атомов и ионов при сильных полях.
Электронные технологии основаны на движении электронов под воздействием электромагнитных полей, позволяющих управлять технологическими параметрами и формировать необходимую структуру продукции. Квантами масса здесь являются электроны; масса электрона – 0,9×10-27г. При этом магнитные поля отвечают за формирование структуры, а электрические – за скорость ее образования.
Квантовые технологии основаны на движении фотонов в виде концентрированных пучков света, позволяющих повышать температуру веществ вплоть до их плавления и испарения. Квантами электромагнитной энергии здесь являются фотоны.
Лазерные технологии основаны на согласованном движении атомов газового лазера под воздействием электрического разряда, под влиянием которого возбужденные атомы начинают испускать фотоны. Когда критическая точка достигнута, лазер начинает излучать мощный поток электромагнитных волн с высокой энергией. Лазерные технологии являются примером самоорганизации.
Кварковые технологии. Свойства веществ сводят к свойствам составляющих их мельчайших частиц, исторически которыми сначала считали атомы, затем элементарные частицы, теперь – кварки [1].
Кварки – гипотетические материальные частицы, из которых состоят элементарные частицы: адроны (барионы и мезоны), протоны, нейтроны, электроны и др. размером <10-9нм и дробным к электрону электрическим зарядом +⅔(0,667)∙е- и -⅓(0,333)∙е-. В свободном состоянии кварки не существуют вследствие очень сильного взаимодействия в частицах, в качестве связок в которых находятся глюоны [5].
Электромагнитные поле управляют кварками, что позволяет создавать новые кварковые технологии, которым принадлежит будущее, особенно в высокотемпературных сверхпроводниках.
Интеллектуальные (разумные, интеллект – разум) технологии на способности созданных материалов и изделий изменять свои свойства под воздействием внешних условий. Эти технологии могут быть использованы, например, для создания интеллектуальных огнеупоров, изменяющих свои свойства под воздействием условий их службы в сторону существенного повышения износоустойчивости огнеупоров.
Биотехнологии, в т.ч. и генная инженерия, психотехнологии основаны на применение механических и электромагнитных усилий для изменения структуры и свойств органических соединений, клеток, ДНК, нейронов и др.
В целом любые технологии представляют собой открытые системы, обменивающие с окружающей средой массой, энергией и информацией. По степени взаимодействия с окружающей средой все системы подразделяются на открытые, закрытые (нет обмена веществом, энергией и информацией) и изолированные (не обмениваются веществом, но обмениваются энергией). Их состояние описывается макроскопическими параметрами: объем – V, давление – P, температура – Т и число молей химических элементов – Nк. Кроме того, изменяют функции переменных состояний: внутренняя энергия – U, энтальпия – H и энтропия – S.
Эти параметры используют в термодинамических и синергетических процессах.
В термодинамических процессах равновесная термодинамика описывает лишь небольшую часть Природы, а основные процессы в Природе относятся к неравновесной термодинамике. Так, биосфера поддерживается в неравновесном состоянии потоком энергии, приходящем на Землю от Солнца, а сам поток энергии является результатом неравновесных ситуаций в существующей Вселенной.
Необратимые процессы порождают энтропию. Без необратимых процессов жизнь была бы невозможной. Необратимые процессы приводят к новым пространственно-временным структурам. Как указывает И. Пригожин «Мы дети, а не предки эволюции».
В равновесной термодинамике, в состоянии равновесия потоки и сила превращаются в ноль. В термодинамике неравновесных процессов соотношение взаимности между ними стали основополагающими результатами.
В термодинамике используется принцип отрицательной обратной связи, основанном на сохранении динамического равновесия в системах при воздействии на них параметров окружающей среды. В состоянии же термодинамического равновесия в системах не происходит каких-либо физических или химических процессов.
Порядок в Природе может поддерживаться только с помощью самоорганизации, которая позволяет адаптироваться к окружающей среде и быть устойчивыми к внешним воздействиям.
В синергетических процессах (синергетика – наука о самоформировании) рассматриваются вопросы самоорганизации систем, характеризующихся открытостью, нелинейностью, неравновесностью и изменчивостью. Кроме того, самоорганизующимся системам свойственна поливариантность и непредсказуемость перехода системы из одного состояния в другое. Резко возрастает количество степеней свободы в точках бифуркации. Процессы самоорганизации происходят в результате взаимодействия случайности и необходимости и всегда связана с переходом от неустойчивости к устойчивости. Здесь информация рассматривается как реализация какой-либо возможности.
Синергетические (самоформирующиеся) технологии основаны на наибольшем использовании свойств самих веществ (компонентов) для формирования необходимых свойств готовых изделий под воздействием электромагнитной энергии. В основе синергетики лежит механизм самоорганизации систем с постоянным обменом своим содержанием (веществом, энергией и информацией) с окружающей средой. Но для этого необходима открытость систем и их неравновесность – только тогда эволюция в них сопровождается изменением старых структур и порядка.
В синергетике используется принцип положительной обратной связи, когда изменения в старой системе не устраняются, а накапливаются и усиливаются. Постепенные количественные изменения в старых системах переходят в качественно новые изменения с образованием систем с новыми системными свойствами. По мере возрастания неравновесности взаимодействие между системой и окружающей средой усиливается. Возникающая при этом энтропия в системе диссипатируется (рассеивается) – такие системы называются диссипативными.
В химических реакциях самоорганизация проявляется при поступлении из вне новых реагентов и удалении в окружающую среду.
Сущностью синергетических технологий является то, что макроскопические системы качественно меняют свое состояние в результате изменений, происходящих на микроуровне. В процессе самоорганизации наблюдается связь между случайностью и необходимостью, когда отклонение от равновесного достигают критической точки бифуркации с высокой степенью свободы с непредсказуемым направлением дальнейшего развития системы.
В точке бифуркации система может перейти как в беспорядочное состояние с ее разрушением, так и в упорядоченное состояние с ее самоорганизацией и параметрами порядка. Это взаимодействие между элементами системы в процессе самоорганизации имеет нелинейный характер. В синергетике из хаоса или беспорядка возникает порядок, а с другой стороны сам хаос имеет очень сложную форму упорядоченности.
Синергетические технологии в процессе самоорганизации должны удовлетворять следующим требованиям:
1. Технологическая система должна быть открытой с высокой степенью взаимодействия с окружающей средой: вакуумом для взаимодействия компонентов системы друг с другом, температурой, давлением, электромагнитными полями, газами, жидкой фазой и др.
2. Открытая система должна находиться достаточно далеко от точки термодинамического равновесия – исходные компоненты системы должны иметь более различные химические потенциалы.
3. Система должна соответствовать принципу образованного порядка через флуктуации под воздействием электромагнитных полей, являющихся движущей силой движения компонентов.
4. Система должна удовлетворять принципу положительной обратной связи – появляющиеся в технологической системе изменения не устраняются, а наоборот, накапливаются и усиливаются, что и приводит к самоорганизации системы с образованием нового порядка и структуры.
5. Процессы самоорганизации должны сопровождаться нарушением симметрии с разрушением старых и образованием новых симметрий и структур.
6. Для самоорганизации технологические системы должны иметь достаточное количество компонентов, взаимодействующих друг с другом с добавками различных катализаторов, пептизаторов, диффузантов и др.