Exista o multime de cameră la fund

Source: http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html

O invitaţie pentru a introduce un nou domeniu de Fizică

 de Richard P. Feynman

Aceasta transcriere a vorbi clasice care Richard Feynman a dat la 29 decembrie 1959, la reuniunea anuala a Societatii Americane de Fizica de la California Institute of Technology (Caltech), a fost publicat prima dată în Caltech Inginerie si Stiinta, volum 23:5, februarie 1960, pp 22-36. Acesta a fost pus la dispoziţie pe internet la http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html cu amabilitatea lor. Originalului scanat este disponibil.

Intrarea Wikipedia privind vorbi lui Feynman.

Informaţii cu privire la pariuri Premii Feynman

Caută YouTube pentru Richard Feynman

Pentru un cont de convorbire şi de modul în care oamenii au reacţionat la aceasta, a se vedea capitolul 4 din Nano! de Ed Regis, Little / Brown 1995. O excelenta introducere tehnică în domeniul nanotehnologiei este nanosisteme: masini moleculare, de fabricaţie, şi de calcul de către K. Eric Drexler, Wiley 1992.

---

Îmi imaginez fizicienii experimentale trebuie sa arate de multe ori cu invidie la oameni ca Kamerlingh Onnes, care a descoperit un domeniu cum ar fi temperatura scăzută, care pare a fi fără fund şi în care se poate merge în jos şi de jos. Un astfel de om este apoi un lider şi are unele monopol temporar într-o aventură ştiinţifică. Percy Bridgman, în proiectarea o modalitate de a obţine presiuni mai mari, a deschis un alt câmp nou şi a fost capabil să se mişte în ea şi să ne conducă de-a lungul tuturor. Dezvoltarea de vid tot mai mare a fost o dezvoltare continua de acelaşi tip.

Aş dori să descrie un câmp, în care putin a fost facut, dar în care o cantitate enormă se poate face, în principiu. Acest câmp nu este destul de la fel ca ceilalţi, în sensul că nu ne va spune o mare parte a fizicii fundamentale (în sensul de, "Care sunt particule ciudate?"), Dar este mai mult ca fizica starii solide în sensul că aceasta s-ar putea să ne spuneţi mai mult de mare interes cu privire la fenomene ciudate care apar în situaţii complexe. În plus, un punct care este cel mai important este că aceasta ar avea un număr enorm de aplicaţii tehnice.

Ceea ce vreau să vorbesc despre este problema de manipulare şi control lucruri pe o scară mică.

De îndată ce am menţionat acest lucru, oamenii îmi povestesc despre miniaturizarea, şi cât de mult a progresat astăzi. Mi-au spus despre motoare electrice, care sunt de dimensiunea unghiei pe degetul tau mic. Şi există un dispozitiv pe piaţă, mi-au spus, prin care puteţi scrie Rugăciunea Domnului pe cap de un ac de păr. Dar asta e nimic, că e cel mai primitiv, stoparea pas în direcţia am de gând să discute. Este o lume uluitor de mic, care este de mai jos. În anul 2000, atunci cand se uita inapoi la aceasta varsta, ei vor intreba de ce nu a fost până în anul 1960 că cineva a început serios să se mişte în această direcţie.

De ce nu putem scrie întregul 24 de volume ale Enciclopediei Brittanica pe varful unui ac?

Să vedem ce ar fi fost implicat. Varful unui ac este de 1 / 16 dintr-un inch în diametru. Dacă-l măriţi de 25000 diametre, zona capului a pivotului este atunci egală cu suprafaţa de toate paginile Brittanica Enciclopedie. Prin urmare, tot ce este necesar să facem este de a reduce în mărime toate scris în Enciclopedie de 25000 ori. Este posibil? Puterea de rezoluţie a ochiului este de aproximativ 1 / 120 dintr-un inch - care este aproximativ diametrul de una dintre cele mici puncte pe amenzii semi-ton reproduceri în Enciclopedie. Acest lucru, atunci când îl demagnify de 25000 ori, este încă 80 angstroms in diametru - 32 atomi de peste, într-un metal obişnuit. Cu alte cuvinte, unul din acele puncte încă ar conţine în zona sa de 1000 atomi. Deci, fiecare punct poate fi uşor ajustată în mărime în conformitate cu fotogravura, şi nu există nici o îndoială că este destul loc pe capul unui ac pentru a pune toate de Brittanica Enciclopedie.

În plus, acesta poate fi citit în cazul în care este atât de scris. Să ne imaginăm că este scris cu litere ridicat de metal; care este, în cazul în care este negru în Enciclopedia, ne-am ridicat litere de metal care sunt de fapt 1 / 25, 000 de mărimea lor obişnuită. Cum ne-am citit-o?

Dacă am avut ceva de scris în aşa fel, am putea citi folosind tehnici în uz comun astăzi. (Ei vor găsi, fără îndoială, o modalitate mai bună atunci când avem de fapt, scris, dar pentru a face punctul meu conservator, voi lua doar tehnicile pe care le cunoaştem astăzi.) Ne-ar apăsaţi de metal într-un material plastic şi de a efectua un mucegai de ea, apoi coaja plastic de pe foarte atent, se evaporă în dioxid de siliciu de plastic pentru a obţine un film foarte subtire, apoi umbra prin evaporare aur la un unghi faţă de siliciu, astfel încât toate literele mici vor apărea în mod clar, se dizolvă de plastic departe de film de siliciu, şi apoi uita-te prin ea, cu un microscop electronic!

Nu există nici o îndoială că în cazul în care s-au redus de lucru de 25000 ori sub formă de scrisori ridicate pe PIN-ul, ar fi uşor pentru noi să-l citiţi astăzi. În plus, nu există nici o întrebare pe care ne-ar fi uşor de a face copii ale comandantului; ne-ar trebui doar să apăsaţi pe placa de metal din nou în acelaşi plastic si va avea o altă copie.

Cum scriem mici?

Următoarea întrebare este: Cum putem scrie el? Nu avem nici o tehnica standard pentru a face acest lucru acum. Dar permiteţi-mi să susţin că nu este la fel de dificil cum pare a fi primul. Putem inversa lentile de microscop electronic, în scopul de a demagnify, precum şi mări. O sursă de ioni, a trimis prin lentile microscop în sens invers, ar putea fi concentrate intr-un loc foarte mic. Am putea scrie cu faptul că la faţa locului ca şi cum am scrie într-un osciloscop cu raze catodice TV, mergând pe la linii, şi având o ajustare care determină cantitatea de material ce urmeaza a fi depuse cât mai scanăm în linii.

Această metodă ar putea fi foarte lent din cauza limitărilor de spaţiu gratuit. Nu va fi metode mai rapide. Am putea face în primul rând, probabil printr-un proces fotografie, un ecran care are gauri in ea, sub forma de litere. Apoi, ne-ar lovi un arc în spatele găuri şi trage ionii metalici prin orificiile; atunci am putea folosi din nou sistemul nostru de lentile şi să facă o imagine mică în formă de ioni, care ar depozit de metal pe axul.

O cale mai simpla ar putea fi aceasta (deşi eu nu sunt sigur ca va merge): Am să ia lumină şi, printr-un microscop optic de funcţionare în spate, l-am concentra pe un ecran foarte mic fotoelectric. Apoi electronii provin departe de ecran în care lumina este strălucitoare. Aceste electronii sunt concentrate în mărime de lentile de microscop electronic de a afecta în mod direct pe suprafaţa de metal. Va astfel un fascicul de etch departe de metal în cazul în care este rulat suficient de lung? Nu ştiu. În cazul în care nu funcţionează pentru o suprafaţă de metal, trebuie să fie posibilă pentru a găsi unele de suprafaţă cu care pentru a acoperi codul PIN iniţial, astfel încât, în cazul în care bombardeze electronii, se face o schimbare pe care am putea recunoaşte mai târziu.

Nu există nici o problemă de intensitate şi de aceste dispozitive - nu ceea ce sunt utilizate pentru a în mărire, în cazul în care va trebui să ia o câteva electroni şi răspândirea lor pe un ecran mai mare şi mai mare, este exact opusul. Lumina pe care le obţine dintr-o pagină este concentrată pe o zonă foarte mică, deci este foarte intensă. Electronii câteva care provin de la ecran fotoelectric sunt demagnified în jos într-o zonă foarte mică, astfel încât, din nou, ele sunt foarte intense. Nu ştiu de ce acest lucru nu a fost făcut încă!

Asta e Brittanica Enciclopedie pe capul unui ac, dar să luăm în considerare toate cărţile din lume. Biblioteca Congresului a aproximativ 9 milioane de volume, iar British Library Muzeul dispune de 5 milioane de volume, există de asemenea, 5 milioane de volume în Biblioteca Naţională din Franţa. Fără îndoială, există duplicate, deci hai să ne spunem că există unele 24 milioane volume de interes din lume.

Ce s-ar întâmpla dacă am imprima toate acestea în jos, la scara am discutat? Cat de mult spatiu ar lua? Aceasta ar lua, desigur, zona de aproximativ un milion de pinheads, deoarece, în loc de acolo fiind doar cele 24 de volume ale Enciclopediei, există 24 de milioane de volume. De milioane de pinheads poate fi pus într-un pătrat de o mie de pini pe o parte, sau o suprafaţă de aproximativ 3 metri pătraţi. Adică, replica dioxid de siliciu cu suport de hârtie subţire de plastic, cu care am facut copii, cu toate aceste informaţii, se află pe o suprafaţă de aproximativ de dimensiunea de 35 de pagini din Enciclopedie. Aceasta este de aproximativ jumătate din multe pagini cât există în această revistă. Toate informaţiile pe care toată omenirea are înregistrate vreodată în cărţi poate fi realizată în jurul valorii într-un pamflet in mana ta - şi nu este scris în cod, ci ca o simplă reproducere a imaginilor originale, gravuri, şi orice altceva pe o scară mică, fără a pierdere de rezoluţie.

Ce ar bibliotecar nostru de la Caltech spune, ca ea se ruleaza peste tot de la o clădire la alta, dacă îi spun că, la zece ani de acum înainte, toate informaţiile pe care ea se luptă pentru a urmări - 120000 volume, stivuite de la etajul cu plafonul, sertarele plin de carduri, camere de depozitare plin de cărţi vechi - pot fi păstrate pe card de bibliotecă doar unul! În cazul în care Universitatea din Brazilia, de exemplu, consideră că biblioteca lor este ars, le putem trimite o copie din fiecare carte din biblioteca noastră de izbitor de pe o copie de pe placa de master în câteva ore de discuţii şi-l într-un plic nu mai mare sau mai greu decât orice scrisoare obişnuită alt e-mail de aer.

Acum, numele acestui vorbi este "Nu există multime de cameră de la baza "- nu doar" Există în cameră la partea de jos. " Ceea ce am demonstrat este că nu există este cameră - pe care le poate reduce dimensiunea de lucruri într-un mod practic. Vreau acum să arate că există o mulţime de cameră. Nu voi discuta acum cum vom face, dar numai ceea ce este posibil, în principiu - cu alte cuvinte, ceea ce este posibil în conformitate cu legile fizicii. Eu nu am inventat anti-gravitaţie, care este posibilă într-o zi numai în cazul în care legile nu sunt ceea ce credem noi. Eu vă spun ce s-ar fi făcut în cazul în care legile sunt ceea ce credem, noi nu o fac pur şi simplu pentru că nu am ajuns încă în jurul valorii de la acesta.

Informaţii cu privire la o scară mică

Să presupunem că, în loc de a încerca să reproducă imagini şi toate informaţiile direct în forma sa actuală, vom scrie doar conţinutul de informaţii într-un cod de puncte şi linii, sau ceva de genul asta, pentru a reprezenta mai multor scrisori. Fiecare literă reprezintă de şase sau şapte "biti" de informaţii, care este, ai nevoie doar de vreo şase sau şapte puncte sau linii pentru fiecare literă. Acum, în loc de a scrie tot ceea ce, aşa cum am făcut înainte, cu privire la suprafaţa de varful unui ac, am de gând să folosească interiorul materialului, de asemenea.

Să ne reprezinte un punct de către un mic spot de un metal, liniuţă următoare cu un spot adiacente de alt metal, şi aşa mai departe. Să presupunem că, pentru a fi conservatoare, faptul că un pic de informare este de gând să solicite un cub mic de atomi de 5 x 5 x 5 - care este de 125 atomi. Poate că avem nevoie de o sută şi unii atomi ciudate pentru a vă asigura că informaţiile nu se pierd prin difuzie, sau prin alt proces.

Am estimat câte litere sunt în Enciclopedie, şi am presupus că fiecare dintre meu 24 milioane cărţi este la fel de mare ca un volum Enciclopedie, şi-au calculat, apoi, câţi biţi de informaţie, există (10 15). Pentru fiecare bit I permit 100 atomi. Şi se pare că toate informaţiile pe care omul a acumulat cu atenţie şi în toate cărţile din lume nu poate fi scrisă în această formă într-un cub de material de o sutime din două una largi inch - care este barest bucata de praf, care poate fi făcută de către ochiul uman. Deci, există o mulţime de cameră în partea de jos! Nu-mi spune despre microfilme!

Acest fapt - că sume enorme de informaţii pot fi realizate într-un spaţiu extrem de mic - este, desigur, bine cunoscute de biologi, şi rezolvă misterul care a existat înainte de toate am înţeles acest lucru în mod clar, de modul în care ar putea fi faptul că, în cele mai mici celule, toate informaţiile pentru organizarea unei creaturi complexe cum ar fi noi înşine pot fi stocate. Toate aceste informaţii - dacă ne-am ochi maro, sau dacă ne gândim la toate, sau că, în embrionul osul maxilar ar trebui să dezvolte mai întâi cu o gaura mica in partea de mai târziu, astfel încât un nerv poate creste prin ea - toate aceste informaţii sunt conţinute în un procent foarte mic de celule în formă de molecule de ADN cu catenă lungă în care aproximativ 50 atomi sunt utilizate pentru un bit de informaţie despre celulă.

Microscoape mai bine de electroni

Dacă am scris într-un cod, cu 5 x 5 x 5 atomi de la un pic, întrebarea este: Cum ar putea L-am citit astăzi? Microscopul electronic nu este destul destul de bun, cu cea mai mare grijă şi efort, se poate rezolva doar aproximativ 10 angstroms. Aş dori să încerc şi impresiona pe tine în timp ce vorbesc despre toate aceste lucruri pe o scară mică, importanţa îmbunătăţirii microscop electronic de către o sută de ori. Nu este imposibil, nu este împotriva legilor de difractie de electroni. Lungimea de undă a electronului într-un astfel de microscop este de numai 1 / 20 dintr-o ångströmi. Deci, ar trebui să fie posibilă pentru a vedea atomilor individuali. Ce bine ar fi sa vezi atomilor individuali distinct?

Am prieteni în alte domenii - în biologie, de exemplu. Am fizicienii de multe ori uit la ei şi să spună, "Ştii motivul pentru care colegii fac progrese atît de puţin?" (De fapt nu ştiu nici un domeniu unde se fac progrese mult mai rapide decât sunt astăzi în biologie.) "Tu ar trebui să folosească mai mult matematica, cum facem noi." Ei ne-ar putea răspunde - dar sunt politicos, aşa că voi răspunde pentru ele: "Ce vă ar trebui să facem pentru ca noi să facă progrese mai rapide este de a face microscop electronic de 100 de ori mai bine. "

Care sunt problemele cele mai centrale şi fundamentale de biologie astăzi? Acestea sunt întrebări de genul: Ce este o secvenţă de baze in ADN-ul? Ce se întâmplă când aveţi o mutaţie? Cum este ordinea de bază în ADN-ul conectat la ordinea de aminoacizi din proteine? Care este structura ARN-ului, este un singur lant sau dublu-lanţ, şi modul în care este legat în decizia sa de baze a ADN-ului? Care este organizarea de microzomi? Cum sunt sintetizate proteinele? În cazul în care nu a ARN-ului merge? Cum sa stea? În cazul în care nu proteinele stau? În cazul în care nu merge în aminoacizi? În fotosinteza, unde este clorofila, cum este amenajat, în cazul în care sunt implicate în carotenoizi acest lucru? Care este sistemul de conversie a luminii in energie chimica?

Este foarte uşor pentru a răspunde la multe dintre aceste întrebări fundamentale biologice; pe care tocmai aţi uita la lucru! Veţi vedea ordinea de baze în lanţ; veţi vedea structura microsome. Din păcate, microscop prezenta vede la o scară care este doar un pic prea crud. Asiguraţi-microscop o sută de ori mai puternic, şi multe probleme de biologie se va face foarte mult mai uşor. Am exagerat, desigur, dar biologii ar fi cu siguranţă foarte recunoscător pentru tine - şi ei ar prefera ca la critica pe care aceştia ar trebui să folosească mai mult matematica.

Teoria proceselor chimice de astăzi se bazează pe fizica teoretica. În acest sens, fizica furnizează fundamentul de chimie. Dar chimia are, de asemenea, de analiză. Dacă aveţi o substanţă ciudată şi doriţi să ştiţi ce este, te duci printr-un proces lung şi complicat de analize chimice. Puteţi analiza astăzi aproape orice, asa ca eu sunt un pic mai tarziu cu ideea mea. Dar, în cazul în care fizicienii vrut să, ei ar putea sapa, de asemenea, în cadrul chimişti în problema analizei chimice. Ar fi foarte uşor să facă o analiză a oricăror substanţe chimice complicate, toate, ar trebui să facă ar fi să se uite la ea şi a vedea în cazul în care atomii sunt. Singura problemă este că microscop electronic este de o sută de ori prea săraci. (Mai târziu, aş dori să pun întrebarea:? Poate face ceva despre fizicieni treia problemă de chimie - şi anume, sinteza Există o fizic modalitate de a sintetiza orice substanţă chimică?

Motivul pentru care Microscopul electronic este atât de săracă este că f-valoarea a lentilelor este de numai 1 parte la 1.000, nu au o deschidere destul de mare numerica. Şi ştiu că există teoreme care dovedesc că este imposibil, cu lentile axial simetrice câmp staţionar, pentru a produce un f-valoare mai mare decât orice aşa şi aşa, şi, prin urmare, puterea de rezoluţie la ora actuală este la maxim sale teoretice. Dar în fiecare teoremă, există ipoteze. De ce trebuie să fie domeniul axial simetrice? De ce trebuie să fie staţionar domeniu? Poate nu am impulsuri fascicule de electroni în domenii se deplasează în sus, împreună cu electronii? Trebuie să fie simetrice domeniu? Am pus acest lucru ca o provocare: Nu există nici modalitate de a face mai puternic microscop electronic?

Sistemul minunat biologic

Exemplul biologică a scris, informaţii cu privire la o scară mică mi-a inspirat să se gândească la ceva care ar trebui să fie posibilă. Biologia nu este scris pur şi simplu informaţii, ci este face ceva despre asta. Un sistem biologic poate fi extrem de mici. Multe dintre celule sunt foarte mici, dar ele sunt foarte active; le fabrică diverse substanţe; ei în jurul valorii de mers pe jos, ei misca, si fac tot felul de lucruri minunate - toate pe o scară foarte mică. De asemenea, acestea stochează informaţii. Luaţi în considerare posibilitatea ca noi să putem face un lucru foarte mic pe care nu ceea ce vrem noi - pe care le poate executa un obiect care manevre la acest nivel!

S-ar putea fi chiar un punct de vedere economic în această afacere de a face lucruri foarte mici. Permiteţi-mi să vă reamintesc câteva dintre problemele de maşini de calcul. În calculatoarele pe care le avea pentru a stoca o cantitate enormă de informaţii. Un fel de scris, că am fost înainte de a menţiona, în care am avut totul în jos ca o distribuţie de metal, este permanentă. Mult mai interesant la un calculator este o modalitate de scriere, ştergere, şi scris altceva. (Acest lucru este, de obicei, deoarece nu vrem sa irosim material pe care tocmai am scris toate acestea, dacă am putea scrie într-un spaţiu foarte mic, nu ar face nici o diferenţă,. Ar putea fi doar aruncat dupa ce a fost citeşte. Nu costa foarte mult pentru materiale).

Miniaturizarea calculator

Nu ştiu cum să facă acest lucru pe o scară mică într-un mod practic, dar ştiu că maşinile de calcul sunt foarte mari; ele umple camere. De ce nu putem să le facă foarte mici, să le facă de fire puţin, elemente de puţin - şi cu încetul, vreau să spun ceva. De exemplu, firele trebuie să fie 10 sau 100 de atomi in diametru, iar circuitele ar trebui să fie de câteva mii în întreaga angstroms. Toată lumea care a analizat teoria logică de calculatoare a ajuns la concluzia că posibilităţile de calculatoare sunt foarte interesante - dacă acestea ar putea fi facute pentru a fi mai complicat de mai multe ordine de magnitudine. Dacă ar avea de milioane de ori cât mai multe elemente, acestea ar putea face judecăţi. Ei ar avea timp pentru a calcula ceea ce este cel mai bun mod de a face calculul că acestea sunt pe cale să facă. Ele ar putea alege metoda de analiză care, din experienţa lor, este mai bună decât cea pe care ne-ar da pentru ei. Şi în multe alte feluri, s-ar fi noi caracteristici calitative.

Dacă mă uit la faţa ta eu imediat recunosc că l-am văzut înainte. (De fapt, prietenii mei vor spune că am ales un exemplu nefericit aici pentru obiectul prezentei ilustrare Cel puţin eu recunosc că este un. om ​​şi nu o măr.) Cu toate acestea, nu există nici o maşină care, cu această viteză, poate să ia o Poza de o faţă şi spune chiar că este un om, şi cu atât mai puţin că este acelaşi om pe care l-aţi arătat mai înainte - decât dacă este exact aceeaşi imagine. În cazul în care fata este modificata, dacă eu sunt mai aproape de faţă, dacă eu sunt mai mult de pe fata, cazul în care modificările lumina - oricum l-am recunoscut. Acum, acest computer mic port cu mine în capul meu este pur în stare să facă acest lucru. Computerele pe care le construim nu sunt capabili să facă acest lucru. Numărul de elemente din această casetă de os al meu sunt enorm mai mare decât numărul de elemente în nostru "minunat" calculatoare. Dar computerele noastre mecanice sunt prea mari, elementele din această casetă sunt microscopice. Vreau să fac câteva care sunt sub- microscopice.

Dacă am vrut sa facem un computer care avea toate aceste minunate capacităţi suplimentare de calitate, ne-ar trebuie să-l facă, probabil, de dimensiunea Pentagonului. Acest lucru a mai multe dezavantaje. În primul rând, este nevoie de material de prea mult; nu pot fi suficient de germaniu în lume pentru toate tranzistori, care ar trebui să fie puse în acest lucru enorm. Există, de asemenea, problema de producere energie termică şi consumul de energie; TVA ar fi necesare pentru a rula pe computer. Dar o dificultate şi mai practic este ca computerul ar fi limitate la o anumită viteză. Datorita dimensiunilor sale mari, există timp finit necesar pentru a obţine informaţii de la un loc în altul. Informaţiile nu pot merge mai repede decat viteza luminii - astfel, în cele din urmă, când computerele noastre ajunge mai repede şi mai repede şi mai mult şi mai elaborate, va trebui să le facă mai mici şi mai mici.

Dar există o mulţime de cameră pentru a le face mai mici. Nu este nimic pe care le puteţi vedea în legile fizice care spune că elementele de calculator nu se poate face extrem de mici decat sunt acum. De fapt, pot exista anumite avantaje.

Miniaturizarea prin evaporare

Cum putem face un astfel de aparat? Ce fel de procese de fabricaţie ne-ar folosi? O posibilitate am putea lua în considerare, deoarece am vorbit despre scris, prin punerea atomi de jos într-un anumit aranjament, ar fi să se evapore materialul, se evaporă atunci izolator de lângă ea. Apoi, pentru stratul următor, se evaporă o altă funcţie de un fir, un alt izolator, şi aşa mai departe. Deci, vă pur şi simplu se evaporă până când aveţi un bloc de chestii, care are elemente - bobine şi condensatoare, tranzistori şi aşa mai departe - de dimensiuni extrem de fine.

Dar aş vrea să discute, doar pentru amuzament, că există alte posibilităţi. De ce nu putem fabricarea acestor mici computere oarecum ca noi producem cele mari? De ce nu putem găuri, lucrurile tăiate, lucruri de lipire, ştampila lucrurile, mucegai forme diferite, toate la un nivel infinitezimal? Care sunt limitările cu privire la cat de mica un lucru trebuie să fie înainte de a nu se mai poate ea mucegai? Cât de multe ori atunci când se lucrează pe ceva frustrant de mici cum ar fi ceas de mână soţia dumneavoastră, aţi spus să vă, "Dacă aş putea trenul doar o furnică a face acest lucru!" Ce aş dori să sugerez este posibilitatea de a formării unei furnici pentru a instrui un acarian a face acest lucru. Care sunt posibilităţile de maşini mici, dar mobile? Acestea pot sau nu pot fi folositoare, dar ele cu siguranta ar fi amuzant să facă.

Luaţi în considerare orice maşină - de exemplu, un automobil - şi întrebaţi despre problemele de a face o maşină infinitezimal place. Să presupunem că, în proiectarea special al automobilului, avem nevoie de o precizie anumite piese, avem nevoie de o precizie, sa presupunem, de 4 / 10, 000 dintr-un inch. Dacă lucrurile sunt mai inexacte decât că, în forma de cilindru şi aşa mai departe, ea nu va functiona foarte bine. Dacă fac un lucru prea mic, am să vă faceţi griji cu privire la dimensiunea atomilor, eu nu pot face un cerc din "mingi", ca să zicem aşa, în cazul în care cercul este prea mic. Deci, dacă am face eroarea, care corespunde la 4 / 10, 000 dintr-un inch, corespund la o eroare de 10 atomi, se dovedeşte că eu pot reduce dimensiunile unui automobil de 4000 de ori, de aproximativ - astfel încât acesta este de 1 mm. peste. Evident, dacă redesign masina astfel incat sa lucreze cu o toleranţă mult mai mare, care nu este deloc imposibil, atunci ai putea face un dispozitiv mult mai mic.

Este interesant să ia în considerare ceea ce probleme sunt, în astfel de maşini mici. În primul rând, cu piese a subliniat în aceeaşi măsură, forţele merge ca pe zona pe care se reduce, astfel încât lucrurile cum ar fi greutatea şi inerţia sunt relativ de nici o importanţă. Concentraţia de materiale, în alte cuvinte, este foarte mult mai mare în proporţie. Solicitărilor şi extindere a volantului din forţa centrifugă, de exemplu, ar fi aceeaşi proporţie numai în cazul în care viteza de rotaţie este crescut în aceeaşi proporţie ca vom reduce dimensiunea. Pe de altă parte, metalele pe care le folosim au o structură de cereale, iar acest lucru ar fi foarte enervant, la scară mică, deoarece materialul nu este omogen. Materiale plastice şi sticlă şi lucruri de acest gen sunt foarte amorf mult mai omogene, şi aşa ne-ar trebui să facă maşinile noastre din astfel de materiale.

Există probleme asociate cu partea electrică a sistemului - cu fire de cupru şi piese magnetice. Proprietăţile magnetice pe o scară foarte mică, nu sunt aceleaşi ca şi pe o scară largă, există "domeniu", problema în cauză. Un magnet mare din milioane de domenii se poate face numai pe o scară mică, cu un domeniu.Echipamentele electrice nu va fi pur şi simplu reduse, ci trebuie să fie reproiectat. Dar eu pot vedea nici un motiv pentru care nu poate fi reproiectate pentru a lucra din nou.

Probleme de ungere

Lubrifierea implică unele puncte interesante. Vâscozitate efectivă de petrol ar fi mai mare şi mai mare pe măsură ce ne-am dus în jos (şi dacă vom creşte viteza la fel de mult cat putem). Dacă nu vom creste viteza atât de mult, şi schimbarea de la petrol la kerosen sau un alt fluid, problema nu este atat de rau. Dar, de fapt nu ne poate fi de a lubrifia la toate! Avem o mulţime de forţă suplimentare. Lăsaţi rulmenti seca, ei nu vor rula la cald deoarece caldura scapă departe de un astfel de dispozitiv mic foarte, foarte rapid.

Aceasta pierdere de căldură rapidă ar împiedica pe benzina de la explozie, deci un motor cu ardere internă este imposibil. Alte reacţii chimice, energie eliberatoare la rece, pot fi folosite. Probabil o sursă externă de energie electrică ar fi cea mai convenabilă pentru astfel de maşini mici.

Care ar fi utilitatea de astfel de maşini? Cine ştie? Desigur, un automobil de mici ar fi utilă doar pentru a conduce în jurul valorii de acarieni în, şi cred că interesele noastre creştine nu merg atât de departe. Cu toate acestea, am posibilitatea de a nota fabricarea de elemente mici pentru computere în fabrici complet automatizate, care conţin strunguri şi alte instrumente de masini la nivel foarte mic. Strung mic nu ar trebui să fie exact ca strung noastre mari. Las la imaginaţia voastră îmbunătăţire a proiectării pentru a profita din plin de proprietatile de lucruri pe o scară mică, şi în aşa fel încât aspectul complet automată ar fi mai uşor de gestionat.

Un prieten de-al meu (Albert R. Hibbs) sugerează o posibilitate foarte interesantă pentru masini relativ mici. El spune că, deşi este o idee foarte sălbatic, ar fi interesant în chirurgia dacă ai putea înghiţi chirurg. Ai pus chirurgul mecanice in interiorul vaselor de sange si se duce in inima si "arata" în jurul valorii. (Desigur, informaţiile trebuie să fie hrănite out.) Constată în care robinetul este unul defect şi ia un cuţit mic şi-l felii. Alte maşini de mică ar putea fi permanent încorporate în organism pentru a asista un organ inadecvat funcţionare.

Acum vine întrebarea interesantă: Cum facem un astfel de mecanism minuscul? Las ca la tine. Cu toate acestea, permiteţi-mi să sugerez o singură posibilitate ciudat. Ştii, în centrale pentru producerea energiei atomice care le-au materiale şi maşini care nu le pot gestiona în mod direct, deoarece acestea au devenit radioactiv. Pentru a deşuruba fructe cu coajă lemnoasă şi a pus pe şuruburi şi aşa mai departe, ei au un set de mâini master şi slave, astfel că, prin operarea unui set de pârghii aici, tu de control "mâinile" acolo, şi le poate transforma în acest fel şi că, astfel încât să puteţi se ocupa de lucruri destul de bine.

Cele mai multe dintre aceste dispozitive sunt făcute de fapt destul de simplu, în care există un cablu special, ca un şir de marionetă, care merge direct de la controalele la "mâini." Dar, desigur, lucrurile au fost făcute, de asemenea, care utilizează motoare de servodirecţie, astfel încât să facă legătura între un lucru şi celălalt este electric, mai degrabă decât mecanice. Când porniţi pârghiile, care împlinesc un motor servo, şi-l schimbă curenti electrici din fire, care repoziţionează un motor de la celălalt capăt.

Acum, vreau să construiască mult acelaşi dispozitiv - un sistem master-slave care operează electric. Dar eu doresc ca sclavii să fie făcută cu atenţie şi în special de către moderne de mari dimensiuni maşinişti, astfel încât acestea sunt un sfert de amploarea "mâinile" pe care îl manevra de obicei. Deci, aveţi o schemă prin care poţi să faci lucruri la un sfert scară oricum - motoarele mici servo cu mâinile mici joaca cu nuci şi şuruburi mici, ei găuri mici, ele sunt de patru ori mai mici. Aha! Aşa că am fabricarea unui strung sfert-size; I fabricarea sfert-size unelte; şi fac, la scara de un sfert, încă un alt set de mâini din nou, relativ un sfert dimensiune! Acesta este unul al XVI-lea mărime, din punctul meu de vedere. Şi după ce termin fac acest fir am direct din mea pe scară largă sistem, prin transformatoare probabil, la motoare servo-un al XVI-size. Astfel, pot manipula acum mâini mărime al XVI-lea.

Ei bine, te principiul de acolo mai departe. Este mai degrabă un program dificil, dar este o posibilitate. Ai putea spune că se poate merge mult mai departe într-un singur pas mult de unu la patru. Desigur, aceasta dispune de toate să fie proiectat foarte atent si nu este necesar doar pentru a face ca mâinile. Dacă v-aţi gândit foarte atent, ai putea ajunge, probabil, la un sistem mult mai bine pentru a face astfel de lucruri.

Dacă lucraţi prin intermediul unei pantograf, chiar şi astăzi, puteţi obţine mult mai mult decât un factor de patru chiar şi un singur pas. Dar nu poţi lucra direct printr-un pantograf care face o pantograf mai mici, care face apoi un pantograf mai mici - din cauza slăbite de găuri şi nereguli de construcţie. Sfârşitul a pantografului GADGET cu o neregularitate relativ mai mare decât neregulă cu care vă deplasaţi-vă pe mâini. În această scară merge în jos, mi-ar găsi sfârşitul pantografului la capătul a pantografului la capătul a pantografului tremura atât de rău că nu făcea nimic sensibil la toate.

La fiecare etapă, este necesar să se îmbunătăţească precizia aparatului. Dacă, de exemplu, a făcut un strung mic cu un pantograf, găsim neregulate sale şurub plumb - mai neregulate decât cel pe scară largă - am putea tur şurubul de plumb împotriva spart nuci pe care le pot inversa în mod obişnuit înainte şi înapoi până la această şurub de plumb este, la scara ei, cât mai exacte şuruburile noastre de plumb originală, la scara noastră.

Putem face apartamente prin frecarea suprafeţelor unflat în triplicates împreună - în trei perechi - şi apartamente devenit apoi mai plat decat lucru pe care îl inceput cu. Astfel, nu este imposibil de a îmbunătăţi precizia pe o scară mică de către operaţiunile corect. Aşa că, atunci când vom construi aceste lucruri, este necesar ca la fiecare pas pentru a îmbunătăţi precizia de echipamente de lucru pentru o vreme acolo, făcând şuruburi precise plumb, blocuri Johansen, şi toate celelalte materiale pe care le folosim în munca maşină corecte la un nivel mai ridicat. Trebuie să ne oprim la fiecare nivel şi fabricarea toate lucrurile pentru a merge la urmatorul nivel - un program foarte lung si foarte dificil. Poate că vă puteţi da seama o modalitate mai bună decât că pentru a ajunge până la scară mică mai rapid.

Cu toate acestea, după toate astea, tu ai luat doar un singur copil strung mic patru mii de ori mai mici decât de obicei. Dar noi am fost de gândire de a face un calculator enorm, pe care am fost de gând să construiască de gauri de pe acest strung pentru a face şaibe puţin pentru calculator. Cât de multe şaibe puteţi fabricaţie pe acest strung unul?

O sută de mâini mici

Când am face primul set de sclav "mâini" la scară un sfert, am de gând să face zece seturi. Am face zece seturi de "maini", şi le-am sârmă de la pârghiile meu original astfel încât acestea să facă fiecare exact acelaşi lucru în acelaşi timp în paralel. Acum, când am acest site dispozitive noul meu un sfert din nou cât mai mic, am lasat fiecare fabricarea zece copii, aşa că aş avea o sută de "maini" la dimensiunea 1/16th.

În cazul în care am de gând să pună de milioane de strunguri că am de gând să aibă? De ce, nu este nimic pentru ea; volumul este mult mai puţin decât faptul că, chiar şi una plină-scară strung. De exemplu, dacă am făcut un miliard de strunguri puţin, fiecare 1 / 4000 în vedere amploarea unui strung regulate, există o mulţime de materiale şi de spaţiu disponibil, deoarece în miliarde de cei mici există mai putin de 2 la sută din materiale într-o mare strung.

Ea nu costa nimic pentru materiale, veţi vedea. Aşa că aş vrea să construiască un miliard de mici fabrici, modele de fiecare parte, care sunt de fabricaţie simultan, gauri, ambutisare piese, şi aşa mai departe.

Aşa cum am merge în jos în mărime, există o serie de probleme interesante care apar. Toate lucrurile nu scară pur şi simplu în jos în mod proporţional. Nu este problema ca materialele se lipesc între ele de către moleculare (Van der Waals) atractii. Ar fi ca aceasta: După ce aţi făcut o parte şi vă deşurubaţi piuliţa de la un cui, nu este de gând să cadă, deoarece gravitatia nu este semnificativ, ci ar fi chiar greu să-l pe şurub. Ar fi ca acele filme vechi de un om cu mâinile pline de melasă, încercând să scape de un pahar cu apă. Nu va fi mai multe probleme de această natură, care va trebui să fie gata să proiectare pentru.

Reorganizarea atomii

Dar Nu îmi este frică să ia în considerare ultima întrebare dacă, în cele din urmă - în mare viitor - noi putem aranja atomii de modul în care doriţi, iar foarte atomi, tot drumul în jos! Ce s-ar întâmpla dacă am putea aranja atomii de unul câte unul modul în care le doriţi (în termen de motiv, desigur, nu le puteţi pune, astfel încât acestea sunt instabile chimic, de exemplu).

Până în prezent, am fost de conţinut să sape în pământ pentru a găsi minerale. Noi le căldură şi facem lucruri pe o scară largă cu ei, şi sperăm că pentru a obţine o substanţă pură cu impuritate doar atât de mult, şi aşa mai departe. Dar noi trebuie să accepte întotdeauna, un aranjament atomice, care ne ofera natura.Noi nu am primit nimic, să zicem, cu o "tablă de şah" aranjament, cu atomi de impuritati aranjate exact 1000 angstromi în afară, sau în unele model special alte.

Ce am putea face cu structurile stratificate cu doar straturile de dreapta? Ce s-ar proprietăţilor materialelor fi dacă am putea aranja într-adevăr atomii de modul în care le doriţi? Acestea ar fi foarte interesant pentru a investiga teoretic. Eu nu pot vedea exact ce se va întâmpla, dar mă îndoiesc pot cu greu că, atunci când avem unele de control al regimului de lucruri pe o scară mică, vom obţine o gamă extrem de mare de proprietăţi posibil ca substanţele pot avea, şi de lucruri diferite pe care putem face.

Luaţi în considerare, de exemplu, o bucata de material din care facem rulouri mici şi condensatoare (sau analogii lor solid de stat) 1.000 sau 10.000 angstroms într-un circuit, una chiar lângă celălalt, pe o suprafata mare, cu antene mici ieşită la celălalt capăt - o întreagă serie de circuite. Este posibil, de exemplu, pentru a emite lumină dintr-un set întreg de antene, ca şi cum am emit unde radio de la un set organizat de antene pentru fascicul de programe de radio în Europa? Acelaşi lucru ar fi să fascicul de lumină afară într-o direcţie definită, cu o intensitate foarte mare. (Poate că o astfel de fază nu este foarte util punct de vedere tehnic sau economic.)

M-am gândit despre unele dintre problemele de construire a circuitelor electrice pe o scară mică, şi problema de rezistenţă este gravă. Dacă vă construi un circuit corespunzător pe o scară mică, frecvenţa sale naturale urcă, din moment ce lungimea de undă se duce în jos ca şi scara, dar adâncimea de piele scade numai cu rădăcina pătrată a raportului scară, astfel încât problemele şi rezistive sunt de dificultate în creştere. Eventual putem invinge rezistenta prin utilizarea supraconductibilitate în cazul în care frecvenţa nu este prea mare, sau de alte trucuri.

Atomii într-o lume mica

Când ajungem la lumea foarte, foarte mici - spun circuite de şapte atomi - avem o mulţime de lucruri noi, care s-ar întâmpla, care reprezintă oportunităţi de proiectare complet noi pentru. Atomii pe o scară mică, să se comporte ca nimic de pe o scară largă, pentru că ei respectă legile mecanicii cuantice. Deci, cum ne ducem în jos şi a juca în jurul cu atomii de acolo, suntem de lucru cu legi diferite, şi ne putem aştepta să facă lucruri diferite. Putem fabricarea în diferite moduri. Putem folosi, nu doar circuite, dar unele sistem care implică nivelul cuantic de energie, sau interacţiunile de rotiri cuantificat, etc

Un alt lucru pe care vom observa este că, dacă vom merge în jos destul de departe, toate dispozitivele noastre pot fi produse în masă, astfel încât aceştia sunt copii absolut perfect unul pe altul. Nu putem construi două maşini de mare, astfel că dimensiunile sunt exact la fel. Dar dacă maşina dumneavoastră este la numai 100 de atomi de mare, nu trebuie decât să-l corect la o jumatate din unu la suta pentru a vă asigura altă maşină este exact aceeaşi mărime - şi anume, 100 de atomi de mare!

La nivel atomic, avem noi tipuri de forţe şi de noi tipuri de posibilităţi, noi tipuri de efecte. Problemele de producere şi reproducere a materialelor va fi destul de diferite. Eu sunt, aşa cum am spus, inspirat de fenomenele biologice, în care forţele chimice sunt utilizate într-un mod repetitiv pentru a produce tot felul de efecte ciudate (dintre care unul este autorul).

Principiile fizicii, în măsura în care pot vedea, nu vorbesc împotriva posibilităţii de manevre lucruri atom cu atom. Aceasta nu este o incercare de a incalca orice legi, este ceva, în principiu, că se poate face, dar în practică, acesta nu a fost făcut pentru că noi suntem prea mari.

În cele din urmă, putem face sinteza chimica. Un chimist vine la noi şi spune: "Uite, vreau o molecula care are atomii amenajat astfel şi aşa mai departe; mă fac că moleculă." Chimistul face un lucru misterios atunci când vrea să facă o moleculă. El vede că le-a luat acel inel, aşa mixează acest lucru şi că, şi el shake-uri, şi el în jurul valorii de viori. Şi, la sfârşitul unui proces dificil, de obicei, el reuseste sa sintetizarea ce vrea. Până la data cand ajung dispozitive meu de lucru, astfel încât să putem face acest lucru de fizică, el va fi dat seama cum de a sintetiza absolut nimic, astfel că aceasta va fi într-adevăr inutil.

Dar este interesant că ar fi, în principiu, este posibil (cred) pentru un fizician să sintetizeze nici o substanţă chimică pe care chimistul scrie în jos. Dă ordine şi fizician-l sintetizează. Cum? Pune atomii de jos în cazul în care chimist spune, şi astfel a face substanţa. Problemele de chimie şi biologie poate fi de mare ajutor în cazul în care capacitatea noastra de a vedea ceea ce facem, şi să facă lucruri la un nivel atomic, în cele din urmă este dezvoltat - o dezvoltare care cred că nu pot fi evitate.

Acum, aţi putea spune, "Cine ar trebui să facă acest lucru şi de ce ar trebui să o fac?" Ei bine, am subliniat câteva dintre aplicaţiile economice, dar ştiu că motivul pentru care le-ar face ar putea fi doar pentru distractie. Dar ne distrăm! Haideţi să avem o competiţie între laboratoare. Să fac un laborator de un motor mic pe care îl trimite la un alt laborator pe care le trimite înapoi cu un lucru care se potriveste in interiorul arborele de primul motor.

Liceul de concurenţă

Doar pentru distracţie de acesta, şi în scopul de a obţine copii interesaţi de acest domeniu, vă propun ca cineva care are un contact cu liceele cred că a face un fel de concurenţă liceu. La urma urmei, noi nu am început chiar în acest domeniu, chiar şi copiii pot scrie mai mică decât a fost vreodată scris înainte. Ei ar putea avea concurenţă în licee. Los Angeles de liceu ar putea trimite un PIN la şcoală Veneţia ridicat pe care se spune, "Cum e asta?" Ei primesc înapoi pin, şi în punctul de "i" se spune, "Nu asa de tare."

Poate că acest lucru nu excita să o faci, şi doar economie va face acest lucru. Apoi vreau să fac ceva, dar eu nu pot face în momentul de faţă, pentru că nu am pregătit terenul. Intenţia mea este de a oferi un premiu de 1.000 $ la primul tip care poate lua informaţiile de pe pagina de o carte si pune-l pe o suprafaţă 1 / 25, 000 mai mici, la o scară liniară într-o manieră astfel încât să poată fi citit de un microscop electronic.

Şi vreau să ofere un alt premiu - dacă mă pot da seama cum de a fraza în aşa fel încât eu nu primesc într-o mizerie de argumente cu privire la definiţii - dintr-un alt 1.000 de dolari pentru primul tip care face un sistem de operare motor electric - o rotaţie motor electric care pot fi controlate din exterior şi, nu de numărare plumb-in fire, este numai cub 1 / 64 inch.

Nu mă aştept ca aceste premii vor trebui să aştepte foarte mult timp pentru reclamanţi.