纳米计算机与纳米技术VIP专享VIP免费

第一部展望的基础第一章建造的发动机蛋白质工程……允许我们一个原子一个原子地构造物质，代表了我们迈向具有更通用能力的分子工程的首要一步。——KEVINULMER（基因探索性研究公司董事长）煤和钻石，砂子和芯片，癌细胞和健康组织：纵观历史，原子排列的不同导致了便宜和贵重，疾病和健康的显著区别。按一种形式排列，原子形成了土壤，空气和水；按另一种形式排列，它们形成了草莓。按一种形式排列，它们形成了家园和新鲜空气；按另一种形式排列，他们形成了烟雾和灰尘。我们排列组合原子的能力取决于我们的技术基础。我们在原子排列的路上已经走了很长时间了，从砸石头制作箭头到加工铝制作宇宙飞船。我们为我们的救生药和计算机技术而骄傲。但是我们的飞船还是很粗糙，我们的电脑还是很笨，我们身体组织里的分子还是会变得无序，先是摧毁健康，然后是生命本身。我们所有在排列原子方面的进展仍然在使用原始的方法。我们现在的技术仍然是把原子作为杂乱的一大堆来操作。但是自然的法则为发展留出了足够的空间，并且全球竞赛的压力也促使我们快速向前，不论是好是坏，历史上最伟大的技术突破正在到来！两种类型的技术我们的现代技术建立在一个古老的传统上。3万年前，石片切削是当时的高技术。我们的祖先手里抓着含有1024个原子的石头，去掉含有1021个原子的碎片来制造他们的战斧；他们使用的技巧现在都难以模仿。他们也能把手作为模板，用颜料在洞壁上画画。之后他们用粘土烧制陶罐，然后是烧化矿石得到青铜，他们锤打青铜使之成型。他们炼出了铁，然后是钢，用加热、锻打、切削的方法使之成型。我们现在能烧制更纯的陶瓷和强度更高的钢，但是我们仍然使用锻打、切削等的方法来使它们成型。我们炼制纯硅，把它们切成薄片，用紫外线通过模板在它们的表面蚀刻图案。我们把完成的产品叫做芯片并且认为它们极其精细，至少和斧头比起来是这样。我们的微电子技术的发展已经使得计算机从1950年代的塞满整个房间的大家伙缩小到了可以放在口袋里的地步。工程师们现在正在制造更小的装置，在晶体表面放置大量原子形成线路，宽度只有头发丝的1/10。这些微电路按石片的标准来说可能算小，但是其每个晶体管仍然由1012个原子组成，所以所谓的微型电脑仍然是肉眼可见的，而按照更新的更有威力的技术的标准来看它们就象是巨人。把我们从石器时代领到硅芯片时代的旧形式的技术把原子和分子当作一大堆来使用；称作“体积技术”，新形式的技术将精确地控制单个的原子和分子；称作“分子技术”。它将在很多方面超出我们想象地改变我们的世界。微电路部分地用微米来度量——就是说一米的百万分之一，而分子要用纳米来度量（再小1000倍）。我们可以使用“纳米技术”和“分子技术”来交替地描述这种新形式的技术。新技术工程师们将制造纳米电路和纳米机器。今日的分子技术在一本字典里这样定义机器“一种系统，通常有刚性的主体，连接成型以便按预先定好的方式改变、传输、引导力来实现特定的目标，诸如做有用的工作。”分子机器很适合此定义。要想象这样的机器，你必须先有分子的形象。我们可以把原子想象为一个珠子而分子是一团珠子，就像小孩玩的由按扣连起来的珠子。事实上，化学家们确实有时也用塑料球建造分子模型。原子是圆形的象球，虽然分子键并不是按扣，但我们的图像至少抓住了分子键可以被打断和重连接的基本概念。如果一个原子象一个小弹球那么大，一个相当复杂的分子就会像你的拳头那么大。这样的想象对我们非常有用，原子大约是细菌尺寸的1/10000，细菌大约是蚊子尺寸的1/10000。（原子核是原子自身体积的1/100000；原子和原子核的差别，就像一团火和一次核反应之间的差别）我们周围的物质性质取决于它们的分子的属性。空气的形状和体积都不固定是因为它的分子可以自由移动，在开放的空间中碰撞跳动。水分子粘在一起同时又到处移动，所以水在变形的同时保持体积不变。铜保持它的形状是因为它的原子按规则形式粘在一起；我们能弯曲和锤打它是因为它的原子可以互相滑动同时又保持联系。玻璃在锤击下会破碎是因为它的原子在滑动之前就互相分离了。橡胶由互相扭曲在一起的大分子网络组成，象...