Нанонауки. Невидимая революция - [2]

Изложение истории собственно нанотехнологии начнется с главы 3. Физики издавна мечтали о возможности подобраться как можно ближе к отдельному атому или к одиночной молекуле. Изобретение туннельного микроскопа превратило эти грезы в явь. Отныне и впредь ученые вольны добираться до молекулы и изучать ее, словно дотрагиваясь до нее пальцем. Пока можно говорить лишь о первых плодах, сорванных первопроходцами этого материального мира «на самом дне». Теперь физики пытаются выяснить, подчиняются ли явления, наблюдаемые при использовании нанометрической измерительной шкалы, уже известным законам природы или же они ставят под вопрос прежние представления о физике.

Располагая туннельным микроскопом, можно — заведомо! — построить, укладывая атом за атомом, любые молекулы любой структуры, как существующие в природе, так и воображаемые! Правда, синтез новых молекул давно уже никакая не невидаль. Этим занимаются изо дня в день сотни лабораторий, разрабатывающих красители или лекарства… Однако эти новые молекулы производятся миллиардами и миллиардами единиц за раз (в одной капле воды содержится более 1500 миллиардов миллиардов молекул!). А вот молекула, построенная с помощью иглы туннельного микроскопа, всего одна.

Вооружившись туннельным микроскопом, физики и химики при случае тоже создают новые молекулы, если это, например, помогает создать новые наномашины, новые механические двигатели или новые вычислительные устройства, еще меньшие по размерам, чем существующие. И этот восходящий подход — весьма многообещающ: уже исследуется возможность функционирования удивительнейших сверхкрошечных машин, состоящих, в сущности, из одной-единственной молекулы, и мы поговорим в главе 4 о том, какими будут следующие поколения механизмов этого рода и на каких сборочных линиях их будут собирать.

Полученное с помощью туннельного микроскопа изображение 51 атома золота (и еще одного атома, химическую природу которого выяснить не удалось) на поверхности кристалла золота. Атомы выглядят бугорками высотой 0.15 нм (нанометр — миллионная доля миллиметра). Каждый из этих атомов был перемещен иглой микроскопа, с тем чтобы образовалась надпись: NANO (нано). При точности позиционирования порядка 0,05 нм наименьшее расстояние между соседними атомами разных букв равно 1,2 нм. Надпись, подстановкой атома к атому, создали специально для настоящей книги и под руководством ее автора на низкотемпературном микроскопе компании Createc исследователи Соэ Вэ-Хё и Карлос Мансано из группы Atom Technology института IMRE при агентстве A*STAR в Сингапуре. Размеры изображения: 10 x 30 нм

Настанет, можно не сомневаться, такой день, когда будут возведены куда более величественные сооружения, например те молекулы, без которых невозможна жизнь, такие как ДНК, белковые молекулы или молекулы клеточных мембран. Но, положим, все это достигнуто, сборочные линии молекул налажены, что дальше? Не окажется ли тогда сама жизнь на грани, за которой следует этакая музеификация, превращение всего живого в подобие исторического памятника, а то и в пережиток прошлого? Жизнь во всех ее формах нас очаровывает и зачаровывает, мы воспринимаем ее как нечто священное. Где же скрыта сущность жизни, если не в монументальном нагромождении атомов, образующих живую клетку? Поисками ответов на подобные вопросы мы займемся в главе 5, где, среди прочего, обсудим и то, есть ли какие-то шансы на осуществление дерзкой (или глупой) мечты о творении жизни «из ничего».

Нанотехнологии ставят перед нами и другие тревожные вопросы: а что, если наномашины станут настолько самостоятельными, что вздумают отделаться от нас? А вдруг они будут отравлять или загрязнять окружающую среду? О нанотехнологиях много и ожесточенно спорят, но, несмотря на все словопрения и вопросы, возникающие в связи с техническим прогрессом, плоды его не бывают только горькими или исключительно сладкими: скорее уж уместно говорить о балансе между выгодами и неудобствами его достижений. Отчитаться об упомянутых спорах мы попробуем в главе 6 и там же попытаемся выяснить, чем грозит использование подобных бесконечно малых механизмов.

Авторы намерены рассказать о том, что такое на самом деле эти пресловутые нанотехнологии, и поделиться своими размышлениями о научных и технических следствиях этого сравнительно нового явления. Поэтому желающим прочесть предлагаемую книгу мы советуем вспомнить о тяге к познанию, присущей человеку. Чаще она устремлена к чему-то непомерно большому — к звездам или галактикам. Но ведь чудесно все беспредельное и бесконечное — малое или огромное. И, наверное, потому чудеса в этом мире не кончатся никогда.

Глава 1 Афера с расхищением

В 1980-е годы нанотехнологии, казалось бы, предлагали выход мечтателям, озабоченным будущим планеты. Тогда стало очевидно, что с расточительностью пора покончить или она покончит с нами: слишком уж много энергии и вещества тратится на производство всех наших машин. В самом деле сейчас, для того чтобы изготовить один микропроцессор, необходимо сжечь 240 кг ископаемых энергоносителей, истратить 22 кг различных химических соединений и 1500 л воды. На производство одного маленького ключа шины