Фізика майбутнього

матеріали, про які сьогодні ми можемо хіба що мріяти, - надміцні, надлегкі, з дивовижними електричними й магнітними властивостями.

Нобелівський лауреат Річард Смоллі сказав: “Найбільша мрія на- нотехнології - навчитися будувати з атомів, як із цеглинок”.¹ Філіп Кукес із компанії Hewlett-Packard зауважив: “Зрештою, мета полягає не в тому, щоб створити комп’ютер завбільшки з порошинку. Треба навчитися робити прості комп’ютери завбільшки з бактерію. Тоді щось таке потужне, як ваш настільний комп’ютер, можна було б зменшити до розмірів порошинки”.²

Це не просто надії якихось наївних мрійників. Уряд США ставиться до цього серйозно. З уваги на величезний потенціал нанотех- нологій у медичній, промисловій, авіаційній та комерційній галузях, 2009 року уряд виділив 1,5 мільярда доларів на дослідження в межах програми Національна нанотехнологічна ініціатива. У доповіді Національного наукового фонду, присвяченій нанотехнологіям, сказано: “Нанотехнологїї можуть у перспективі підвищити ефективність людської праці, забезпечити стабільне поліпшення якості матеріалів, води, енергії та їжі, захистити від невідомих бактерій і вірусів...”³

Може статися, що стан світової економіки і доля цілих країн урешті-решт залежатимуть від нанотехнологій. Близько 2020 року чи невдовзі опісля в дії закону Мура з’являться перебої, а згодом, мабуть, він і зовсім перестане діяти. Світовій економіці загрожуватиме хаос, якщо фізики не знайдуть відповідної заміни для кремнієвих транзисторів, на яких ґрунтуються наші комп’ютери. Розв’язок цієї проблеми може знайтися у сфері нанотехнологій.

Крім того, ймовірно, за допомогою нанотехнологій нам удасться ще до кінця цього сторіччя створити пристрій, яким можуть володіти лише боги, - пристрій, який може створити будь-що майже з нічого.

КВАНТОВИЙ СВІТ

Першим, хто привернув увагу наукової спільноти до цієї нової галузі фізики, був Нобелівський лауреат Річард Фейнман, який поставив оманливо просте запитання: Наскільки малим можна зробити пристрій? Це запитання не було риторичним. Комп’ютери поступово ставали дедалі менші, змінюючи профіль промисловості, і вже ставало очевидно, що відповідь на це запитання може істотно вплинути на суспільство й економіку.

У пророчій лекції-доповіді Внизу достатньо місця, з якою Фейнман виступив 1959 року перед Американським фізичним товариством, він сказав: “Цікаво те, що фізик, у принципі, міг би (як я думаю) синтезувати будь-яку хімічну речовину на основі її хімічної формули. Хімік може дати вказівки, а фізик виконає синтез. Як? Просто розташуйте атоми так, як скаже хімік, - і одержите потрібну речовину”. Фейнман дійшов висновку, що пристрої з окремих атомів можливі, однак нові закони фізики ускладнять (але не унеможливлять) їх створення.

Отже, доля світової економіки й багатьох країн може врешті- решт залежати від дивних і парадоксальних принципів квантової теорії. Ми звикли вважати, що закони фізики не змінюються, коли ми переходимо до менших масштабів. Утім, це не так. Із фільмів на кшталт Люба, я зменшив дітей і Людина, що неймовірно зменшується глядач одержує хибне уявлення, що мініатюрні люди відчували б закони фізики так само, як ми. Приміром, в одній зі сцен дісне- ївського фільму зменшені герої під час грози їдуть на мурасі. Краплі дощу падають на землю, утворюючи крихітні калюжі - точнісінько як у нашому світі. Насправді ж краплі дощу можуть бути більшими за мураху. Якщо мураха наткнеться на краплю дощу, то побачить перед собою величезну водяну півкулю. Ця півкуля не розтікається, тому що поверхневий натяг утримує її, наче сітка. У нашому світі поверхневий натяг води доволі незначний, і ми його не зауважуємо. Однак у масштабі мурахи поверхневий натяг пропорційно збільшується, і краплі дощу згортаються в кульки.

(Щобільше, якби ви спробували пропорційно збільшити мураху, щоб вона стала завбільшки з будинок, то виникла б інша