И все же я верю в будущее. Скоро в списках жителей Гичичи — этого уютного и прекрасного поселка в плодородной долине между отрогами Абердарского хребта — появится новое имя. Разумеется, мы с Шаном все время спорим, как мы назовем нашу дочь. Он хочет назвать ее в честь времени суток, когда ребенок появится на свет, а я предпочла бы что-нибудь ирландское.
— Но ведь ты не можешь выговорить правильно ни одного ирландского имени! — смеется Шан, а я уверена — мы что-нибудь придумаем. И дело вовсе не в имени. Я не сомневаюсь, что как бы мы ни назвали нашу дочь, у нее будет своя жизнь и своя история. Моя же история заканчивается здесь, и я прощаюсь с вами, чтобы вернуться к своим делам, как вы возвращаетесь к своим, ибо перед нами лежит еще долгий путь.
Писатели-фантасты могут сказать, что обратились к нанотехнологии задолго до того, как ученые заговорили о теоретической и практической ее реализации. «Точечное» манипулирование атомами и молекулами — сейчас это атрибут мира будущего, в котором синтез пищи из опилок — самое обычное дело, а бессмертие — обыденность. Невероятно далекое будущее? Не столь далекое и, как выясняется, не такое уж невероятное…
Логика эволюции подсказывает, что малые формы, как правило, одолевают формы большие.
В свое время Станислав Лем в повести «Непобедимый» показал, как в битве механического колосса и «минироботов» победителями оказались мельчайшие, с песчинку, системы: в момент опасности они соединяются в черные тучи и могут справиться с любым противником. А советский писатель и основоположник ТРИЗа Генрих Альтов в рассказе «Ослик и аксиома» практически вывел принципы нанотехнологии еще до того, как этот термин получил распространение.
Считается, что сам термин впервые ввел в обиход американец Эрик Дрекслер. В студенческие годы он познакомился с трудами знаменитого ученого Ричарда Фейнмана. Еще в 1959 году в одной из своих лекций Фейнман заметил: «Принципы физики… не говорят о невозможности манипулирования веществом на уровне атомов». А потом добавил, что человечество скоро научится манипулировать мельчайшими частицами и сможет синтезировать все, что угодно. Ученый такого масштаба впервые признал возможность реализации одного из самый невероятных сюжетов — создания мельчайших устройств, способных воспроизводить самое себя.
В 1977 году студент Эрик задумался над вопросом: как изменится мир, если все уменьшить в миллиарды раз. И в 1986 году выпустил книгу под названием «Машины творения», в которой описывал «умные» устройства размером с молекулу, которые быстро и радикально преобразят наш мир. Тогда это звучало как фантастика, да и научный мир воспринял его идеи всего лишь как игру ума.
Как выяснилось, совершенно напрасно.
Нано — составная часть сложных слов и названий единиц измерения, обозначающая уменьшение в миллиард раз. Само слово «nannos» пришло из греческого языка и означает «карлик». Речь идет об объектах порядка одной миллиардной метра, величина которых сопоставима с размерами атомов и молекул. В свою очередь, нанороботы — это устройства, предназначенные для самостоятельного манипулирования отдельными атомами, в результате чего они могут «собрать» любой предмет или живое существо.
Что характерно, нанороботы должны уметь самовоспроизводиться наподобие вирусов. Такие устройства называются ассемблерами. Это своего рода маленькие «заводы» по сборке запрограммированных объектов, в том числе и таких же ассемблеров.
Что нам сулит развитие нанотехнологий? Превращение одних веществ в другие станет делом обыденным, крошечные роботы смогут не только ремонтировать технику, но и трансформировать ее в зависимости от наших потребностей. Новые вещества и материалы создаются практически мгновенно и из подручных средств. Разумные пылинки смогут образовывать суперкомпьютеры буквально в считанные секунды и прямо в воздухе. Нанороботы проникнут в наши тела и будут следить за тем, чтобы каждый орган, каждая клетка функционировали нормально, а в случае чего быстро приведут ее в порядок. Это будет похлестче, чем в старом рассказе Георгия Гуревича «Глотайте хирурга», в котором робота-врача уменьшают до микроскопических размеров и запускают в организм человека для излечения. И это будет покруче, чем в старом фильме «Фантастическое путешествие» Ричарда Флейшера, когда уменьшают подводную лодку с экипажем и запускают ее в кровеносную систему ученого, дабы избавить его от тромба.
Что еще обещают нанороботы? Любимые детища фантастов — дубликаторы и синтезаторы. Решение проблемы генетических отклонений. Самые невероятные виды живых существ. О биороботах или киборгах даже говорить не приходится. Скорее всего, они не понадобятся. Усилители интеллекта, метаморфизация человека для жизни на других планетах или даже в космическом пространстве сделают их попросту ненужными.
Превосходно, скажет читатель. Но где реальные предпосылки для создания «прекрасного нового мира»? Нанороботы ведь не появятся сами собой!
До того как предъявить читателю внушительный список достижений нанотехнологии сегодняшнего дня, попробуем разобраться в самой сути нанороботов. На чем основывается их универсальность, могущество и «вездесущность»? Как, в принципе, можно манипулировать атомами?
Более 70 лет назад российский физик Георгий Гамов получил решение уравнений Шредингера, которое позволяло частице преодолевать энергетический барьер, даже если ее энергия была меньше высоты этого барьера. Популяризаторы науки любят иллюстрировать это явление на таком примере: вы подходите к высокой стене, но не перепрыгиваете, а как бы проникаете сквозь нее и оказываетесь на противоположной стороне.
Не спешите экспериментировать, такое не удавалось даже Гудини и Копперфильду. Явление это существует лишь в мире элементарных частиц и называется туннелированием, или туннельным эффектом. В середине 50-х годов японцы создали так называемые туннельные диоды, а чуть позже московский физик Юрий Тиходеев рассчитал параметры многослойных туннельных структур. В 1981 году был создан сканирующий туннельный микроскоп — устройство, которое позволяло избирательно воздействовать на атомы проводящего материала. И это за пять лет до того, как вышла книга Дрекслера! То есть инструмент уже был, но ученые еще не знали об этом.
В год выхода книги «Машины творения» был создан атомно-силовой микроскоп. Он позволял «брать» атомы любого вещества, а не только проводников, и помещать их в нужное место, то есть осуществлять сборку. Сверхтонкая игла скользила очень близко к поверхности, так, чтобы люфт был не больше атома. Электрический потенциал у иглы «выхватывал» атом с поверхности материала, а затем игла переносила его туда, куда желал экспериментатор.
Первый nano-tech эксперимент был проведен в 1990 году. Сенсационная фотография букв IBM обошла весь мир. Название знаменитой компании было составлено из букв высотой всего лишь в пять атомов инертного газа.
В 1994 году nano-tech методики стали применяться в промышленности. Контроль над матрицами DVD-дисков, получение новых материалов, создание сканирующих зондовых микроскопов, устройств для манипулирования молекулами. В ближайшее время мы получим батарейки для ноутбуков, мобильных телефонов и подобных им устройств, которые будут служить в десятки раз дольше, чем нынешние. Плотность записи на магнитных и иных носителях возрастает со дня на день. Размеры микропроцессоров хоть и не достигли наномасштабов, но они стремительно уменьшаются…
Словом, наноиндустриальная революция набирает темп.
Все это великолепно, снова воскликнет читатель. Технологии совершенствуются, никого сейчас не удивишь очередным достижением. Но как насчет пресловутых нанороботов? Сколь реальны обещанные чудеса и диковины? На какой основе будут создаваться ассемблеры?
Ответ на эти вопросы тоже имеется.
Мы хорошо знаем две природные формы углерода — графит и алмаз. Их непохожесть объясняется разными способами «упаковки» атомов. У алмаза она сетчатая, в форме пространственных тетраэдров — отсюда его исключительная твердость. У графита же атомы расположены гексагонально, они идут слой за слоем. Неудивительно, что графит используют для смазки.
В 1973 году московские химики Дмитрий Бочвар и Елена Гальперн доказали, что квантовая химия допускает теоретическую возможность новой естественной формы углерода. Изображение молекулы выглядело фантастично. Несмотря на то, что японцы пришли к тем же выводам, ученая общественность восприняла работу как игру ума.
В первой половине 80-х годов астрофизики обнаружили в спектрах «красных гигантов» странные полосы. Судя по всему, это были следы углерода. Но молекулы его были незнакомой формы. А в 1985 году англичанин Гарольд Крото в лаборатории Сассекского университета обнаружил молекулы углерода, имеющие сферическую форму. Он исследовал так называемые масс-спектры паров графита, которые образовывались под воздействием мощного лазерного луча. Выяснилось, что в спектрах имеются два сигнала, которые соответствуют большим агрегатам, группам из атомов углерода. Причем, в одном случае этих атомов было 60, а в другом — 70. Это настолько поразило ученого, что он связался со своими американскими коллегами из университета Райса в Хьюстоне. Ричард Смолли и Роберт Керл подтвердили его открытие и в итоге разделили с Крото славу нобелевских лауреатов по химии в 1996 году.
Какой же была форма новых молекул? Крото, Керл и Смолли предположили, что это многогранники, похожие на футбольные мячи, собранные из пяти- или шестиугольников. Попадись им тогда работа московских ученых, они бы очень удивились: картинка совпадала с точностью до молекулы.
Так был открыт фуллерен.
Его полное научное название звучит коряво — бакминстерфуллерен, названный так в честь Ричарда Бакминстера Фуллера, американского философа, ученого, инженера, архитектора и поэта. Он родился в 1895 году, а умер в 1983-м, за два года до экспериментов Крото и Смолли.
Интересно, что Фуллер не был химиком или физиком. У нас он известен разве что историкам архитектуры. Дело в том, что по его проекту был выстроен павильон США на монреальской выставке ЭКСПО-67. Павильон представлял собой купол из шестигранных ячеек, этакий огромный футбольный мяч. Между тем Фуллер знаменит не только разработкой так называемых «геодезических» куполов. Его считают одним из самых ярких мыслителей XX века. Достаточно сказать, что в своих поисках гармонии между природой и архитектурными сооружениями он создал так называемую «синергетику» — дисциплину, системно объединяющую структурные характеристики пространственных форм и решающую задачи на стыках наук.
Химическая активность фуллеренов, их способность заключать в своих «оболочках» другие элементы сейчас используется в технологических процессах, связанных с созданием неизвестных доныне материалов с необходимыми нам свойствами. В их числе — новые разновидности сверхпроводников, полупроводников и материалы, в сотни раз прочнее стали, носители сверхплотной записи информации. Предполагается разработка технологии синтеза алмазов и сверхтвердых соединений, в том числе и тонких алмазных пленок. В перспективе — новые полимеры с невероятными для них электронными, магнитными и оптическими свойствами, нетрадиционные источники тока, катализаторы, материалы для лазеров… И это только ничтожная часть возможностей, открываемых фуллеренами для рывка на совершенно иной уровень развития науки и техники.
А самое главное — выяснилось, что фуллерены могут образовывать не только замкнутые фигуры, но также и трубки-тубулены. Такие молекулы представляют собой полые цилиндры, составленные из шестиугольников, а на конце «закрытые» полусферой из пятиугольных фрагментов. Вот эти нанотрубки и являются «кирпичиками» для ассемблеров. Именно они должны стать основой «рук»-манипуляторов, с помощью которых будут перемещаться атомы.
Что конкретно мы имеем на сегодняшний день? Ученые научились управлять протеинами клетки, перемещая их с помощью нанотрубок. Удалось сделать шарикоподшипники, двигатель и карданные механизмы, состоящие всего из трех с половиной тысяч атомов. На базе нанотрубок соорудили весы, которые могут взвесить вирус. Из органической молекулы создан транзистор размером в 1–2 нанометра, то есть в миллион раз меньше песчинки, причем использовалась технология «самосборки». Собрана самая маленькая логическая схема на основе двух транзисторов, построенных из отдельной молекулы углерода. С помощью искусственной ДНК стали манипулировать молекулами, пока, правда, еще не очень умело…
Весьма обнадеживающие достижения, не так ли?
Но и весьма пугающие…
Как же будет работать нанотехника? Сначала «наноруки», ведомые нанокомпьютером, соберут ассемблер. А тот, естественно, запрограммирован на атомную сборку других ассемблеров. Предполагается, что на один ассемблер пойдет около миллиарда атомов. Производительность — примерно миллион атомов в секунду. За четверть часа наноробот создаст свою точную копию. Медленно, да? Но не будем забывать, что у нас теперь две самовоспроизводящиеся машины, и минут через 15 их станет четыре. Теперь вспомните легенду об изобретателе шахмат, который попросил в награду положить на первую клетку одно зернышко, на вторую — два, на третью — четыре…
В общем, подсчитано, что за сутки наша планета накроется толстым одеялом из этих «ручек»…
Надо сказать, что сам Дрекслер ввел понятие «grey goo», которое переводится как «серая топь» или «серая слизь». Цепная реакция воспроизводства неуправляемых наномашин — кошмар, который грозит воплотиться в жизнь.
«Технологии XXI столетия, генетика, нанотехнология и роботика, настолько могущественны, что могут привести к совершенно новым типам катастроф и злоупотреблений, — замечает Билл Джой, основатель такого гиганта, как Sun Microsystems.
— Берегитесь, — продолжает он, — в нанотехнологиях гигантская мощь и гигантская угроза». Что ж, фантасты уже не раз и не два предупреждали об этом. В романе Вернора Винджа «Пламя над бездной» нанотехнологии хоть и позволяют герою одолеть злодеев, но там же рассказывается об истории благополучного мира, который нанороботы погубили.
А вот сам Эрик Дрекслер считает, что оснований для пессимизма нет. Рано или поздно, уверяет он, возникнет нанообщество, в котором будут работать одни ассемблеры. Люди же будут развлекаться в свое удовольствие. Перспектива весьма сомнительного свойства… В романе Майкла Муркока «Танцоры на краю времени» описано такое сообщество. Вся планета превратилась в лемовскую «интеллектуальную среду обитания», практически все атомы и молекулы — своего рода ассемблеры, которые выполняют любые желания человека. Другое дело, что людей осталось — по пальцам пересчитать…
Мы все еще мыслим категориями даже не двадцатого, а девятнадцатого века. Все открытия и изобретения, самые революционные, не посягали на основу цивилизации, хотя порой грозили ей гибелью. Нам кажется, что прогресс будет двигаться линейно — то есть автомобили завтра будут быстрее и экологичнее, самолеты — надежнее, лекарства — эффективнее… Но будущее, в которое мы стремительно погружаемся, сулит иное. Близится время «страшных чудес», и надо встретить его во всеоружии разума.
Мы создали сложнейшую технику. наша цивилизация обросла миллионами всевозможных приборов, машин, сооружении. Казалось, с машинами не может быть ничего неожиданного. Они будут становиться сложнее, совершеннее, и только. Чушь! Мы рисуем харчевни и святых Себастьянов, а кто-то в это время открывает новый мир…
Все это затеяла бабуля.
Может, потому что лето выдалось самым что ни на есть жарким на памяти старожилов, но только как-то днем она сбросила с себя все до последней нитки, старательно обвела красной краской глаза, нарумянила щеки, подбородок и шею, размалевала густо-черным тело, если не считать подмышек и внутренней стороны запястий, которые выкрасила белым, нацепила новый антигравитационный пояс, замахала руками и плавно вспорхнула на ближайшее дерево, оказавшееся дубом. Там нашла себе подходящий насест и удобно устроилась. И только тогда соизволила уведомить нас, что отныне является не кем иным, как рыжегрудой Птицей-Носорогом из самой Индии. Больше она ничего не сказала — по той веской причине, что носороги не относятся к разряду говорящих птиц.
— Спускайся вниз, бабуля, — позвала мать, — не то простудишься насмерть.
Вместо ответа бабуля вытянула шею и вперилась в горизонт.
— Она спятила, — постановил отец. — Просто спятила. Я всегда говорил, что она сумасшедшая. Сейчас же позвоню в психушку.
— Попробуй только!
Дело в том, что мама всегда принимала близко к сердцу очередные причуды бабули.