Авторы книги приглашают читателя погрузиться в бесконечно малое, чтобы, донырнув до самого «дна», развлечься игрой с одиночными атомами или отдельными молекулами. У всех нас нет никакого опыта обращения с такими объектами, как с разрозненными единицами: уж слишком они малы, чтобы перебирать их поодиночке. В самом деле, каковы размеры атома? Их приходится измерять в десятимиллиардных долях метра, то есть в десятимиллионных долях миллиметра. А как должен вырасти атом, чтобы мы, скажем, или вы, наш читатель, стали величиной с планету? Так вот, тогда атом был бы шариком с диаметром в миллиметр. А если бы он стал величиной с комнату, то мы или вы доставали бы головой до Солнца. Атом столь мал, что его нельзя увидеть не только невооруженным глазом, но и в любой самый мощный оптический микроскоп.

Однако в 1981 году ученые изобрели микроскоп нового типа, работавший на основе туннельного эффекта. Этот новый прибор позволял выводить изображения одиночных молекул и атомов на экран компьютерного монитора. Справедливости ради стоит упомянуть, что первые изображения атомов на люминесцентных экранах электронно-лучевых трубок были получены много раньше, еще в 1950-е годы, на так называемых «электронных» микроскопах. Однако туннельный микроскоп отличался тем, что с его помощью можно было не только увидеть атом, но и «дотронуться» до него — и даже, надавив на атом малюсенькой иголочкой, переместить его туда, куда вам заблагорассудится. Обыкновенно, когда вы трогаете какую-то вещь, миллиарды атомов ваших пальцев входят «в соприкосновение» с миллиардами ее атомов. Но игла туннельного микроскопа настолько тонка, что способна прикоснуться только к одному атому. Значит, если дотронуться сначала до одного атома, потом той же иглой придвинуть к этому атому еще один, потом еще один и так далее, то за некоторое время и через некоторое количество шагов можно получить небывалые сочетания атомов, в том числе и сильно непохожие своей «архитектурой» на те атомные скопления, которые встречаются в «обычной», нетронутой человеком, природе. Иначе говоря, эта игла оказывается продолжением пальцев ученого или инженера.

Так что туннельный микроскоп вносит существенные перемены — или некоторую сумятицу — в наши взаимоотношения с веществом, с материей. Он превращается в рабочий инструмент, «орудие физического труда», и тогда становится возможным совершенно новый технологический подход: обращение с атомами как с кирпичами и созидание из атомов все более величественных сооружений, только не по камешку или кирпичику, а атом за атомом. Вплоть до построения крошечной машины, которая, однако, будет способна работать примерно так же, как и механизмы привычных нам размеров. Причем этот новый подход к конструированию аппаратуры по праву можно назвать восходящим — по направлению он уж точно противоположен давно привычной миниатюризации.

Представим себе, например, что мы построили куб в миллион раз меньший песчинки, с ребром длиной примерно в один нанометр, то есть в миллиардную долю метра. Чтобы соорудить такой нанокуб, понадобится примерно шестьдесят атомов. И это возможно при помощи туннельного микроскопа и «нанотехнологии» — так называют «восходящее» созидание из отдельных атомов: атом приставляется к атому, потом на них ставится еще один и так далее, пока не будет получен желанный результат. Прибегнув к более привычному «нисходящему» созиданию, то есть миниатюризации, можно получить тот же нанокуб — достаточно убрать из кубика с ребром в один сантиметр сто миллиардов миллиардов атомов. Всего-то.

Следовательно, нанотехнология, по сути дела, есть способ (еще один) сбережения материальных ресурсов. Со временем, однако, определение нанотехнологии стало более гибким или, лучше сказать, расплывчатым: теперь уже чаще говорят не о нанотехнологии, но о нанотехнологиях, и это множественное число объемлет не только умение манипулировать материей, передвигая атом за атомом, но и все прочие приемы, позволяющие создавать объекты с точностью, измеряемой нанометрами, пусть даже в производственном процессе задействованы не считаные единицы, а многие миллионы и миллиарды атомов.

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

USB

(такая шина есть в любом компьютере) расходуется 250 л воды и множество химических веществ, преимущественно синтетических и, как правило, загрязняющих среду обитания

[1]

.

От нанотехнологии, бывшей еще в колыбели и только начинавшей что-то лепетать, ожидали, что она избавит промышленность от алчного поглощения природного сырья и других материалов и введет нашу цивилизацию в эру устойчивого развития

[2]

. Так думал тогда не только один из авторов этой книги, о том же грезили и другие исследователи. Подобно тому, как Французская революция затевалась ради третьего сословия, я надеялся, что примерно то же произойдет с, так сказать, «сословием мелким», причем на всей планете, и эта перспектива виделась мне осуществлением юношеских мечтаний. Меня увлекало нахождение все новых и новых технологий, не причинявших ущерба окружающей среде и применимых в любой и каждой отрасли промышленности. К примеру, я обратил внимание на работы Кевина Алмера, директора исследовательского отдела фирмы

Genex.

Он предвидел возможность производства ультраминиатюрных электронных микросхем на основе белков, синтезируемых генетически запрограммированными бактериями. Этот ученый, в сущности, предсказал появление съедобных микропроцессоров! В тот же мой список попали и работы американского химика Ари Авирама, сотрудника принадлежащих компании

IBM

и расположенных близ Нью-Йорка исследовательских лабораторий Т. Дж. Уотсона. Авирам предложил так уменьшить размер электронного компонента (например, транзистора), чтобы он помещался в молекуле. Он даже попытался создать электронный переключатель на одной молекуле, прерывающей электрический ток, — иначе говоря, электронный молекулярный выпрямитель, пропускающий ток только в одном направлении.

Рассуждая в том же направлении, Форрест Картер, американский химик, работавший в военно-морской исследовательской лаборатории

Кроме меня поисками альтернативных и не столь пагубных для окружающей среды технологий занимались и другие исследователи. Эрик Дрекслер, молодой инженер, трудившийся в Бостоне, в Массачусетском технологическом институте, знаменитом

Но эти красивые мечтания уповали на нанотехнологию в широком смысле; иначе говоря, имелись в виду те же привычные приемы изготовления маленьких и все сильнее уменьшающихся устройств, разве что масштаб миниатюризации доводился до естественного предела: меньше молекул только отдельные атомы, ну и элементарные частицы. Дальше дороги нет — развитие упрется в неодолимую преграду и, значит, оборвется. Приходится признать, что дела пошли скорее в этом направлении, и сегодня упоминание нанотехнологии уже не будит надежд на появление промышленности, которая бы бережнее расходовала планетарные ресурсы. Напротив, обостряются опасения: а не отравит ли нас нанотехнология? А что, если она выйдет из-под нашего контроля? Мы еще вернемся к этим вопросам в главе 6. Но как же это мы дошли до жизни такой? Почему, начав со столь радужных экологических грез, мы пришли к разочарованию и недоверию? Попытаемся же разобраться, откуда взялось это явление, которое уместнее всего назвать «нанопузырем». Тогда мы, может быть, поймем, почему так менялись оценки нанотехнологий.