Introduzione
Era il 1959, i computer occupavano intere stanze ed avevano capacità di calcolo e di memoria notevolmente inferiori a quelle di un qualsiasi personal computer dei giorni nostri, quando il fisico Richard Feynman pronunciava un discorso durante una lezione al Caltech (California Institute of Technology), divenuto celebre per la geniale intuizione sulle potenzialità delle nanotecnologie.
Dato il livello della tecnologia in quel momento storico, ipotizzare di scrivere tutta l’Enciclopedia Britannica su una capocchia di spillo, di realizzare piccolissimi strumenti di lavoro (delle dimensioni di pochi atomi) maneggiati grazie a minuscole mani meccaniche, di fare ingerire ad un essere umano un chirurgo meccanico che potesse entrare nel cuore per operare una valvola malfunzionante, di manipolare gli atomi per sintetizzare qualunque sostanza si desiderasse, poteva essere considerata una visione, se non folle, quanto meno fantasiosa. Ma, come spesso accade quando si ha una mente brillante come quella di Feynman, il disegno chiaro ed inequivocabile attendeva solo che lo sviluppo tecnologico lo rendesse concretamente attuabile.
Come Einstein prima di lui, molte conferme delle sue intuizioni, sono arrivate dopo la sua morte (avvenuta nel 1988), ma ha fatto in tempo ad avere la soddisfazione di vedere realizzato il microscopio di cui più volte parla nel celebre discorso: nel 1981 venne realizzato il microscopio a effetto tunnel (per il quale gli inventori vinsero il premio Nobel pochi anni dopo) e nel 1986, come sua naturale evoluzione, il microscopio a forza atomica.
Al termine del discorso, per dare un concreto impulso alle idee di cui aveva appena parlato, offrì 1.000 dollari a chi per primo avesse ridotto i caratteri di una pagina di un libro di 25.000 volte e altri 1.000 a chi fosse riuscito a realizzare un motore meccanico funzionante delle dimensioni di circa 0,26 cm3. Il premio per il motore fu vinto da un artigiano dopo solo un anno, mentre quello per la nanoscrittura ne dovette attendere ventisei. Ma entrambi sono stati consegnati personalmente da Feynman.
Allo scopo di rendere più scorrevole e discorsiva la traduzione che segue, si è deciso di omettere le descrizioni dei procedimenti tecnici, di cui egli parla per dimostrare che sarebbe già stato possibile iniziare il viaggio verso il mondo dell’incredibilmente piccolo, e di sostituirle con brevi commenti. Ciò niente toglie alla comprensione della genialità dell’intuizione che ha aperto le porte ad un campo di studi nel quale molto è stato fatto, ma molto resta ancora da fare perché di spazio, laggiù in fondo, ce n’è davvero tanto!
C’E’ TANTO SPAZIO LAGGIU’ IN FONDO
(traduzione in italiano tratta dal sito http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/discorsi-celebri-conferenze/)
“Credo che i fisici di laboratorio provino spesso invidia nei confronti di uomini come Kamerling Onnes che ha scoperto un campo come quello della bassa temperatura che sembra essere senza fine e nel quale si può andare sempre più a fondo. Un uomo del genere, infatti, diventa un leader e gode di una sorta di monopolio temporaneo negli ambienti scientifici. Percy Bridgman, nel progettare un modo per ottenere pressioni sempre più alte, ha dato il via ad un altro nuovo campo ed è stato in grado sia di muoversi che di condurre noi tutti all’interno di esso. La ricerca di un vuoto sempre più spinto è stato un naturale sviluppo di questo tipo di ricerca.
Oggi vorrei descrivere un campo nel quale poco è stato fatto ma nel quale, tanto per cominciare, si potrebbe fare un’enorme quantità di cose. Questo campo non è esattamente come gli altri in quanto non ci dirà molto sulle questioni fondamentali della Fisica (nel senso di “cosa sono queste strane particelle?”), ma è molto più simile alla Fisica dei solidi, nel senso che potrebbe dirci qualcosa di molto interessante sugli strani fenomeni che accadono in situazioni molto complesse. Inoltre l’aspetto più importante è che potrebbe avere un numero enorme di applicazioni tecniche.
L’argomento di cui voglio parlare è la manipolazione e il controllo di oggetti su piccola scala. Non appena menziono l’argomento, le persone mi parlano della miniaturizzazione e di quanto sia progredita fino ad oggi. Mi parlano di motori elettrici della dimensione di un'unghia di un mignolo. E c’è in vendita uno strumento, mi dicono, con il quale si può scrivere il “Padre nostro” sulla capocchia di uno spillo. Ma questo è niente, è solo il primo esitante passo nella direzione di cui voglio parlare. Essa è quel mondo, sorprendentemente piccolo, che sta qua sotto.
Nell’anno 2000, quando guarderanno a quest’epoca, si meraviglieranno del fatto che fino al 1960 nessuno avesse iniziato a muoversi seriamente in questa direzione. Perché non possiamo scrivere tutti i 24 volumi dell’Enciclopedia Britannica sulla capocchia di uno spillo? Vediamone le implicazioni.”
La capocchia di uno spillo è larga 1/16 di pollice (1 pollice = 2,54 cm), se la ingrandiamo 25.000 volte, la sua area diventa uguale a quella di tutte le pagine dell’Enciclopedia Britannica. Quindi tutto ciò che è necessario fare, consiste nel ridurre tutte le scritte dell’Enciclopedia di 25.000 volte.
“Non c’è, pertanto, nessun dubbio che vi sia abbastanza spazio su una capocchia di uno spillo, per metterci tutta l’Enciclopedia Britannica. Il bello è che, una volta scritta in questo modo, può anche essere letta. Immaginiamoci che sia scritta in lettere metalliche in rilievo; ovvero dove c’è nero nell’Enciclopedia, mettiamo lettere di metallo in rilievo che siano 1/25.000 della loro dimensione normale. Come la leggeremmo? Se avessimo qualcosa scritto in tale modo, potremmo leggerlo usando tecniche attualmente in uso (senza dubbio, una volta scritta, si troverà un modo migliore per leggerla ma, per fare il punto della situazione ad oggi, farò riferimento a tecniche che già conosciamo).”
La tecnica consiste nel fare un modello di ogni lettera comprimendo il metallo in un materiale plastico. Le lettere così realizzate sarebbero visibili tramite un microscopio elettronico. Sarebbe, inoltre, semplice ottenere copie identiche dei modelli realizzati
“La prossima domanda è: come lo scriviamo? Attualmente non abbiamo tecniche standard per farlo. Lasciatemi dimostrare, tuttavia, che non è così difficile come può sembrare a prima vista.”
L’idea si basa sull’utilizzo di un fascio di elettroni concentrato in un punto molto piccolo, mediante l’utilizzo di lenti per microscopio montate al contrario, affinché possa incidere le piccole lettere nel metallo
“Questa è l’Enciclopedia Britannica sulla capocchia di uno spillo, ma consideriamo tutti i libri del mondo. La Biblioteca del Congresso ha circa nove milioni di volumi; la Biblioteca del British Museum ha cinque milioni di volumi; ci sono cinque milioni di volumi anche nella Biblioteca Nazionale di Francia. Sicuramente ci saranno dei doppioni, quindi diciamo che tutti i libri del mondo che prendo in considerazione siano circa 24 milioni.
Cosa accadrebbe se stampassimo tutto questo alla scala di cui abbiamo parlato? Quanto spazio occuperebbe? Naturalmente occuperebbe l’area di un milione di capocchie di spillo perché, invece dei 24 volumi dell’Enciclopedia Britannica, ce ne sono 24 milioni. Il milione di capocchie di spillo può essere disposto in un quadrato di lato pari a 1.000 spilli, ovvero un’area pari a circa 3 yard quadrate [1 yard = 0,91 m, ndr].
Tutte le informazioni che l’uomo abbia mai registrato nei libri possono essere portate in giro in un opuscolo da tenere in mano, e non scritte in codice ma come semplice riproduzione di immagini originali, incisioni su piccola scala, senza perdita di risoluzione.
Cosa direbbe la nostra bibliotecaria al Caltech, che corre da un edificio ad un altro, se le dicessi che, fra dieci anni, tutte le informazioni di cui lei si sta impegnando a mantenere traccia - 120.000 volumi accatastati dal pavimento al soffitto, magazzini pieni dei libri più vecchi - potranno essere conservati in una tessera libraria?
Quando l’Università del Brasile, per esempio, dovesse perdere in un incendio la sua biblioteca, potremmo inviare loro una copia di ogni libro della nostra biblioteca, estraendo una copia da ogni originale in poche ore e spedendo il tutto in una busta non più grande né più pesante di qualunque altra lettera ordinaria spedita per via aerea.
Bene, il titolo di questo discorso è “C’è TANTO spazio laggiù in fondo”, non “C’è spazio laggiù in fondo”. Ciò che ho dimostrato è che c’è abbastanza spazio per ridurre le dimensioni di oggetti in un modo già tecnicamente attuabile. Ora voglio dimostrare che di spazio ce n’è tanto. Non parlerò delle fattibilità pratica, ma di ciò che è possibile in base alle leggi fisiche. Non sto inventando l’anti-gravità, che sarebbe possibile solo se le leggi non fossero quelle che pensiamo essere. Sto per parlarvi di ciò che può essere fatto se le leggi sono quelle che pensiamo che siano; se non lo stiamo facendo è solo perché non ci abbiamo ancora pensato.
Supponiamo, invece di provare a riprodurre le immagini di tutte le informazioni direttamente nella loro forma, di scrivere solo il contenuto delle informazioni tradotto in un codice di punti e trattini, o qualcosa del genere, per rappresentare le varie lettere. Ogni lettera rappresenta sei o sette unità di informazioni, quindi c’è bisogno solo di circa sei o sette punti o trattini per ogni lettera.
Ora, invece di scrivere tutto come ho fatto prima, sulla superficie della capocchia di spillo, userò l’interno del materiale.”
Se ogni unità d’informazione fosse rappresentabile tramite un piccolo cubo di lato pari a cinque atomi, stimando che nei 24 milioni di libri che esistono al mondo ci siano 1015 unità d’informazione, questi potrebbero essere condensati in un cubo di materiale grande come il più piccolo pulviscolo di polvere visibile dall’occhio umano
“Quindi c’è tanto spazio laggiù in fondo! Non mi parlate di microfilm!
Il fatto che una quantità così enorme di informazioni possa essere trasportata in uno spazio così piccolo, è naturalmente ben conosciuto dai biologi e risolve il mistero, che esisteva prima che lo svelassimo, di come, nella più piccola cellula possano essere immagazzinate tutte le informazioni per l’organizzazione di una creatura complessa come l’essere umano. Tutte queste informazioni - se abbiamo occhi castani, capelli biondi, o che nell’embrione la mascella dovrebbe prima svilupparsi con un piccolo foro di lato, in modo che in seguito un nervo possa passare da lì - tutte queste informazioni sono contenute in una sezione molto piccola della cellula, che ha la forma di una lunga catena di molecole di DNA, nelle quali vengono usati circa 50 atomi per ogni unità di informazione nella cellula.
Se avessi scritto un codice con 5x5x5 atomi per ogni unità di informazione, la domanda è: come potremmo leggerlo oggi? Il microscopio elettronico non è sufficiente, al massimo può arrivare ad una risoluzione di 10 angstrom. Mentre vi sto parlando di tutte queste cose sulla piccola scala, mi piacerebbe imprimere nella vostra mente l’importanza di migliorare il microscopio elettronico di un centinaio di volte. Non è impossibile, non va contro le leggi della diffrazione degli elettroni. La lunghezza d’onda dell’elettrone in un microscopio del genere è solo pari a 1/20 di angstrom. Quindi sarebbe possibile vedere distintamente singoli atomi?
Abbiamo amici scienziati in altri campi: in Biologia, per esempio. Noi fisici spesso li guardiamo e diciamo “Sapete perché, cari colleghi, state compiendo così pochi progressi?” (attualmente non conosco alcun campo in cui si stiano compiendo progressi più rapidi che in Biologia) “Dovreste fare come noi e utilizzare più matematica”. E loro potrebbero risponderci - ma sono gentili pertanto lo farò io per loro - “Cosa dovreste fare voi per noi allo scopo di farci compiere più progressi, è la costruzione di un microscopio cento volte più potente”.
Attualmente quali sono le più importanti domande in Biologia?
Sono questioni del tipo: qual è la sequenza di base del DNA? Cosa accade quando si verifica una mutazione? Che legame c’è tra l’ordine delle basi nel DNA e l’ordine degli aminoacidi nelle proteine? Qual è la struttura del RNA, è una catena singola o doppia? E come il suo ordine si pone in relazione con le basi del DNA? Qual è l’organizzazione dei microsomi? Come si sintetizzano le proteine? Dove va l’RNA? Come si riunisce? Dove si assemblano le proteine? Dove vanno gli aminoacidi? Dove sta la clorofilla nella fotosintesi? Com’è organizzata? Dove stanno i carotenoidi coinvolti in questo processo? Qual è il meccanismo di conversione della luce in energia chimica?
E’ molto facile rispondere a molte di queste fondamentali domande della Biologia; basta guardare!
Si vedrà l’ordine delle basi nella catena; si vedrà la struttura del microsoma. Sfortunatamente gli attuali microscopi vedono ad una scala che è un po’ troppo grezza. Costruiamo un microscopio cento volte più potente e molti problemi della Biologia diventeranno molto più facili da risolvere.
Naturalmente esagero, ma i biologi vi sarebbero sicuramente molto grati e preferirebbero questo al consiglio che dovrebbero utilizzare di più la Matematica.
L’attuale teoria dei processi chimici è basata sulla Fisica teorica. In questo senso i fisici forniscono le fondamenta alla Chimica. Ma la Chimica è anche analisi. Se hai una strana sostanza e vuoi sapere che cos’è, devi affrontare un lungo e complicato procedimento di analisi chimica. Si può analizzare quasi tutto al giorno d’oggi, quindi la mia idea è un po’ in ritardo. Ma se i fisici volessero, potrebbero approfondire il problema delle analisi chimiche. Sarebbe molto facile effettuare un’analisi di ogni complicata sostanza chimica; basterebbe guardarla per vedere dove stanno gli atomi. L’unico problema è che il microscopio elettronico è cento volte meno potente del necessario. (Più tardi mi piacerebbe porre questa domanda: possono i fisici fare qualcosa per il terzo problema della Chimica, ovvero la sintesi? C’è un modo fisico per sintetizzare qualsiasi sostanza chimica?).”
Ipotizza che sia possibile migliorare il microscopio elettronico non implementando la tipologia in uso, ma cambiando in modo rivoluzionario i criteri su cui si basa la loro progettazione.
“L’esempio biologico di scrivere informazioni su piccola scala mi ha dato l’ispirazione per pensare a qualcosa che dovrebbe essere possibile. La Biologia non è semplicemente scrivere informazioni; è fare qualcosa perché ciò si realizzi. Un sistema biologico può essere esageratamente piccolo. La maggior parte delle cellule sono molto piccole ma sono anche molto attive; esse producono varie sostanze; si muovono, camminano e compiono molte attività meravigliose. Tutte su una scala molto piccola. Inoltre immagazzinano informazioni. Pensiamo all’eventualità che anche noi si possa fare una cosa così piccola che realizzi ciò che vogliamo, che possiamo costruire un oggetto che possa funzionare a quel livello!
Costruire oggetti molto piccoli potrebbe anche essere oggetto di attività imprenditoriale. Consentitemi di ricordarvi alcuni dei problemi dei calcolatori elettronici. Nei computer dobbiamo immagazzinare un’enorme quantità di informazioni. Il tipo di scrittura di cui ho parlato prima, nel quale avevo trasformato ogni carattere in distribuzione di metallo, è permanente. Molto più interessante per un computer è scrivere, cancellare e scrivere qualcos’altro. (Ciò accade di solito perché non vogliamo sprecare il materiale sul quale abbiamo appena scritto. D’altro canto, se potessimo scrivere su uno spazio molto piccolo, non farebbe alcuna differenza; potrebbe semplicemente essere buttato via dopo averlo letto. Il costo del materiale è irrilevante).
Non conosco un modo pratico per ridurne le dimensioni, ma sono certo che i computer siano troppo grandi; riempiono le stanze. Perché non possiamo renderli molto piccoli, costruirli con piccoli cavi, piccoli elementi - e per piccoli, intendo piccoli. Per esempio, i cavi potrebbero avere un diametro costituito da 10 o 100 atomi, e i circuiti dovrebbero avere dimensioni di poche migliaia di angstrom. Chiunque abbia analizzato la teoria dei computer, è arrivato alla conclusione che le loro possibilità sarebbero molto interessanti, se potessero essere progettati per essere molto più performanti. Se avessero tali elementi moltiplicati per milioni di volte, potrebbero avere capacità di giudizio. Avrebbero il tempo di calcolare il modo migliore per eseguire il calcolo che stanno per eseguire. Essi potrebbero scegliere il metodo di analisi che, sulla base della loro esperienza, sia migliore di quanto sceglieremmo noi. E avrebbero molte altre caratteristiche qualitative.
Se guardo il vostro volto, riconosco immediatamente di averlo già visto prima. Non esiste ancora una macchina che, con la stessa velocità, possa rilevare l’immagine di un volto e dire se sia un uomo o meno; e ancor meno se sia lo stesso uomo che gli avete mostrato prima, a meno che non sia esattamente la stessa immagine. Se il volto è cambiato, se sono più vicino ad esso o ne sono più lontano, se la luce cambia, io lo riconosco sempre. Bene, questo piccolo computer che porto all’interno della mia testa sa farlo con facilità. I computer che abbiamo costruito non sono capaci di farlo. Il numero di elementi in questa mia scatola fatta di osso è enormemente più grande del numero di elementi nei nostri “meravigliosi” computer. Ma i nostri computer meccanici sono troppo grandi, gli elementi in questa scatola sono microscopici. Io voglio costruirne alcuni che siano sub-microscopici.
Se io volessi progettare un computer che avesse tutte queste meravigliose abilità qualitative, dovrebbe avere, forse, le dimensioni del Pentagono. Ciò ha molti svantaggi. Innanzitutto, richiederebbe troppa materia prima; potrebbe non esserci sufficiente germanio nel mondo per tutti i transistor che dovrebbero essere messi in questo enorme dispositivo. C’è anche il problema della generazione del calore e dei consumi energetici. Ma una difficoltà perfino più pratica è che il computer dovrebbe essere limitato ad una certa velocità. A causa delle grandi dimensioni, è necessario un tempo finito per portare l’informazione da un posto all’altro.
L’informazione non può viaggiare più veloce della luce, quindi, dal momento che i nostri computer diventeranno sempre più veloci e sempre più potenti, dovranno diventare sempre più piccoli. Ma c’è tanto spazio per renderli più piccoli. Non c’è niente nelle leggi fisiche che impedisce che gli elementi dei computer non possano essere enormemente più piccoli di quanto siano ora. Ci sarebbero davvero grandi vantaggi.
Perché non possiamo produrre questi piccoli computer proprio come produciamo quelli grandi? Perché non possiamo perforare, tagliare, saldare, modellare forme diverse a livello infinitesimale? Quanto può diventare piccolo un oggetto perché non sia più possibile modellarlo? Quante volte, quando state lavorando su qualcosa di esageratamente piccolo come l’orologio da polso di vostra moglie, vi siete detti “se solo potessi addestrare una formica a farlo?”. Vorrei suggerirvi la possibilità di addestrare una formica ad addestrare un acaro a farlo.
Quali sono le potenzialità di apparecchi piccoli e mobili? Che siano o meno utili, sarebbe di sicuro divertente costruirli.
Consideriamo una macchina qualsiasi, per esempio un automobile, e riflettiamo su una macchina come quella di dimensioni infinitesimali.”
Tali macchine andrebbero completamente riprogettate e costruite con materiali tipo plastica o vetro, per loro natura privi di forma propria e di disomogeneità, per evitare gli inconvenienti che la struttura a grani dei metalli potrebbe creare su piccola scala. Sarebbe necessario fare molta attenzione anche alle parti elettriche a causa della variazione delle proprietà magnetiche su piccola scala. D’altro canto, sarebbe probabilmente inutile lubrificare gli ingranaggi che, date le piccolissime dimensioni, non si surriscalderebbero, pertanto sarebbe anche impossibile far funzionare il motore tramite processi di combustione e si dovrebbe progettare qualche altro processo di produzione di energia a freddo oppure potrebbe essere sufficiente alimentarli con una fonte di energia elettrica dall’esterno.
“Quale sarebbe l’utilità di macchine del genere? Chi lo sa? Ovviamente, un’autovettura piccola potrebbe servire solo a far viaggiare gli acari e suppongo che il nostro spirito cristiano non vada così lontano.
Comunque abbiamo compreso la possibilità di produrre piccoli elementi per computer in fabbriche completamente autonome, dotate di tornio e altri strumenti molto piccoli. Il piccolo tornio non dovrebbe essere identico a quello grande. lascio alla vostra immaginazione i miglioramenti del progetto per trarre pieno vantaggio dalle proprietà di oggetti su piccola scala e in modo tale che il completo automatismo renderebbe il tutto molto facile da manovrare.
Un mio amico (Albert R. Hibbs) suggerisce un’interessante possibilità per macchine relativamente piccole. Sebbene sia un’idea molto selvaggia, egli sostiene che sarebbe molto interessante in chirurgia poter ingoiare il chirurgo. Si mette il chirurgo meccanico nel sangue e lui va nel cuore a dare un’occhiata (naturalmente ciò che vede deve essere comunicato all’esterno), trova la valvola difettosa, prende un coltello e la elimina. Altre piccole macchine potrebbero essere incorporate in modo permanente nel corpo per aiutare degli organi che non funzionino perfettamente.
Ed ora la domanda interessante: come possiamo realizzare un meccanismo così piccolo? Lascio a voi la risposta. Consentitemi, tuttavia, di suggerirvi una strana possibilità. sapete che nelle centrali nucleari hanno materiali e macchine che non possono maneggiare direttamente perché sono radioattivi. Per svitare dadi, montare bulloni e così via hanno un set di mani meccaniche che possono manovrare a distanza, in modo da maneggiare oggetti piuttosto bene.”
A questo punto Feynman suggerisce un metodo molto lungo e complicato, ma teoricamente possibile, per arrivare a costruire strumenti di lavoro piccolissimi: questo consiste nel ridurne le dimensioni in modo graduale prevedendo un certo numero di livelli. Il primo livello consiste nel ridurre di 1/4 le dimensioni normali degli strumenti e produrne un certo numero limitato. Una volta testato il funzionamento degli strumenti ridotti, dopo aver analizzato e risolto le eventuali problematiche riscontrate, si potrebbero utilizzare tali strumenti per costruire un numero maggiore di loro copie ulteriormente ridotte di 1/4, e così via di livello in livello, ogni volta fermandosi a testare gli strumenti prima di proseguire nel livello successivo. Quindi, se al primo livello avessimo ottenuto dieci piccoli strumenti ridotti di 1/4, al secondo avremmo cento piccoli strumenti ridotti di 1/16, al terzo mille piccoli strumenti ridotti di 1/64 rispetto a quelli iniziali e così via fino a che sia tecnicamente possibile ridurre le dimensioni garantendo il funzionamento di tali strumenti. Se riuscissimo ad arrivare a ridurre le dimensioni di 4.000 volte, avremmo un milione di piccoli strumenti per costruire i quali sarebbe necessaria solo il 2% della materia prima impiegata per costruirne uno solo di dimensioni normali.
“Non mi spaventa, infine, prendere in considerazione la questione fondamentale su se, in un lontano futuro, saremo in grado di dare agli atomi l’ordine che vogliamo (in modo ragionevole, ovviamente, non si possono disporre in modo che siano chimicamente instabili, per esempio).
Fino ad ora ci siamo accontentati di scavare il suolo per trovare minerali. Li scaldiamo e li usiamo per produrre oggetti di grandi dimensioni e speriamo di trovare una sostanza pura con appena un po’ di impurità, e così via. ma dobbiamo sempre accettare determinati ordinamenti dati agli atomi dalla Natura. Non abbiamo nessuna sostanza con un ordine a scacchiera, con gli atomi delle impurità spostati più in là di 100 angstrom o in qualche altro modo particolare.
Cosa potremmo fare con strutture stratificate che abbiano gli strati messi nel giusto ordine? Quali sarebbero le proprietà dei materiali se se davvero potessimo ordinare gli atomi nel modo che preferiamo? Sarebbe un campo d’indagine teorico molto interessante. Non posso prevedere cosa succederebbe, ma non ho dubbi che quando avremo un certo controllo dell’ordine delle cose su piccola scala, conquisteremo una gamma di possibilità enormemente più grande nelle proprietà della materia e delle diverse cose che potremo realizzare.”
Nel caso di circuiti elettrici un grande problema da affrontare, riducendone molto le dimensioni, potrebbe essere quello della resistenza, probabilmente risolvibile mediante l’utilizzo della superconduttività
“Quando entriamo nel mondo dell’incredibilmente piccolo, per esempio un circuito costituito da sette atomi, potrebbero presentarsi molte nuove opportunità progettuali. Gli atomi si comportano come nessun altra cosa di grandi dimensioni, dal momento che seguono le leggi della Meccanica Quantistica. Infatti, via via che scendiamo nel piccolo e ci circondiamo di atomi, abbiamo a che fare con leggi diverse e possiamo aspettarci di fare cose diverse. Possiamo produrre in modo diverso. Possiamo usare non solo circuiti, ma qualche sistema che coinvolga i livelli di energia quantica, oppure le interazioni degli spin quantici, ecc… Altra cosa degna di nota è che, se scendiamo ad un livello sufficientemente piccolo, tutti i nostri dispositivi possono essere prodotti in massa, in modo che ognuno di essi sia una perfetta copia degli altri. Non siamo in grado, invece, di produrre due macchine di grandi dimensioni che siano perfettamente identiche. Ma se la vostra macchina è alta solo cento atomi, è sufficiente un livello di precisione da 0,5 a 1% per essere sicuri che un’altra macchina sia esattamente delle stesse dimensioni, cioè cento atomi di lunghezza!
A livello atomico, abbiamo nuovi tipi di forza e nuove possibilità, nuove conseguenze. I problemi della produzione e riproduzione dei materiali saranno abbastanza diversi. Sono, come ho già detto, ispirato dai fenomeni biologici nei quali le forze chimiche vengono usate in modo ripetitivo per produrre ogni tipo di strano effetto (uno dei quali è il sottoscritto).
I principi della Fisica, per quanto posso vedere, non si scontrano con la possibilità di manipolare gli oggetti atomo per atomo. Non è un tentativo di violare alcuna legge; è qualcosa che, in linea di principio, può essere realizzato ma, in pratica, non possiamo farlo perché siamo troppo grandi.
Infine, possiamo occuparci di sintesi chimica. Un chimico viene da noi e ci dice “Bene, voglio una molecola che abbia gli atomi disposti così e cosà, costruite questa molecola!”. Il chimico fa una cosa misteriosa quando vuole realizzare una molecola. Ha un determinato obiettivo, quindi mette insieme questo e quello, lo agita e lo mescola. E, alla fine del difficile processo, di solito riesce a sintetizzare ciò che vuole. Nel tempo che a me serve per far funzionare i miei strumenti secondo le leggi della Fisica, egli avrà sicuramente trovato il modo per sintetizzare praticamente tutto, e il mio lavoro sarà stato inutile.
Ma è interessante sapere che sarebbe, in linea di principio, possibile (almeno credo) per un fisico sintetizzare qualunque sostanza chimica alla quale un chimico possa pensare. Chiedi e il fisico sintetizzerà. Come? Metti gli atomi nel modo in cui dice il chimico e crei la sostanza. I problemi di Chimica e di Biologia potrebbero essere facilmente superati se la nostra capacità di vedere cosa stiamo facendo mentre compiamo azioni a livello atomico, venisse sviluppata ai massimi livelli: uno sviluppo che, a mio parere, sarà inevitabile.
Ora potreste dire: “Chi e perché dovrebbe farlo?”. Bene, io ho indicato solo alcune delle possibili applicazioni economiche, ma so che il vero motivo per cui dovreste farlo è il puro divertimento! Divertitevi!! Organizziamo una gara tra laboratori. Facciamo in modo che un laboratorio costruisca un piccolo motore e lo invii ad un altro laboratorio che lo rispedisca al mittente con qualche pezzo che si inserisca perfettamente all’interno del primo motore.
Per il gusto di divertirsi, e al fine di stimolare l’interesse dei ragazzi in questo campo, auspico che qualcuno proponga alla scuole superiori di organizzare qualche gara tra istituti. Dopotutto in questo campo dobbiamo ancora iniziare a lavorare e perfino i ragazzi sarebbero capaci di scrivere più piccolo di quanto sia mai stato fatto fino a d aggi. Una scuola di Los Angeles potrebbe inviare uno spillo ad una scuola di Venezia con su scritto “Come stai?”. Quindi lo spillo potrebbe tornare indietro con scritto “Non c’è male” sul puntino della i.
Forse, però, ciò non è sufficiente per entusiasmarvi, solo la possibilità di una vincita economica potrebbe farlo. Perciò vorrei fare un tentativo, ma non posso farlo subito perché non sono preparato. Ho intenzione di offrire un premio di $ 1.000 al primo ragazzo che riuscirà a ridurre le informazioni scritte sulla pagina di un libro di un scala 1:25.000 in modo che sia leggibile con un microscopio elettronico. E voglio offrire un altro premio di $ 1.000 al primo ragazzo che realizzerà un motore elettrico funzionante che possa essere controllato dall’esterno e, senza considerare i cavi in entrata, sia di dimensioni non superiori a 1/64 di pollice cubo.
Sono certo che non passerà molto tempo prima che tali premi vengano reclamati!”
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