Радость познания - Ричард Фейнман

Если что-то записать таким способом, можно прочитать текст, используя общепринятые сегодня методики. (Несомненно, можно найти для чтения способы и получше, но я придерживаюсь консервативной точки зрения и буду использовать только известные сегодня методики.) Мы запрессуем металл в пластичный материал и поместим его в форму, затем аккуратно снимем пластик, выпарим кремнезем в пластике, чтобы получилась очень тонкая пленка, оттеним ее, рассеивая золото, так что все маленькие буквы отчетливо проявятся, затем удалим пластик из кремниевой пленки и посмотрим сквозь пленку с помощью электронного микроскопа!

Если все уменьшится в 25 000 раз в форме рельефных букв на булавке, нам будет легко это прочитать. Более того, мы легко сделаем копии образца — для этого нужно снова запрессовать такую же металлическую пластину в пластик, и мы получим другую копию.

Как записать малое?

Следующий вопрос: как же мы это запишем? Для этого на сегодняшний день не существует стандартной методики. Давайте поспорим, что это не так трудно, как кажется на первый взгляд. Мы можем перевернуть линзы электронного микроскопа в обратном направлении, чтобы получить уменьшение, равно как в прямом направлении получаем увеличение. Ионный источник, направленный через перевернутые линзы микроскопа, может фокусироваться в очень маленькое пятнышко. Мы можем записывать с помощью этого пятнышка так же, как записываем в телевизионном электронно-лучевом осциллоскопе, двигаясь от края и до края строки и с настройкой, определяющей количество материала, которое должно осаждаться, когда сканируешь строки.

Этот очень медленный метод из-за ограничений пространственного заряда. Существуют более быстрые методы. Можно было бы, вероятно, организовать фотопроцесс с экраном, в котором прорезаны отверстия в виде букв. Затем мы могли бы высекать электрическую дугу за отверстиями и направлять ионы металла через отверстия; а потом мы снова использовали бы нашу систему линз и получили маленькое изображение, образованное ионами, которые будут осаждать металл на булавке.

Может быть, проще другой метод (хотя я не уверен, что он сработает): пропускаем свет через оптический микроскоп в обратном направлении, фокусируем его на очень маленьком фотоэлектрическом экране. Электроны выбиваются с экрана в тех местах, которые были освещены. Эти электроны фокусируются по размеру линзами электронного микроскопа, сталкиваясь непосредственно с поверхностью металла. Будет ли такой пучок вытравливать металл, если у него достаточный пробег? Я не знаю. Если метод не сработает для поверхности металла, должно быть, можно найти какую-нибудь поверхность, с помощью которой удалось бы накрыть булавку таким образом, чтобы в местах бомбардировки электронами произошли изменения, которые мы могли бы позже опознать.

Проблемы интенсивности в этих устройствах не существует — когда вы прибегаете к увеличению, вы должны взять несколько электронов и распространить их по большей поверхности экрана, а наша задача прямо противоположная. Полученный свет концентрируется в очень малой области, и поэтому его интенсивность велика. Несколько электронов, которые выбиваются с фотоэлектрического экрана, фокусируются до размера крошечной области, и потому пучок становится очень интенсивным. Я не понимаю, почему этого пока нельзя сделать!

Речь шла о Британской энциклопедии на булавочной головке, но давайте рассмотрим все книги мира. Библиотека конгресса насчитывает приблизительно 9 миллионов томов; библиотека Британского музея — 5 миллионов томов, столько же в Национальной библиотеке Франции. Очевидно, есть дубликаты; давайте условимся, что в мире существует 24 миллиона интересующих нас томов.

Что произойдет, если напечатать их все в том масштабе, о котором я говорю? Сколько места они займут? Они, безусловно, займут площадь около миллиона булавочных головок, поскольку вместо 24 томов энциклопедии теперь мы имеем 24 миллиона томов. Миллион булавочных головок можно разложить в виде квадрата, по тысяче с каждой стороны, их площадь составит около 3 квадратных ярдов. Кстати, кремниевая копия с тонкой, как бумага, обратной стороной пластика, с помощью которой мы делали копии, со всей информацией, уместится на площади приблизительно в 35 страниц энциклопедии. Это около половины страниц журнала, который я держу в руках. Всю информацию, которую человечество записало в книгах, можно перенести в руках в виде брошюры, причем не в зашифрованном виде, а в виде простого воспроизведения текстов с картинками, гравюрами и всем прочим — и все это на малом масштабе без потери разрешения!

Что скажет наша библиотекарь в Калтехе, бегающая из одного здания в другое, если я сообщу ей, что через десять лет вся информация, которую она с таким трудом стремится сохранить, — все 120 000 томов, занимающих место от пола до потолка, с ящиками картотеки, хранилищами, заполненными старыми книгами, — все это можно будет уместить на одной библиотечной карточке! Если бы, например, в университете Бразилии сгорела библиотека, мы сняли бы копию каждой книги из нашей библиотеки, сделав их за несколько часов с помощью контрольной печатной формы, и послали бы им в конверте, не больше и не тяжелее, чем письмо обычной авиапочты.

Теперь о названии лекции «Как много места в глубине» (или более развернуто: «Как много возможностей в глубинах материи») — заметьте, это не просто «возможность погрузиться в глубины». Пока я продемонстрировал только, что принципиальная возможность существует — вы на практике можете уменьшить размер вещей. Теперь я хочу показать, что существует много возможностей. Я не буду обсуждать, как мы собираемся это сделать — только то, что в принципе можно сделать; иначе говоря, что возможно в соответствии с законами физики. Я не изобретаю антигравитацию, которая, может быть, допустима, если законы физики не такие, какими мы их представляем. Я рассказываю о том, что допустимо, если законы физики такие, какими мы их представляем. Мы не переделываем их просто потому, что не собираемся действовать в обход них.

Информация на носителях малого масштаба

Предположим, что вместо попыток воспроизвести картинки и всю информацию непосредственно в существующей форме мы записываем только информационное содержимое, представляя различные буквы в коде точек и тире или еще как-нибудь в том же роде. Каждая буква представляется шестью или семью битами информации; то есть вам нужно только около шести или семи точек или тире для каждой буквы. Теперь, вместо того чтобы записывать все, как я делал раньше, на поверхности булавочной головки, я собираюсь использовать также внутреннюю часть материала.

Давайте представим точку маленьким пятнышком одного металла, а следующее тире — соседним пятнышком другого металла и так далее. Предположим, оставаясь консерваторами, что для бита информации требуется маленький кубик из атомов 5x5x5 — всего 125 атомов. Возможно, нам нужна сотня или некоторое нечетное число атомов, чтобы убедиться, что информация не потеряется из-за диффузии или некоторого другого процесса.

Я оценил, сколько букв в энциклопедии, и предположил, что каждая из 24 миллионов книг такая же толстая, как энциклопедия, и вычислил, сколько в них содержится битов информации (1015). Для каждого бита я выделил 100 атомов. И оказалось, что всю информацию, которую человек тщательно накапливал во всех книгах мира, можно записать в такой форме в кубике материала с ребром 1/200 дюйма — это крошечная пылинка, попавшая в глаз, от которой мы стараемся избавиться. Итак, существует множество возможностей в глубине материи! Только не рассказывайте мне о микрофильмах!

Тот факт, что гигантский объем информации можно хранить в чрезвычайно малом пространстве, хорошо известен биологам; так решилась старая головоломка — мы отчетливо поняли, как в крошечной клетке хранится информация об организме сложнейшего создания — человека. Вся эта информация — почему у вас карие глаза, почему вы вообще мыслите, почему у эмбриона сначала развивается челюстная кость с маленьким отверстием сбоку, через которое позже прорастают нервы, — вся эта информация содержится в очень маленькой части клетки в форме длинной цепочки молекул ДНК, в которой приблизительно 50 атомов используются для одного бита информации о клетке.

Электронные микроскопы с лучшим разрешением

Если я все записал в закодированной форме, с битом, составляющим 5x5x5 атомов, то возникает вопрос: как это можно сегодня прочитать? Электронный микроскоп недостаточно хорош — при тщательном обращении с огромными усилиями он может разрешить только длину в 10 ангстрем. Я хотел бы в ходе своего рассказа об этих вещичках малого масштаба убедить вас, как важно улучшить разрешающую способность электронного микроскопа в сотню раз. Это не так уж невозможно, это не противоречит законам дифракции электронов. Длина волны электрона в таком микроскопе составляет всего 1/20 ангстрема. Поэтому он позволяет видеть отдельные атомы. Что произойдет, если мы четко увидим каждый отдельный атом?