摆布原子的“魔法”——纳米技术
在人们所认知的微观世界中,存在一个十分引人注目的微小体系,即纳米体系。
这里所讲的“纳米”的“纳”字原是希腊文中“矮小”的意思。在计量单位的一个词头,纳米的表示符合为“nm”,和厘米、微米一样,纳米是一种尺度单位,一纳米是一米的十亿分之一,是氢原子直径的10倍。纳米技术,起源于一个天才物理学家的大胆设想。
1 病毒:纳米,世界庞然大物
纳米,实在是一个非常小的单位,只有一米的十亿分之一,在纳米的比世界中,被我们用于比喻细小事物”细如发丝”的头发丝都显得极其庞大。1纳米的长度只有一根头发丝直径的十万分之 一。就连我们肉眼看不到的病毒,它们也是纳米世界的庞然大物——一个典型的病毒的长度大约是100纳米。纳米,一直是一个少数与细胞、分子、原卡打交道的科学家才会接触的概念,可是,现在它却要走到我们的身边了。
2 原子:可以写字的“笔”
“当我们能够一个接一一个地按照我们的要求安排原子时,将会发生些什么呢”?
1959年,被认为是爱因斯坦之后最睿智的科学家的理查德·费曼在一个名为“底部空间广阔”的演讲中提出了这个问题。
30年后,有人回答了这个问题。1989年,美国斯坦福大学的科学家通过搬走原子团的方式“写”下了斯坦福大学英文名字。尽管挪动的还不是一个个的原子,但那依然是激动人心的一刻——回答费曼问题的时刻即将来临了。
1990年美国国际商用机器公司的技术人员,在一片镍的表面,用36个氙原子排出了该公司的名称缩写“IBM”。
3年以后,中国科中家“写”出了更复杂的文字——中国科学院北京真空物理实验室的科学家自如地操纵 原子,成功写下了“中国”二字。
是什么“魔法”使如此微小的原子能够乖乖地听从人们的摆布呢?这种‘魔法”就是纳米技术。
3 小不点:要干大事业
切不要以为世界各国的科学家们在纳米技术上孜孜以求,只是为了“写”出比自己的同行更复杂、更漂亮的字来。而是要让分子、原子、电子等等微观世界的“小家伙”们“干”出一番大事业,科学家们正是冲着这个目标来的。
1997年,美国科学家首次成功实现用单电子移动单电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。
1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管(一种用一层或几层碳原子围成的管子)实验时,发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体、即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的“秤”,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
今天,几乎每台计算机都离不开纳米技术。科学家们利用纳米技术,成功研制出特殊水晶的超细微薄膜,同时制成了一个分子层。而这正是用来制造供计算机硬盘使用的“阅读头”部件所依赖的技术。
进入2000年,企业和学术部门的实验室不断传来喜讯,宣布纳米技术在商业和医药方面取得新的突破。今年3月,IBM的科学家宣布成功地运用纳米技术制造出一种全新的磁性物质,它将可以令电脑硬盘以及其他数据储存系统的容量突飞猛进;与今天的产品相比,其储存容量将高出100倍。4月,IBM又宣布它已经研究出一个新的方法,运用 DNA去驱动一个颇为原始的机器人进行工作,机器人拥有的硅质手指直径只有人类头发的1/50!
大约10年之内,这类仪器经过不断改进,将可以成功地进入人体,追踪并杀死癌细胞。几个月前,美国密歇根大学生物纳米技术研究中心的科学家,研制出了一种只有别针头的 1/5000大小的“纳米炸弹”。
这些微粒当然不会真的爆炸,:) 而是用来杀死导致流行性感冒和疱疹的病毒:) 。现在,密歇根大学的科学家们正在研制新的、更为聪明的并且可以随便选用的“纳米炸弹”,有了它们,大肠杆菌和沙门氏菌未到达肠道作恶之前,就会被消灭于无形之中。
4 变化: 超过一个世纪
今天,人们最广泛使用的是微米技术,而 1微米相当下1000纳米,完成从微米到纳米的跨越,对人类而言无疑是迈上了一级重要的台阶。
纳米技术的研究者们有许多雄心勃勃的想法。设想中的一种纳米机器可以把天然碳的分子逐个排列,制成完美无形的钻石;另一种机器可将二恶英的分子逐个分解成基本组件;一种可以在人体血液中运动的装置,它能发现并分解血管壁上沉积的胆固醉;还有一种装置可将剪下的草屑改造成面包。
事实上,世界上从计算机到奶酪的每一件实物都是以分子组成的,而纳米机器原则上可以制造出所有这些物品。去年1月,美国总统克林顿在一次演讲中,对于在纳米技术领域所取得的成就大为叹服,他说:“试想一下这有多神奇!它可以让我们生产出强度比钢铁还要高10倍,而重量部大大减少的物质;一块方糖那么大小的仪器,就可以装下美国国会图书馆所有的藏书和资料;或者,当癌变肿瘤只有几个细胞那么大小的时候,人类就可以将它们找出来加以消灭!”
美国国家科学基金会的纳米技术高级顾问米哈伊尔·罗科的预言更加直截了当:“由于纳米技术的出现,在今后30年中,人类文明所经历的变化将会比刚刚过去的整个20世纪都要多得多。”
5 计算机:象尘埃大小
纳米技术决不只是把人们已经创造出来的生活方式进一步完善,在很多领域,它将开创新的生活。
人类可以利用纳米技术改变原子的排列,从而在土星上营造与地球相似的大气层。
计算机将真正地无所不在,由于使用 了纳米技术,计算机不会比灰尘大多少(事实上,美国惠普公司的研究人员正在为世界上首台分子电脑的诞生忙碌着,这台电脑将拥有一块比一个细菌还要小的记忆芯片)体积那么微小的计算机将非常便宜,因而随处都可以使用计算机。嵌在内衣里的计算机将告诉洗衣机应当用什么水温洗涤内衣。圆珠笔笔芯中的墨水即将用完的时候,嵌在笔中的计算机将提醒你更换笔芯。嵌在鞋里的计算机将向汽车发出信号,把主人走过来的信息通知汽车,让汽车调整好座位和反光镜并打开车门。听起来一切都离我们很遥远,但谁能说这些前景的实现就一定需要很久呢?人们准备好接受这样的生活了吗?
6 使用:需要制定规则
如果使用不当,纳米技术也可能造成人们难以想象的灾祸。快速复制的纳米机器人在人体内扩散的速度可能比癌细胞还要快,从而会排挤掉正常的组织;失控的纸张再生纳米机器人可能会将世界上的图书馆都变成瓦楞纸板;调皮捣蛋的食品制作纳米机器人则会将地球的整个生物圈变成一块巨大的面包。这不是危言耸听,既然纳米技术的拿手好戏就是改变分子、原子的排列,把一种物质变成另一种物质,那么这样的危险就不是无稽之谈。
如果这样的技术失控或者落入恐怖分子手中,那将是十分可怕的一幕。或许,有一天人们会给纳米技术研究设置一个“禁区”,就像今天人们禁止克降人类一样。毕竟,人类应该使技术为自己造福,而不是危害人类自身。