Когда популярные технологии меняются, наша интуиция тоже меняется. Мы очень быстро привыкаем к тому, как должны себя вести предметы. Вам приходилось когда-нибудь проводить пальцем по экрану, чтобы обнаружить, что это не сенсорный экран? В этот момент разочарования вы можете мельком ощутить изменения, которые привнесут в наше мышление квантовые технологии. Возможно, в нашей повседневной жизни начнут появляться диковинные устройства – новые инструменты для зондирования, коммуникации, вычисления и обработки информации, – которые будут вести себя совсем не так, как устройства, к которым мы привыкли. Это будут непроницаемые черные ящики, пугающим образом мгновенно узнающие то, что им нужно, невзирая на расстояние и сложность. Чем больше будет таких устройств, тем менее странными и более естественными нам будут казаться квантовые модели поведения. Мы начнем более глубоко интуитивно понимать, как на самом деле устроена Вселенная. И это поможет нам быстрее разгадать больше ее секретов.
Недавнее вторжение человечества в нанопространство обнажило пределы наших возможностей в вопросе обработки информации – и пообещало дать новый способ, который однажды приведет нас к самым глубоким тайнам природы. Но оно также обнажило пределы наших возможностей в вопросе создания вещей и дало новые способы манипулировать материей.
В начале 1980-х гг. ученые в Цюрихе изобрели новое устройство на квантовой основе, сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), и впервые в истории смогли получить изображения отдельных атомов. К середине 1980-х гг. они уже могли брать и перемещать атомы по одному. Обрадованные футурологи буквально фонтанировали идеями: представьте себе крошечных нанороботов, которые создают машины и материалы с нуля, атом за атомом, с абсолютной точностью в минимальном масштабе. Некоторые фантазировали, что мы будем производить топливо из воздуха, извлекать чистую воду из жидких отходов и собирать космические корабли из песка и СО2. А слово «недостаточно» вообще исчезнет из нашего лексикона [22].
К сожалению, так же как квантовая рябь не позволяет бесконечно уменьшать кремниевые транзисторы, некоторые наноявления не позволяют нам уменьшать наши машины. Две широко распространенные проблемы нанопространства – хаотическое движение и клейкость. Хаотическое движение наблюдается и в стандартной физике – оно заставляет единственную каплю пищевого красителя заполнять собой целый стакан чистой воды. Вода может выглядеть спокойной, но на уровне наночастиц это бушующий океан сталкивающихся между собой молекул H2O. Клейкость является квантовой характеристикой – это то, что заставляет прозрачную пищевую пленку приклеиваться к салатнице и удерживает вместе две гладкие пластины стекла. Физические подробности этого явления понятны лишь посвященным, но в основном вещи прочно присоединяются друг к другу, когда их поверхности вступают в контакт. На макроуровне мы не часто наблюдаем этот эффект, поскольку большинство поверхностей, которые кажутся нам гладкими, при ближайшем рассмотрении оказываются шероховатыми, и у них слишком мало точек реального соприкосновения. Однако в нанопространстве клейкость обладает такой же всепроникающей силой, как сила тяжести на макроуровне. Из-за совместного действия этих двух явлений – хаотического движения и клейкости – пытаться построить что-либо в нанопространстве все равно что пытаться построить башню на корабле во время шторма, причем каждый рабочий, подъемный кран, болт, балка и дождевая капля покрыты слоем быстро застывающего цемента.
Знакомые инженерам силы – натяжения, сжатия и т. п. – в нанопространстве не действуют, а материалы, которые они привыкли использовать для строительства, обладают другими свойствами. Углерод черного цвета, но если вы создадите лист углерода толщиной в один атом, он будет более прозрачным, чем стекло. Окружающее нас атомное пространство представлялось нам величайшей загадкой, поэтому в 1980-е гг. наука о материалах, вооружившись СТМ (сканирующими туннельными микроскопами) и другими новыми технологиями, устремилась на поиски того, что находится там, в глубине вещества, по каким правилам существует этот мир и можно ли использовать его необыкновенные качества для нашей пользы.
Прогресс был стремительным: мы увидели новые золотые города и вернулись с доказательствами. В 1990 г. в журнале Nature и дочерних изданиях было опубликовано в общей сложности 230 научных работ, посвященных наноразмерным объектам. К 2015 г. число работ превысило 11 тысяч. (Для сравнения, чтобы написать 11 тысяч научных работ на тему эволюции, потребовался 71 год [23].) На рубеже тысячелетий стали появляться первые коммерческие варианты применения нанотехнологий, а к 2015 г. тысячи таких продуктов уже образовали огромный рынок с оборотом 1 миллиард долларов [24].
