Ученые поощряются своими коллегами и своим образованием сосредоточива
ться на идеях, которые могут быть проверены существующими средствами. По
лучающийся в результате краткосрочный акцент часто оказывает хорошую
услугу науке: он удерживает ученых от блуждания в туманных мирах непрове
ренных фантазий, а быстрое тестирование содействует эффективной умств
енной иммунной системе. К сожалению однако, этот культурный уклон в стор
ону краткосрочного тестирования делает учёных менее заинтересованным
и в долгосрочных продвижениях в технологии.
Невозможность подлинного предвидения относительно науки приводит мно
гих ученых к тому, чтобы расценивать все утверждения о будущих достижени
ях как «спекулятивные» Ц термин, который вполне оправдан, когда применя
ется к будущему науки, но не имеет большого смысла, когда применяется к хо
рошо обоснованным прогнозам в технологии. Но большинство инженеров раз
деляют аналогичную склонность к близкой перспективе. Их также поощряют
их образование, коллеги и работодатели концентрироваться только на одн
ом роде проблемы: разработке систем, которые могут быть сделаны с помощь
ю существующей технологии или технологии, которая вот-вот появится. Даж
е долгосрочные инженерные проекты, такие как космический челнок, должны
иметь технологические пределы, после которых никакие новые разработки
не могут стать частью основной конструкции системы.
Короче говоря, ученые отказываются делать предсказания относительно б
удущего научного знания, и редко обсуждают будущие технические достиже
ния. Инженеры всё же прогнозируют будущие разработки, но редко обсуждают
всё, что не основано на существующих возможностях. Однако здесь есть реш
ающий промежуток: что из инженерных разработок прочно основано на сущес
твующей науке, но ожидает будущих возможностей? Эта брешь оставляет плод
ородную область для изучения.
Представьте себе линию развития, которое включает использование сущес
твующих инструментов для создания новых инструментов, затем использов
ание тех инструментов для создания новых аппаратные средства (возможно,
включая ещё иное поколение инструментов). Каждый набор инструментов мож
ет опираться на установленные принципы, однако вся последовательность
развития может занять много лет, поскольку каждый шаг приносит множеств
о специфических проблем, которые надо решать. Ученые, планирующие свой с
ледующий эксперимент, и инженеры, разрабатывающие своё следующее устро
йство, вполне могут игнорировать всё кроме первого шага. Однако, конечны
й результат может быть предсказуем, находясь в пределах возможного, дока
занного авторитетной наукой.
Недавняя история иллюстрирует эту модель. Не многие инженеры рассмотре
ли построение космических станций перед тем как ракеты вышли на орбиту,
но принципы были достаточно ясны, и разработка космических систем сейча
с Ц процветающая область. Точно так же немного математиков и инженеров
изучали возможности вычислений до того как были построены компьютеры, х
отя многие это делали после этого. Поэтому не так удивительно, что немног
ие учёные и инженеры уже исследовали будущее нанотехнологии, как бы важн
о это не могло быть.

Урок Леонардо

Усилия по проектированию технических разработок имеют длинную историю
, и примеры прошлого иллюстрируют сегодняшние возможности. Например, как
Леонардо да Винчи удалось правильно предвидеть такое большое количест
во вещей, и почему он иногда ошибался?
Леонардо жил пять столетий назад, во времена открытия Нового Света. Он де
лал прогнозы в форме рисунков и изобретений; каждая конструкция может ра
ссматриваться как проект, такой, что что-то очень похожее на него могло бы
быть сделано и работать. Он преуспел как инженер-механик: он разработал р
аботающие устройства (некоторые из них не были построены ещё в течение в
еков) для землеройных работ, обработки металла, передачи энергии и други
х целей. Он потерпел неудачу как разработчик летательного аппарата: сейч
ас мы знаем, что его летающая машина никогда не могла бы работать, если был
а бы сделана как описано.
Его успехи в разработке машин легки для понимания. Если части могут быть
сделаны достаточно точно, из достаточно твердых, достаточно прочных мат
ериалов, то конструкция медленно движущихся машин с рычагами, шкивами и
крутящимися подшипниками становится вопросом геометрии и рычага. Леон
ардо понимал их весьма хорошо. Некоторые из его «предсказаний» были на д
алёкую перспективу, но только потому что прошло много лет прежде, чем люд
и научились делать части, достаточно точные, достаточно твёрдые, и доста
точно прочные, чтобы строить (например) хорошие шариковые подшипники, их
начали использовать приблизительно через три сотни лет после того, как Л
еонардо их предложил. Точно так же механизмы с лучшими, циклоидальными з
убцами не были сделаны почти два столетия после того как Леонардо их нар
исовал, а одна из его конструкций цепного двигателя не был построен ещё п
очти три столетия.
Также легко понять его неудачи с самолетом. Так как в век Леонардо не было
науки аэродинамики, он не мог ни вычислять силы, воздействующие на крыль
я, ни знать требования к тяге и управлению самолетом.
Могут ли люди в наше время надеяться делать прогнозы о молекулярных маши
нах, столь же точные, как те, что Леонардо да Винчи делал о металлических м
ашинах? Можем ли мы избежать ошибок, подобных тем, которые были в его плана
х летающей машины? Пример Леонардо наводит на мысль, чтобы мы можем. Я могу
напомнить, что Леонардо сам вероятно не имел уверенности в своём летате
льном аппарате, и что его ошибки тем не менее содержали крупицу истины. Он
был прав в том, что летательные машины некоторого рода возможны Ц и дейс
твительно, мы могли бы быть в этом уверены, потому что они уже существовал
и. Птицы, летучие мыши и пчёлы доказывали возможность полёта. Более того, х
отя не существовало работающих примеров его шариковых подшипников, мех
анизмов и цепных двигателей, он мог иметь уверенность в их принципах. Тал
антливые умы уже построили широкий фундамент знания о геометрии и закон
ах рычага. Требуемая прочность и точность частей может заставить его сом
неваться, но не их взаимоотношение функции и движения. Леонардо мог пред
ложить машины, требующие лучшие части, чем какие-либо из известных, и тем
не менее иметь определённую степень уверенности в своих проектах.
Предложенные молекулярные технологии аналогично опираются на широкую
базу знания, не только геометрии и рычагов, но и химических связей, статис
тической механики, а также физики в целом. На этот раз, тем не менее, пробле
мы материальных свойств и точность производства не возникают каким-либ
о отдельным образом. Свойства атомов и связей Ц материальные свойства,
а атомы мы берём уже готовыми и идеально стандартными. Таким образом, по-в
идимому, сейчас мы лучше подготовлены для предвидения, чем люди были во в
ремена Леонардо: мы знаем больше о молекулах и контролируемых связях, че
м они знали о стали и прецизионных машинах. Вдобавок, мы можем указать на н
аномашины, которые уже существуют в клетках, как Леонардо мог указать на
машины (птицы), уже летающие в небесах.
Прогнозировать, как может быть построено второе поколение наномашин на
основе белковых машин, конечно, легче, чем было делать прогноз, каким обра
зом будут построены точные стальные машины, имея грубые машины времён Ле
онардо. Научиться использовать грубые машины, чтобы делать более точные
машины, необходимым образом требовало время и методы достижения этого б
ыли далеки от очевидного. Молекулярные машины, напротив, будут построены
из идентичных уже готовых атомных частей, которые нужно только собрать.
Создание точных машин с помощью грубых машин должно было быть труднее пр
едставить, чем молекулярную сборку сейчас. И кроме того, мы знаем, что моле
кулярная сборка происходит всё время в природе. Снова, у нас есть более пр
очное основание для уверенности, чем было у Леонардо.
Во времена Леонардо люди имели скудное знание электричества и магнетиз
ма, и не знали ничего о молекулах и квантовой механике. Соответственно, эл
ектрический свет, радио и компьютеры поставили бы их в тупик. Сегодня, одн
ако, основные законы наиболее важные для конструирования, те, которые оп
исывают обычную материю, похоже, уже неплохо понимают. Также как с выживш
ими теориями гравитации, научный механизм опровержения заставил выжив
шие теории материи сойтись между собой в близком согласии.
Такое знание появилось недавно. До этого века люди не понимали, почему тв
ёрдые предметы были тверды или почему Солнце светило. Ученые не понимали
законы, которые управляли материей в обычном мире молекул, людей, планет
и звезд. Вот почему наш век породил транзисторы и водородные бомбы, и поче
му уже вырисовывается молекулярная технология. Это знание приносит нов
ые надежды и опасности, но по крайней мере оно даёт нам средства заглянут
ь вперёд и подготовиться.
Когда основные законы технологии известны, будущие возможности могут б
ыть предсказаны (хотя и с пробелами, иначе Леонардо предсказал бы механи
ческие компьютеры). Даже, когда основные законы плохо известны, как это бы
ло с принципами аэродинамики во времена Леонардо, природа может показыв
ать возможности. Наконец, когда и наука, и природа указывают на возможнос
ть, эти уроки подсказывают, чтобы мы это принимали во внимание и планиров
али соответственно.

Ассемблерная революция

Основы науки могут развиваться и изменяться, однако они будут продолжат
ь поддерживать устойчивую, возрастающую систему технических приёмов. В
конечном счете ассемблеры позволят инженерам делать всё что угодно, что
может быть разработано, обходя традиционные проблемы материалов и изго
товления. Приближения и компьютерные модели уже позволяют инженерам ра
зрабатывать конструкции даже в отсутствие инструментов, позволяющих и
х воплотить. Всё это объединится, чтобы позволить предвидеть, а также нес
колько более того.
По мере того, как нанотехнология приближается, придёт время, когда ассем
блеры станут неизбежной перспективой, подкреплённой серьезной и хорош
о финансируемой программой разработки. Их ожидаемые способности стану
т ясными.
К тому времени, автоматизированное проектирование молекулярных систем
, которое уже началось, станет общим и сложным, подталкиваемый успехами в
компьютерной технологии и возрастающими потребностями молекулярных и
нженеров. Используя этих инструменты разработки, инженеры будут способ
ны разработать второе поколение наносистем, включая второе поколение а
ссемблеров, которое необходимо, чтобы их построить. Что более важно, позв
оляя достаточный запас для неточности (и готовя альтернативные констру
кции), инженеры будут способны разрабатывать многие системы, которые буд
ут работать, как только будут построены, они разработают хорошо обоснова
нные конструкции в мире моделируемых молекул.
Рассмотрите преимущество этой ситуации: в разработке будет величайшее
средство производства в истории, по-настоящему универсальная система и
зготовления, способная делать что угодно, что может быть разработано, а с
истема проектирования будет уже в наличии. Будут ли все ожидать, пока поя
вятся ассемблеры, чтобы начать планировать, как их использовать? Или ком
пании и страны ответят на давление возможности и конкуренции разработк
ой наносистем заранее, чтобы ускорить эксплуатацию ассемблеров, когда о
ни впервые появятся?
Этот процесс проектирования вперед, по-видимому, обязательно начнётся;
единственный вопрос Ц когда, и как далеко он пойдёт. Годы медленного усо
вершенствования конструкций вполне могут прорываться в аппаратные сре
дства с беспрецедентным неожиданностью вслед за ассемблерным прорывом
. Как хорошо мы будем проектировать вперёд, и что мы будем проектировать, м
ожет определить, выживем ли мы и будем ли процветать, или мы себя уничтожи
м.
Поскольку ассемблерная революция затронет почти всю технологию, предс
казание Ц это очень ёмкая задача. Из океана возможных механических устр
ойств Леонардо предвидел только несколько. Точно так же из намного более
широкого океана будущих технологий, современный разум может предвидет
ь только несколько. Однако, несколько достижений, похоже, обладают фунда
ментальной важностью.
Медицинская технология, космические горизонты, усовершенствованные ко
мпьютеры и новые социальные изобретения Ц все это обещает играть взаим
освязанные роли. Но ассемблерная революция затронет каждое из них и боле
е того.


ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ОЧЕРТАНИЯ ВОЗ
МОЖНОГО

Глава 4. МАШИНЫ ИЗОБИЛИЯ

Если бы каждый инструмент, ко
гда ему приказывают, или даже по собственной инициативе, мог бы делать ра
боту, для которой он предназначен… тогда не имелась бы никакой необходим
ости в учениках для мастеров или в рабах для господ.
АРИСТОТЕЛЬ

Гремящие репликаторы
Молекулярные репликаторы
Молекулы и Небоскребы
27 МАРТА 1981 ГОДА новости радио CBS процитировали учёного, работающего в NASA, кото
рый сказал, что инженеры будут способны строить самовоспроизводящихся
роботов в пределах двадцати лет, для использования в космосе или на Земл
е. Эти машины строили бы копии себя, и копиям можно было бы делать предписа
ния создавать полезные продукты. У него не было сомнений в их возможност
и, только в том, когда они будут построены. Он был прав.
С 1951, когда Джон фон Нейман выделил принципы само-копирующихся машин, учен
ые в целом подтверждали их возможность. В 1953 году Ватсон и Крик описали стр
уктуру ДНК, которая показала, как живые объекты передают инструкции, кот
орые руководят их постройкой.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47