Ричард Фейнман - Радость познания

Большая часть этих механизмов устроена достаточно просто — отдельный кабель, как веревочка для марионеток, проходит прямо от управляющего пульта к «рукам». Там используются также дистанционно управляемые следящие электромоторы, поэтому соединение между обеими зонами не механическое, а электрическое. При повороте рычагов вращается мотор, он меняет электрические токи в проводах, на другом конце «рука» меняет позицию.

Допустим, я хочу построить очень похожее устройство — ведущую-ведомую систему, работающую на электричестве. Я хочу, чтобы ведомые устройства были выполнены особенно тщательно современными конструкторами крупномасштабных устройств; и пусть ведомая система составляет одну четвертую масштаба «рук», которыми обычно маневрируют. У вас есть проект, с помощью которого можно делать устройства в масштабе один к четырем — маленькие дистанционные электромоторы с маленькими «руками», оперирующими маленькими гайками и болтами; они сверлят маленькие отверстия — и они в четыре раза меньше! Ага! Я построил токарный станок в четыре раза меньше, я построил всякие дополнительные средства в четыре раза меньше, и я сделал в том же уменьшенном масштабе набор «рук»! С моей точки зрения — это 1/16 размера. А потом я провел провода прямо от моей крупномасштабной системы, наверное, через трансформатор, к электромоторчикам с размером 1/16. То есть теперь я могу манипулировать «руками» с размером, уменьшенным в 16 раз.

В принципе мы добились некоторых успехов. Это весьма трудная программа — но это возможно. Вы можете возразить, что мы продвинулись бы значительно дальше одним махом, а не уменьшая масштаб от одного до четырех. Конечно, все должно быть сконструировано очень тщательно, не нужно делать эти устройства похожими на «руки». Если вы тщательно продумали устройство, возможно, вы сумеете построить значительно лучшую систему манипулирования.

Если вы работаете через пантограф, можно получить фактор гораздо больше четырех даже за один этап. Из-за неточности отверстий и нерегулярностей конструкции нельзя работать прямо через пантограф, создавая пантографы все меньшего размера. Конец пантографа покачивается с относительно большей нерегулярностью, чем нерегулярность, с которой вы передвигаете «руки». Уменьшая масштаб, я бы обнаружил, что конец пантографа так сильно дрожит, что уже не может выполнять свои функции.

На каждой стадии необходимо улучшать точность аппаратуры. Если, например, сделать маленький токарный станок с пантографом, то его подающий винт будет двигаться нерегулярно. Мы могли бы завинтить подающий винт разрывными гайками, чтобы можно было обычным образом поворачивать винт вперед и назад в своем масштабе так же точно, как в случае обычного масштаба.

Можно изготовить плоские поверхности, шлифуя совместно три неплоские поверхности — по три пары, — и поверхности станут более плоскими, чем вначале. Таким образом, не так уж невозможно улучшить точность на малых масштабах. Когда мы создадим подобное устройство, необходимо на каждом этапе улучшать точность временно работающего оборудования, получая точные подающие винты, проверочные плиты и все прочие материалы, которые используются для правильной работы машин на высоком уровне. Следует останавливаться на каждом уровне и проверять точность работы всей аппаратуры, прежде чем перейти к следующему уровню — очень длинная и очень сложная программа. Возможно, вы найдете более оптимальный и быстрый способ перехода к малым масштабам.

В заключение вы получите крошечный токарный станок-малютку в четыре тысячи раз меньше обычного. Но мы задумали создать огромный компьютер, а сверлим на крошечном токарном станке отверстия, чтобы создать для этого компьютера маленькие шайбы. Прикиньте, сколько таких шайб можно создать на одном крошечном станке?

Когда я создавал первый набор ведомых «рук» в масштабе один к четырем, я собирался сделать десять наборов. Я сделал десять наборов и соединил их проводами с первоначальными рычагами, и каждая из «рук» будет теперь выполнять параллельно точно такие же действия за одинаковое время. Теперь, когда я строю новые устройства в малом масштабе один к четырем, я изготавливаю каждую деталь в десяти копиях, то есть у меня будет в наличии сто «рук» с размером 1/16.

Где мне разместить миллион токарных станков? При этом мой объем много меньше, чем требуется даже для одного полномасштабного станка. Например, если я сделаю миллиард маленьких станков, каждый в масштабе 1/4000 от масштаба обычного станка, на который уйдет масса материалов и пространства, то на миллиард маленьких станков уйдет менее 2 % от материалов, требуемых для одного большого станка. Видите, затраты уменьшаются многократно. Теперь я хочу построить миллиард похожих крошечных фабрик, которые работают одновременно, сверлят отверстия, штампуют детали и прочее.

По мере уменьшения размера возникает ряд интересных проблем. Все детали не просто уменьшаются в размере пропорционально. Существует вероятность того, что материалы будут прилипать друг к другу благодаря молекулярному притяжению (Ван-дер-Ваальс [22] Силы Ван-дер-Ваальса — слабые силы притяжения между атомами или молекулами. Иоханнес Дидерик Ван-дер-Ваальс (1837–1923) получил Нобелевскую премию по физике в 1910 году за работу над уравнением состояния газов и жидкостей. — Примеч. ред. иностр. издания. ). На практике это выглядит следующим образом: после того как вы сделали маленькую деталь и вывинтили гайку из болта, она не падает вниз, поскольку здесь несущественна гравитация; деталь трудно отделить от болта. Это напоминает движения человека с руками, испачканными патокой, пытающегося избавиться от стакана воды. Возникнут определенные проблемы такого характера, к которым следует быть готовыми при конструировании.

Теперь я отважусь рассмотреть заключительный вопрос, самый важный для будущего — можем ли мы располагать атомы по своему усмотрению — именно атомы — всеми допустимыми способами? Что произойдет, если мы расположим атомы один за другим каким угодно способом (в пределах разумного, конечно; нельзя расположить их так, чтобы они были химически нестабильными)?

До сих пор мы удовлетворялись тем, что копали землю в поисках минералов. Мы их нагревали, производили всякие крупномасштабные операции, мы надеялись получить чистую субстанцию методами очистки и тому подобными действиями. Но мы всегда принимали то расположение атомов, которое нам дала природа. Мы не получали, скажем, расположения в виде «шахматной доски», с примесными атомами, расположенными точно на расстоянии 1000 ангстрем, или какого-либо другого рисунка.