发信人: jeter(云胡不归)
整理人: k_xiaoyao(2001-02-19 14:23:17), 站内信件
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按：纳米技术最近热了起来，报刊电视上介绍时往往会提到一位美国物理
学家、诺贝尔奖得主理查德·费曼，他在四十年前的一个题为《物质底层
大有空间》的演讲中，就对纳米技术作出了天才的预见。现将该文译出，
与大家同飨。翻译不妥之处，敬请不吝批评指正。
以下为费曼于１９５９年１２月２９日，在加州理工学院举行的美国
物理学会年会上发表的经典讲话，全文在加州理工学院《工程与科学》
１９６０年２月号上首次刊出（版权所有）。电子文本可见
http://www.zyvex.com/nanotech/feynman.html
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物质底层大有空间
——一张进入物理新领域的请柬
理查德·费曼
云胡不归 译
我想实验物理学家肯定经常以羡慕的眼光看待像昂内斯这样的人，他
探索的领域是低温物理，这个领域似乎没有底，可以向下再向下。昂内斯
当时成了这一科学探险的领导者和暂时垄断者。还有布里奇曼，通过设计
获得高压的方法，开创了另一个新领域，并领导着我们大家向前。高真空
领域的不断发展也曾是同样的情形。
我要描述一个目前所做还很少的领域，但原则上其中大有可为。这一
领域不完全同于其他的，它不会告诉我们更多基本物理规律（比如“奇异
粒子是什么？”），而更像固体物理一样，可以告诉我们许多发生在复杂
情况下的非常有趣的现象。此外，最重要的一点是它将有极为广阔的技术
应用。
我想谈的是在微小尺度上操纵和控制物体的问题。
我一说起这个，马上就会有人告诉我小型化以及这方面当前的进展。
他们告诉我，电动马达的尺寸才和你的小指甲盖一样大。他们还告诉我，
市场上有一种设备，你用它可以把主祷文写在针尖上。但那都不算什么，
在我打算讨论的方向上，那不过是最原始的踉跄小步而已。这是一个位于
下面的令人惊异的微小世界。到２０００年人们回顾这个时代，准会奇怪
为什么直到１９６０年居然还没有人开始认真地踏入这一方向。
为什么我们不能把整整２４卷大百科全书写在一个针尖上？
让我们来看看。针尖大小是（１６分之一英寸）的平方。如果把它的
直径放大２５０００倍，这个针尖的面积就和大百科全书所有页面的面积
相等。因此，所需做的就是把在大百科全书上所写的尺寸缩小２５０００
倍。这可能吗？肉眼的分辨力大约在１／１２０英寸——和大百科全书上
精细再现的一个小点的直径差不多。缩小２５０００倍还有８０埃（注：
１埃＝１０＾（－１０）米）——３２个普通金属原子的线度。换句话说，
这个缩小了的小点的面积仍可以包含１０００个原子。这样看来，每个小
点可以很容易地通过照相雕版按照需要调整尺寸，毫无疑问有足够的余地
在针尖上写下整部大百科全书。
它可以写出来，而且也能够读。设想一下它是用金属活字印的，就像
在大百科全书上印的黑字那样，而这里用的是实际上只有通常尺寸的１／
２５０００的金属活字。我们怎样读它呢？
要是我们有一些用这种方式写出来的东西，我们就能够用今天通用的
技术读它。（我们实际做的时候肯定有更好的法子，但我这里只用今天所
知的技术来保守地说明一下）。我们可以把金属活字印在塑料上做成模子，
然后非常小心地把塑料剥下来，蒸发硅胶到塑料上面得到非常薄的底片，
然后蒸发金沿着硅的边缘来遮盖它，这样这些小字都将显示得很清楚，再
把硅胶片上的塑料溶解掉，于是就可以通过电子显微镜看它了。
毫无疑问，即使在针上以凸字的形式缩小２５０００倍，我们也可以
很容易地读它。而且无疑我们也可以很容易地制作拷贝，只需要把同一张
金属版再次印到塑料上就可以得到另一份拷贝了。
我们如何写出这么小的东西？
下一个问题就是：我们如何写出这么小的东西？今天还没有标准技术
做这些。不过要我说这不像乍看上去那么困难。我们可以倒转电子显微镜
的透镜，如同放大作用那样去缩小，离子源通过倒转的显微镜透镜，就能
聚焦在一个非常小的点上。我们可以用这些点来写，就像写入阴极射线管
示波器及逐行扫描，还可以进行调整以确定将要沉积下来的材料数量。
因为有空间电荷的限制，这个方法可能非常慢。还有快得多的方法。
我们可以首先利用某种照相过程，以字的形式做出一个带许多孔的屏幕。
金属离子穿过这些孔打在孔后面，于是就可以再用我们的倒转透镜系统，
使金属离子在针上沉积，以此方式制作微小的图像。
更加简单的办法可能是（不过我吃不准它是否奏效）：将光逆向通过
光学显微镜，聚焦在一个很小的光电子屏幕上。光打到的地方，电子就跑
出来，这些电子通过电子显微镜的透镜聚焦，直接打在金属表面上。这样
的电子束能否蚀刻金属呢？我也不知道。不过不能蚀刻金属表面，一定也
可以找到某种能包在针上的物质，用电子轰击它的表面好了。
这套装置没有亮度方面的问题。不像我们习惯的放大式的，你必须拿
少量的电子投散在越来越大的屏幕上，而这里正好相反。从页面上来的光
被聚集在一个很小的区域里，就会很亮。而来自光电子屏的少量电子也被
缩聚在一个极微小的区域里，所以亮度也会很高。我真不知道为什么至今
这还没被实现。
这就是针尖上的整部大百科全书了，再来考虑一下世界上所有的书吧。
美国国会图书馆大约有九百万册藏书，大英图书馆有五百万册，法国国家
图书馆也有五百万册。无疑它们有重复，我们不妨就认为世界上有二千四
百万册书吧。
那么如果把所有这些书用我们所讨论的尺度刻印下来又如何呢？那将
占用多大空间？那当然将占用大约一百万个针尖的面积了，因为刚才一个
针尖上有二十四卷大百科全书，而现在有二千四百万册书。这一百万个针
尖可以组成每边一千个针尖的正方形，大约三平方码见方。就是说，这些
以塑料为薄衬底的硅复制品读物，只用大百科全书３５页的面积就包含了
所有这些书上的信息。至于杂志上的页数大约为书的一半。人类记录在各
类书刊上的所有信息都可以用一本小册子装下，并且不必编成代码形式，
而是经过简单再现的原始的照片、插图以及其他所有东西的缩微，也没有
分辨率的损失。
我们加州理工学院的图书管理员对此会说什么呢？如果当她在各楼之
间跑来跑去的时候，我却告诉她，十年之内，所有这些她正在努力弄清的
信息——卡片塞满抽屉，旧书堆满储存间，汗牛充栋的十二万册书籍，都
可以记录在一张图书卡中！假如巴西大学图书馆失火烧毁了，我们可以在
几个小时内制作一张我们图书馆所有藏书的拷贝，然后装进一个如同普通
航空信大小的信封里给他们寄过去。
这个演讲的题目是“物质底层‘大’有空间”，而不只是“物质底层
还有空间”。我已经论证了底层还有空间，你可以实际缩小事物的尺寸。
现在我想说明的是底层“大”有空间。这里不讨论我们将要怎么做，而只
讨论原则上的可能。换句话说，是根据物理定律的可能。我没在发明反引
力，有朝一日或许那也可能，如果物理定律不是我们今天所想的话。我要
告诉大家的是在已知的物理定律下能够实现什么；我们没有去做只不过是
由于还没有意识到它。
（待续） |
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