在刚刚过去的5月,我们迎来了伟大的物理学家理查德·费曼诞辰100周年的纪念日。费曼的多彩人生留下了众多传奇。他发明了一种强大而优美的新方法,可以形象地表示量子奇异性,从而改变了我们运用量子理论的方式。

在费曼的诸多贡献中,我很喜欢的一个是他1959年在加州理工学院的演讲《微观世界有无垠的空间》。这个演讲已经成为一个传奇,其内容激动人心、极富启发性而历久弥新。你很容易就能在网上找到这个演讲的整理稿。

费曼所说的“无垠的空间”指的是可以把大量的信息和操作都集中在一个极微小的空间里。之后,他的部分预言变成了现实,甚至被超越,但并非全部。

费曼最核心的见解,虽然简单但很深邃,是小小的原子是可利用的构造单元。因此,如果你能够在原子尺度上进行加工,就可以把器件压缩到令人难以置信的程度,实现终极的小型化。

费曼在他的演讲中谈到了存储器即深存信息以便以后读取的设备。他举了一个存储《大不列颠百科全书》的例子。他设想,反过来使用显微镜,利用汇聚起来的光,就可以将百科全书的所有内容写到一个大头针上。他的这个设想预见到了现代的光刻技术。

费曼进一步将这个概念抽象化,谈到了将信息存储在比特中,即我们今天熟知的0和1。由于原子如此微小,其可能存储的信息量不仅极为可观,简直是无法想象。如果我们构造一个稳定的由5×5×5=125个原子组成的立方体,并把它用作一个比特,那么用费曼的话来说:“用这种方式可以将人类小心积累在全世界所有书籍中的信息存储在一个边长1/200英尺的立方块中,只有肉眼刚能分辨的尘埃那么大。”

费曼演讲的另一个重点是微型机器(1984年有一场相同主题的新演讲“Tiny Machines”,网上可找到视频)。在1959年的演讲中,他设想了一种包含数百万个原子的机器,它可以“在极小的尺度上钻孔、切割、焊接、冲压、成模”,即原子尺度的工业。

这并不违反任何物理定律。事实上,我们的身体本身就容纳了很多让人叹为观止的微型机器。比如,有些聪明的蛋白质可以在纤维状的细胞骨架(微管)上“行走”,将一个细胞器中的货物输运到另一个细胞器中。因此,结合生物学中的微型机器和我们自己的化学技术,我们完全有可能最终实现费曼所预言的原子工业。2016年,诺贝尔化学奖授予三位科学家,以表彰他们对“设计和合成分子机器”的贡献。

这些微型机器有什么意义呢?正如费曼在1959年说的,你可以“吞下一个外科医生”—一比如可以清除动脉血栓或消灭肿瘤的小机器人。1966年的科幻电影《神奇旅程》,正是基于这个构想(虽然电影的内容偏离了科学)。

意义更重大的是像细胞一样的智能单元,它们自己携带说明书,可按照其指示自我复制,并且能在控制下发生变异。可以自我复制的微型机器(费曼没有讨论这点)将会释放出指数式暴长的魔力,从而开创工业的新纪元。(摘自《环球科学》)