Проблемы интенсивности в этих устройствах не существует — когда вы прибегаете к увеличению, вы должны взять несколько электронов и распространить их по большей поверхности экрана, а наша задача прямо противоположная. Полученный свет концентрируется в очень малой области, и поэтому его интенсивность велика. Несколько электронов, которые выбиваются с фотоэлектрического экрана, фокусируются до размера крошечной области, и потому пучок становится очень интенсивным. Я не понимаю, почему этого пока нельзя сделать!
Речь шла о Британской энциклопедии на булавочной головке, но давайте рассмотрим все книги мира. Библиотека конгресса насчитывает приблизительно 9 миллионов томов; библиотека Британского музея — 5 миллионов томов, столько же в Национальной библиотеке Франции. Очевидно, есть дубликаты; давайте условимся, что в мире существует 24 миллиона интересующих нас томов.
Что произойдет, если напечатать их все в том масштабе, о котором я говорю? Сколько места они займут? Они, безусловно, займут площадь около миллиона булавочных головок, поскольку вместо 24 томов энциклопедии теперь мы имеем 24 миллиона томов. Миллион булавочных головок можно разложить в виде квадрата, по тысяче с каждой стороны, их площадь составит около 3 квадратных ярдов. Кстати, кремниевая копия с тонкой, как бумага, обратной стороной пластика, с помощью которой мы делали копии, со всей информацией, уместится на площади приблизительно в 35 страниц энциклопедии. Это около половины страниц журнала, который я держу в руках. Всю информацию, которую человечество записало в книгах, можно перенести в руках в виде брошюры, причем не в зашифрованном виде, а в виде простого воспроизведения текстов с картинками, гравюрами и всем прочим — и все это на малом масштабе без потери разрешения!
Что скажет наша библиотекарь в Калтехе, бегающая из одного здания в другое, если я сообщу ей, что через десять лет вся информация, которую она с таким трудом стремится сохранить, — все 120 000 томов, занимающих место от пола до потолка, с ящиками картотеки, хранилищами, заполненными старыми книгами, — все это можно будет уместить на одной библиотечной карточке! Если бы, например, в университете Бразилии сгорела библиотека, мы сняли бы копию каждой книги из нашей библиотеки, сделав их за несколько часов с помощью контрольной печатной формы, и послали бы им в конверте, не больше и не тяжелее, чем письмо обычной авиапочты.
Теперь о названии лекции «Как много места в глубине» (или более развернуто: «Как много возможностей в глубинах материи») — заметьте, это не просто «возможность погрузиться в глубины». Пока я продемонстрировал только, что принципиальная возможность существует — вы на практике можете уменьшить размер вещей. Теперь я хочу показать, что существует много возможностей. Я не буду обсуждать, как мы собираемся это сделать — только то, что в принципе можно сделать; иначе говоря, что возможно в соответствии с законами физики. Я не изобретаю антигравитацию, которая, может быть, допустима, если законы физики не такие, какими мы их представляем. Я рассказываю о том, что допустимо, если законы физики такие, какими мы их представляем. Мы не переделываем их просто потому, что не собираемся действовать в обход них.
Информация на носителях малого масштаба
Предположим, что вместо попыток воспроизвести картинки и всю информацию непосредственно в существующей форме мы записываем только информационное содержимое, представляя различные буквы в коде точек и тире или еще как-нибудь в том же роде. Каждая буква представляется шестью или семью битами информации; то есть вам нужно только около шести или семи точек или тире для каждой буквы. Теперь, вместо того чтобы записывать все, как я делал раньше, на поверхности булавочной головки, я собираюсь использовать также внутреннюю часть материала.
Давайте представим точку маленьким пятнышком одного металла, а следующее тире — соседним пятнышком другого металла и так далее. Предположим, оставаясь консерваторами, что для бита информации требуется маленький кубик из атомов 5x5x5 — всего 125 атомов. Возможно, нам нужна сотня или некоторое нечетное число атомов, чтобы убедиться, что информация не потеряется из-за диффузии или некоторого другого процесса.
Я оценил, сколько букв в энциклопедии, и предположил, что каждая из 24 миллионов книг такая же толстая, как энциклопедия, и вычислил, сколько в них содержится битов информации (1015). Для каждого бита я выделил 100 атомов. И оказалось, что всю информацию, которую человек тщательно накапливал во всех книгах мира, можно записать в такой форме в кубике материала с ребром 1/200 дюйма — это крошечная пылинка, попавшая в глаз, от которой мы стараемся избавиться. Итак, существует множество возможностей в глубине материи! Только не рассказывайте мне о микрофильмах!
Тот факт, что гигантский объем информации можно хранить в чрезвычайно малом пространстве, хорошо известен биологам; так решилась старая головоломка — мы отчетливо поняли, как в крошечной клетке хранится информация об организме сложнейшего создания — человека. Вся эта информация — почему у вас карие глаза, почему вы вообще мыслите, почему у эмбриона сначала развивается челюстная кость с маленьким отверстием сбоку, через которое позже прорастают нервы, — вся эта информация содержится в очень маленькой части клетки в форме длинной цепочки молекул ДНК, в которой приблизительно 50 атомов используются для одного бита информации о клетке.
Электронные микроскопы с лучшим разрешением
Если я все записал в закодированной форме, с битом, составляющим 5x5x5 атомов, то возникает вопрос: как это можно сегодня прочитать? Электронный микроскоп недостаточно хорош — при тщательном обращении с огромными усилиями он может разрешить только длину в 10 ангстрем. Я хотел бы в ходе своего рассказа об этих вещичках малого масштаба убедить вас, как важно улучшить разрешающую способность электронного микроскопа в сотню раз. Это не так уж невозможно, это не противоречит законам дифракции электронов. Длина волны электрона в таком микроскопе составляет всего 1/20 ангстрема. Поэтому он позволяет видеть отдельные атомы. Что произойдет, если мы четко увидим каждый отдельный атом?
У нас есть друзья в других областях — в биологии, например. Мы, физики, часто спрашиваем у них: «Знаете, коллеги, по какой причине вы достигли весьма скромных успехов?» (В действительности я не знаю другой области, кроме биологии, где прогресс был бы более ощутим.) «Вы должны брать с нас пример и чаще пользоваться математикой». Они могли бы возразить, но тактично и вежливо отмалчиваются, поэтому за них отвечаю я: «Чтобы добиться быстрого прогресса, вы должны сделать для нас электронный микроскоп с разрешением в 100 раз лучше».
Каковы наиболее важные и фундаментальные проблемы биологии на сегодняшний день? Я приблизительно перечислю первоочередные вопросы. Какова последовательность оснований в молекуле ДНК? Что происходит при мутации? Как последовательность оснований в молекуле ДНК связана с последовательностью аминокислот в протеине? Какова структура РНК — она однонитевая или двухнитиевая и как она связана с последовательностью оснований ДНК? Какова структура микросом? Как синтезируются протеины? Откуда берется молекула РНК? Как она расположена? Где расположены протеины? Куда входят аминокислоты? При фотосинтезе — где находится хлорофилл; как он располагается; где находятся каротиноиды, связанные с этим процессом? Что представляет система преобразования света в химическую энергию?
