Nanotechnology Simulation by Eric Drexler in Chinese by Dr. Sinclair Wang

探索分子世界

在上一章的一個情境裡, 我們看到Joel Gregory使用影像眼鏡, 觸覺手套和一台超級電腦, 在一模擬世界的虛擬實境裡操縱分子. 在二十一世紀的初期情況應該還會更好. 接下來試想今天你就要去睡個長覺, 且會睡過頭, 然後經幾十年後在一個奈米世界中醒來.

在二十一世紀裡, 要在一知半解的狀況下, 能製造出好的東西, 甚至會比二十世紀還要簡單, 但這對一個新手而言, 大部分的科技看起來都像魔術一樣, 讓他們心理很不爽. 不久之後, 你就會想要瞭解在直覺上, 到底奈米科技是什麼. 回朔二十世紀末期之時, 大部分的教學資料都是用枯躁的文字和簡陋的圖像, 但是現在當我們討論像這樣的話題時, 就可以很容易地使用一個模擬世界的探索. 因此現在你就決定要去探索一個模擬的分子世界.

查閱其手冊時, 你讀到了有關此模擬許多乏味的事實：其在描述大小, 力量, 運動等等有多精確, 它與工科學生和專業人員所使用的工作工具有多相像, 你如何能買一個給自己的家裡等等. 它解釋你如何能於人體中旅行, 觀看當今最先進的奈米科技運作, 爬上一隻細菌等等. 既然還是菜鳥, 你決定先來一段介紹之旅：在熟悉的二十世紀的奈米科技概念上, 來模擬二十世紀真實的東西.

在付了一小費用並且記住了幾個關鍵詞之後 (任何像 “讓我出去!” 的話將會做最重要的工作), 你就穿上一動力裝, 袋裡放著會說話的旅遊指南, 踏入模擬艙, 並將影像眼鏡繫帶在雙眼上. 從目鏡望出, 你看似在一個房間裡, 其內有一張你知道實際上不存在的桌子, 還有看起來遠到似乎不能容納在此模擬艙裡的牆壁. 但是它很機巧地應用一個滾踩地板, 使得走到牆壁的路程似乎蠻遠的, 而當你走回來然後敲拍桌子時, 因為這件動力裝在恰到好處的地方, 很精銳地擋住了你的手, 所以你覺得它是剛硬的. 你甚至可以感觸到桌腳上面所雕刻的紋路, 因為當你的手游移時, 動力裝的手套能以同樣的花樣, 在你的指尖上施壓. 雖這種模擬不很完美, 但是很容易地就可將其瑕疵忽略. 在桌子上有一顆看起來像是1990年代老舊的電腦矽晶片. 依照初用者指導手冊的建議, 當你把它拿起來, 它看起來就像圖1A. 然後你命令說 “把我縮小!”, 於是乎整個世界就像在擴張般.

圖 1: 十的次方

圖1A示出一隻拿著電腦晶片的手. 將此放大100倍後就像圖1B. 接著再放大100倍, 就像圖1C, 可以看到放在晶片上的一個活細胞, 來對比其大小. 然後再放大100倍, 如圖1D, 就可看到細胞旁邊的兩台奈米電腦. 其中較小的那一台 (圖中的方塊) 大約有與第1A圖中的晶片一樣的功能; 較大的那一台 (在圖中僅可看到其一角) 就有如1980年代中期大型電腦的功能. 然後接著再放大100倍就像圖1E, 在圖的右下方可以看到細胞不規則的蛋白質, 而在圖的左上方可看到應用分子製造技術所造出的一個柱狀齒輪. 如往上小跳10倍就如圖1F, 就可看到蛋白質中的兩個原子, 圖中黑斑點就是其電子雲. 最後再放大100倍就如圖1G, 就可看到如一小點的原子的核.

視覺與運動

你彷彿感覺到自己正朝著晶片的表面跌落, 而且覺得你急速地收縮. 不久之後, 看起來就像圖1B, 但你的指頭仍然拿著晶片. 週遭的世界越來越模糊, 接著當你接近分子層次時, 一切似乎都不對勁了. 首先你的視覺模糊到沒有用途, 雖然有光線, 但一切均變成不具形的霧狀. 剛開始你的皮膚好像被小小的撞擊所觸動, 接著就覺得如被彈珠強力擊打般. 你的手腳就好像陷於大風浪中, 被越來越強勁的力量推來推去. 地面反過來碰觸你的腳, 你就如一隻蒼蠅黏在蒼蠅紙般地撲倒且被吸附在地上, 你被搞到幾乎要受傷. 你要求要回到現實, 但此時只有在此裝內的內建安全極限裝置, 能避免空氣分子和你自己手臂的模擬熱力運動將你打到昏迷.

“停!” 可讓你從動力裝的拉扯和敲擊中得到休息, “標準設定!” 可讓你週遭的環境較為合理. 因叫進了標準的欺騙 (standard cheats), 整個模擬的狀況就改變了. 現在你模擬的眼睛是比光波還細微, 這使得聚焦變成不可能, 但是目鏡將你的視覺擰成非常地尖銳, 讓你周圍的原子看起來像小球體. (真正的奈米機器是和不久前的你一樣地瞎眼, 它是不能欺騙的.) 你現在就如圖1D般, 是在1990年代的電腦晶片的表面, 夾在一個細胞和兩台魁梧的奈米電腦之間. 你模擬下的身體僅有50奈米高, 大約是你真實高度的1/40,000,000, 而那台較小的奈米電腦是你高度的兩倍. 在那種身段下, 就如圖1E般, 你可以看到原子和分子.

雖然這種模擬中, 空氣分子仍會不停地碰撞你, 但是標準設定可將那種被彈珠擊打的感覺解除. 不久之前你是被分子的黏性緊緊地黏貼在地上, 但是這個標準設定, 至少在模擬上藉由讓你週遭所有的東西變得更軟更弱, 來讓你的肌肉有如鋼鐵般的實質力量. 此本旅遊指南指出, 整個模擬中唯一不真實的部分就一定是跟你本身有關----不僅在你看的和忽略熱力震動及撞擊的能力上, 還有在一個空間小到無法容納像人類這麼複雜的東西, 而你還能存在上. 這也說明了為什麼你可以看到東西移動, 在你週遭所有東西, 如以十的倍數來增大, 它們就會以十的倍數遲緩下來, 而且如以某種方法能讓你更堅韌, 你就可以看得更快. 如此應用你增強的力量, 加上一些調節來讓你的手臂, 腿腳和軀體較不粘滯, 你就可以站立, 觀看和感覺得宜, 因而能完全掌握全局.

分子紋理

腳底下的地面就好像你週遭所有的東西般, 都滿佈著如你手指尖大小的原子尺寸的突出物. 東西看起來就像很多串透明的葡萄或是像融在一起的彈珠, 且有各式各樣既漂亮卻又幻象的顏色. 這個模擬將原子和分子以如同1980年代的化學家所使用的方式呈現出來, 但是具有較清晰的3-D影像, 以及較方便的方法來移動它們, 並且可以去感覺它們所施的力量. 事實上這整個模擬裝置, 不過是1980年代末期所建造的系統的一個改進版本----雖然電腦是較快了, 但是計算的還是同樣的東西. 影像目鏡是有較好, 還有全身式的動力裝是一個重要改進, 但是甚至在1980年代時, 就已經有用3-D來呈現分子, 也有一初步的設備可以有碰觸它們的感覺.

動力裝的手套可以隨著電腦模擬的任何狀況發出觸摸的感受. 當你的指尖在那部較小的奈米電腦的一旁滑過, 你會有一股難以形容的奇怪觸感. 彷彿它的表面是有磁性的----如你移得夠近的話, 它會把你的手指頭拉住. 但是其結果也不是一個硬幫幫的接觸, 因為它的表面並非如磁鐵般的堅硬, 反而是出奇的柔軟. 觸摸其表面就如同觸摸一層霧膜, 然後很平滑地層變成泡沫橡膠, 其下變成硬橡膠, 然後再是鋼鐵, 所有層變均在一如瓦楞板的厚度裡面完成. 如側向移動的話, 你的指尖無法感觸到任何紋理, 也沒有磨擦力, 僅有比油還滑的平滑突出物, 以及一個有被拉入空洞處的傾向. 你要用力使勁才能完全從其表面拉開. 這個模擬使得你如原子大小的指尖會感覺到一個原子同樣會感覺到的力量. 它的表面滑溜到有點奇怪----然而它不可能被潤滑過, 因為僅要單一個油分子就有如你大拇指大小般的一團. 這種滑溜度使得奈米尺度的軸承的可行性, 和分子機器中的零件為什麼可以很平順地滑溜, 變得非常明顯.

除此之外, 你的手指頭也有一種叮噹的感覺, 就如同觸摸到一只響著的喇叭的感觸. 當你把耳朵靠著奈米電腦的機壁時, 你會彈縮回來：好一陣子, 你會聽到一種好像一台二十世紀的電視, 轉到一個沒有訊號, 而只有雪花和靜電頻道的咻咻聲----但是很響, 非常刺痛的響. 這乃是所有在表面的原子都以高頻率在震盪著, 而且是快到看不見. 這就是熱力震盪, 而且這為什麼也叫做熱力雜音是相當明顯的.

氣體和液體

個別分子的運動仍然是快到看不見的. 因此, 如要增加對此模擬的另一個欺騙, 你發出一個 ”哇!” 的命令, 所有週遭的東西就好像慢了十倍下來.

在其表面上, 現在你就可以看到那些過去快到看不見的熱力震盪了. 在四周圍的空氣分子變得較容易觀察. 它們到處亂闖好像暴風中的雨滴, 但是它們卻有彈珠般的大小且朝各方向彈跳. 它們也有如磁鐵般的粘滯, 且有一些會在奈米電腦的壁上滑動. 當你抓到一個時, 它馬上滑走. 它們大部分像是兩個球體的融合, 但你也可看到一個是完全圓的----那是一個氬原子, 這是非常稀少的. 你穩穩地從各方向把它抓住, 以免它像西瓜子一樣彈脫, 然後在你如鋼鐵般強力的指頭間夾壓它. 它可被壓縮約10%, 直到其超過你能克服的壓力. 當你一放開時, 它馬上完全地彈回原狀, 然後從你的手中跳離. 原子本身會保持一種莫名的完美, 既有耐力且又有不變性, 且它們會整群厚厚地環圍著你.

在牆壁的底部有一團沸騰的東西, 那只可能是一滴水. 舀上一整手來細看, 看到的是一整堆的分子, 有幾百個, 彼此都在翻來滾去, 但卻都依附在一個一致的質量. 但當你在觀看時, 一個分子從這團液體中分離, 然後飛開至週遭空氣中較自由的混沌：這是水在蒸發. 有一些分子向上滑到你的手臂, 然後卡在你的肐肢窩, 但最後它們還是跳開了. 要把所有的水分子弄掉, 你必需要括個沒完, 所以你就命令說 “清理我!” 來把自己弄乾.

既太小又太大

在你旁邊較小的電腦是一個有你身高兩倍大的方塊, 但如旅遊指南所示, 很容易就可爬到它上面. 在小尺度裡, 重力就不是那麼重要了：甚至一隻蒼蠅都可以違反地心吸力來在天花板上走動, 而一隻螞蟻可以舉起對我們來講有如一部卡車的東西. 在一個五十奈米的模擬尺度裡, 幾乎就沒有重力了. 物質能維持它們的強度, 仍然需要同樣的力量來彎它或折斷它, 但是一個東西的重量就變得可忽略了.你甚至不需要增強力氣, 讓你能克服分子粘滯, 你就可以舉起一個有你體重四千萬倍的東西----就像一個正常尺寸的人, 舉起一個裝有六台滿載的油灌車的箱子. 要模擬此微弱重力的情境, 這套動力裝要將你的體重撐起, 讓你感覺你好像在漂浮一樣. 這倒有點像在一個太空漫遊主題樂園裡渡假般, 穿壁虎鞋行走在牆上, 天花板等等, 而且是不需要任何的暈車藥的.

在奈米電腦的上面有一個游移的蛋白分子, 就如圖1E的那一個. 這看起來像是一串葡萄, 其大小也差不多一樣. 它甚至摸起來也像是一堆葡萄, 既柔軟又鬆散. 它的部分不會向氣體般自由地飛離, 也不會像液體般翻滾和走離, 但是它們卻會像洋菜膠般地震動, 有時會倒轉或是扭轉. 它是蠻固態的, 但是這個摺合的結構物就不如你鋼鐵的指頭強硬了. 在1990年代, 人們開始仿效生物學, 應用蛋白質來製造分子機器. 雖然這也行, 但是很容易就可瞭解為什麼他們要改用其他更好的材料了.

從一個模擬的口袋裡, 你掏出了一個模擬的放大鏡來觀察這個模擬的蛋白質. 在10倍的放大下, 看到的是一對鍵結的原子, 就如圖1F. 原子幾乎是透明的, 就算再近看, 也看不倒裡面的原子核, 因為它是小到看不見的. 就算你是以你的肉眼能看到原子的狀況起步, 還是要再放大1000倍才能看得到它. 人們怎麼會把又大又鼓的原子跟小不點丁的原子核搞混呢？還記得你曾甚至無法對一個空氣中的氬原子, 用你強力的鋼鐵指頭, 將其朝它的原子核壓縮多少嗎？這也是為什麼核融合是那麼困難了. 事實上, 這旅遊指南指出, 要能穿透原子核心而讓兩個原子核融合, 是需要一個比高威力來福槍的子彈快上超過一百倍的實質的彈射體. 不信你大可去試試看, 在分子世界裡你就是找不到任何東西, 能深入一個原子的中心來干擾它的原子核. 既然你摸不著它, 你也看不到它, 於是你乾脆就停止用放大鏡瞇眼觀看它了. 在奈米科技裡, 對原子核是沒有多大興趣的

迷樣的鏈子

接受旅遊指南的建議, 你抓住蛋白質上的兩個分子把扣, 然後拉扯它. 它抗拒了一下子, 但不久一個環節鬆開了, 這使得其它的環節更加地翻來翻去, 而且整個結構就像化成一個扭曲翻滾的線圈. 經過一陣子的拉扯和角力, 整個蛋白質的結構就變得清楚了：它是一條長鏈─假如你能拉直它的話, 它會比你的高度還長─而且這鏈子的每一小段都有很多樣把扣中的一種, 從它的旁邊伸出來. 因為其中原子的多彩和其琉璃珠珠的樣子, 整個蛋白鏈看起來就像一條炫麗的項鍊. 這雖然很漂亮, 但是到底如何能將它復原在一起呢？整條鏈子一直翻滾著, 扭轉著且拍打著, 而你是又拉又扯又扭, 但是它本來那種緊密堅固的組裝已經不可復得了. 要把蛋白鏈摺合, 是比解答魔術方塊來得更容易出錯, 既然這個摺合的結構已經泡湯了, 但現在問題是我們卻甚至連最後的結果該是怎麼樣都不清楚. 真不知道那些二十世紀的研究者, 到底是如何來解決這個惡名昭彰的 “蛋白質摺合問題” 的？但是根據記載, 他們在1980年代末期就已經開始製造蛋白質的東西了.

這個蛋白分子已經回天乏術了, 所以你就試著要分解它. 使勁抓住它然後用力一扯, 結果僅稍微拉直了其間一小段, 但整條鏈還是毫髮無傷地彈回. 雖然要將其打開是很容易,　但是就算有鋼鐵強度的肌肉─如超人的力量─也不能把這鏈子本身解體。化學鍵是很奧妙的強韌，所以現在又該用欺騙這一招了。當你正在拉扯時你同時發出 ”暫入脆弱狀態!” 的命令，你的手很容易地就拉開了，在它的強度還沒有回復正常前將這個鏈一分為二。你已經導致了一個化學變化了，但是應該有更容易的方法，因為化學家沒有你的超能小手也能做這件工作。當你比較斷裂的兩端時，它們都到處拍擊並互相碰撞。到第三次時，這鏈就接合了，且跟以前的強度一樣。這就好像將兩部分接合，但此接合處卻比焊接鋼鐵要強許多。先進的組裝化學通常都使用其它的方法，但當我們看到剛剛發生的狀況，讓分子組裝的概念更容易瞭解：只要把對的東西擺在對的地方，它們就會接合在意起來形成一個更大的結構物。

還記得”哇!” 的命令嗎？現在你決定要回到依據你身高和力量的比例正常該有的速度。發出標準設定的命令後，你就看到正在拍擊的蛋白鏈，其速度加快到眼睛無法跟上，因而變得模糊了。

奈米機器

在你的腳邊有一個大小約如一只湯罐頭，成排的環狀圓柱體的東西─它不像如瓦解前的蛋白質般，既雜亂又鬆散摺合的條狀物，而是先進奈米科技下的一個紮實的東西。它是一個如圖１Ｅ中的齒輪。把它拿起來，你馬上就可感覺到它與蛋白質有多不同了。在齒輪裡，都以強到如同串聯蛋白鏈中珠子的化學鍵，將所有東西就定位。它是不能被解開的，且你必需再用欺騙來破壞它的完全對稱。就如同在奈米電腦機壁裡的東西，其中緊密連結的原子，僅會些微地震盪。在附近另外有一個齒輪，於是你就將一個有突出的插入另一個有凹洞的，而把他們組在一起變成一個原子牙篩。它們黏在一起後，它們既柔軟又溜滑的原子表面，讓它們能很滑順地轉動。

直接在你腳底下的就是奈米電腦本身，它是用同樣緊密方式所製造出來的一個浩大的機構。從其上爬下來時，透過其機壁透明的層次看進去，你可以觀察其內部的構造。有一個電動馬達其內有一手臂張幅寬的轉子，它轉動著一個拉桿來驅動著一整套的震動桿，這然後再來驅動許多較小的桿子。這個看起來根本不像電腦，它反而更像是從一個十九世紀來的工程師的幻境。但是它確實是一個古老的設計─這本旅遊指南指出，其原本的計劃是來自１９８０年代中期裡的一個實驗工程，是在連其雛形都沒有任何人有辦法來製造出來之前的一個機械設計，這個後來是被較進步的電子設計所取代了。這個模擬是建立於許多年之後一個愛好者所組裝出來的一個版本。

這個機械式的奈米電腦可能有點粗糙，然而它卻真的有用，而且它比１９９０年代初期的電子式電腦，不僅小很多而且更有效率。它甚至還稍微較快些。這些桿子以一種模糊的運動滑來滑去，彼此擋住又脫離來改變花樣，織出各樣的邏輯樣式。這個奈米電腦是一個陽春型的，幾乎沒有記憶體，故獨立存在是沒有用的。在它的後方你可以看到另一個方塊─就是在圖１Ｄ左方的那個─其內有一台極具威力的機器，它幾乎可以媲美所有在１９９０年製造的電腦。這個電腦的邊長雖然僅有百萬分之一米，但是從你的觀點看，它就像一棟十層樓高的巨大建築物巍峨聳立。旅遊指南指出，它含有１０００億個原子，而且它可以將一整屋的書中所有的數據儲存起來。你可以看到內部的一些儲存系統：一列又一列的架子，其上放著許多有點像蛋白質鏈的分子磁帶盤，而其中簡單的凹凸點代表電腦數據中的１和０。

這些奈米電腦看起來似乎又大又粗，但是要知道現在你所站的地板也是一台電腦─是從１９９０年來的一個單一晶片，其功能大約和在你旁邊較小的陽春型奈米電腦一樣。當你的目光掃過這個晶片，對幾十年前的東西有多粗糙，你就會有一個較好的概念。於你的腳下，在最小的尺度中，這晶片看起來是亂七八糟不規則的一團。雖然這奈米電腦的機壁也佈滿了原子大小的突出物，然而這些突出物卻規則得像磁磚排列。但是這晶片的表面卻是一堆堆大小不一的混亂。這種德性朝各方向延伸了幾十步，然後以一個不規則的斷崖來終止，這就標記著一個電晶體的邊緣。遠方你也可以看到其它的陵線和高原延伸到地平線。這些形成了一個壯觀，有規則的圖案，那即是電腦的電路。那地平線─晶片的邊緣─是遙遠到如從中心點要走到那兒就需要好幾天(依據旅遊指南的警告)。而這一片廣闊的地貌，過去竟然被認為是二十世紀微小化中的奇蹟呢！

細胞和身體

就連在過去分子生物學的研究裡，就已發現又更小更完美的機器的存在，例如於細胞裡的蛋白質分子。一個模擬的人類細胞在那較小奈米電腦的晶片上，因為較早有旅客想要看它相對比較的大小，所以被擺在這裡。旅遊指南指出，在這裡這個模擬有稍加欺騙，使的這個細胞看起來像在一個含水的環境裡，而不像在空氣中。這細胞讓這奈米電腦顯得短小，它覆蓋著整個晶片的表面，且向後延伸到天際，就好像一座小山般。沿著它邊緣自然的小徑行走，會經過許多電晶體的高原，整個路程要耗約一小時。其實只要稍加一瞥，就可看出它和一台奈米電腦或是一個齒輪有多大的不同：它看起來是有生命的，它像一塊肝臟，有凸脹也有曲線，但它的表面有波紋分子鏈的絲絲狀。

從其邊緣往上走，你可以看到包裹細胞的細胞膜是液體 (針對硬的東西如植物則是細胞壁)，而胞膜的分子則是不停地運動著。在衝動下，你把手穿透這細胞膜，並在其裡面探來探去。你可以感覺到在細胞內部的液體裡面，有許多蛋白質撞擊著且翻滾著，也有一個蛋白質的纜線和樑桁的交錯網狀結構。其內某個地方就是那個製造出所有這些蛋白質的分子機器，但是這個機構的機件是被深藏於一個混濁有機的物質裡。當你把手拉出時，這個胞膜就又隨後流回封閉了。這個細胞動態結構的液體幾乎是可以自我癒合的。這就是能讓科學家使用二十世紀暨老舊又粗糙的工具，來在細胞上從事實驗性的手術的原因：當他們穿破細胞，然後在裡面探來探去後，它們不需要把洞口縫合。

光一個單一的人類細胞就已經如此的巨大和複雜，故沒有一種實存會思想的生物，能如在模擬之中的你那樣小：一台沒有任何記憶體的陽春電腦，已經是你身材的兩倍，而那台較大的奈米電腦，雖有一套公寓的大小，它卻不會比一台１９９０年接近白癡的電腦聰明到那裡去。甚至也沒有一隻能彎的指頭能如你模擬中的紙頭還小：在此模擬中，你的指頭僅有一個原子的寬度，根本沒有任何空間來容納可能的最細肌腱，更不用說神經了。

對這個有生命的世界做最後的一瞥，你向外遠眺至地平線之外，並反觀自己的影象，你原來尺寸的拇指正拿著那個你現在所站地方的晶片。你拇指鼓出的地方比聖母峰要高出十倍以上。於其上滿部天空的是一張臉，如同從外太空中看地球般地懸掛在那裡，正往下凝視。這正是你自己的臉，而其兩頰有如兩塊大陸般的大，兩個眼睛是靜止的。想想旅遊指南中的數據，你記得：這個模擬是使用標準的機械比例尺，因為被縮小四千萬倍，以致你被變成快四千萬倍。要讓你能將其表面拉開，此模擬使你的力氣至少增加一百倍，這也會讓你的速度至少增加１０倍。因此在正常世界裡的一秒鐘，在模擬世界裡就至少相當於四億秒。如要看到你那懸於天空的大臉做完一次的眨眼，可能就又很多年的光陰了。

玩夠了。在下達 ”讓我出去!” 的命令之後，這個分子世界就消失了。當動力裝鬆開後，你對重量的感覺就又恢復了。接著你也把目鏡卸下，然後你大大地，緩慢地眨著眼睛。

矽谷遊樂場

上回分子世界的旅遊裡，我們看到了一些分子製造的產品，但沒有看到它們是如何被製造出來的。所有你知道的舊日科技現在都被取代了，但這是怎麼發生的呢？矽谷遊樂場的廣告說辭是：“一個真正能捕捉到在早期剛突破的年代中的生活，工作和休閒的正牌主題樂園”。既然提到 “工作” 就一定有包括製造，看起來似乎是值得一遊。

一個巨蛋覆蓋了整個樂園─導遊有禮貌的說 “讓我們一起來完全地抓到那個世紀真正的景象，聲音和味道”。於其中所有的事物，服飾和髮型，報紙頭條，車水馬龍的交通，都還是像你長睡前的景象一般。一抹輕微的氤氳，糢糊了在巨蛋遠方的建築，你的眼睛感到輕微地刺灼，而空氣中的味道也很道地。

袖珍圖書館

奈米鑄造公司(The Nanofabricators, Inc.) 的工廠有一個早期奈米科技的主題展示。當你走近這個建築時，導遊提示說這真的是原來的製造工廠，它至少有二十多年的紀念價值了，經過十年之後就變成矽谷遊樂園的主題，當……….。你輕拍了幾下來讓這個袖珍的導遊少講一點話。

當遊客步入這個奈米鑄造工廠時，突然有一陣子的闃靜，大家均有一股走入歷史的感覺。奈米鑄造公司是製造超級晶片的老字號，而這晶片是第一個應用奈米科技來大量製造的產品。就是因為這超級晶片巨大的記憶能力，第一座袖珍圖書館才變成可能。

工廠的這一部份現在擺著一系列的展示品，其中有許多是早期產品的原版複製。你拿起一個袖珍圖書館，你發覺不止它的尺寸和一個皮夾一樣，其重量也相仿。然而它卻有足夠的記憶能力，來記錄國會圖書管裡 (Library of Congress) 的每一文卷，它的記憶容量大約是一台１９９０年代個人電腦的一百萬倍。它只要一甩就可開啟，接著兩個面板就會發亮，整個書寫知識的世界就完全在你的指掌間了。真是炫!

“哇! 你相信這些東西嗎?” 當另外一個遊客用指頭把玩著一個袖珍圖書館時，他說著 ”根本沒有影像，也沒有3-D，就只有一些文字，聲音和圖片。竟然要這種價錢！我才不會花這種冤枉錢買這個給我小孩咧！”

你的導遊小聲的說出價錢：它大約是一台你記憶中１９９０年代最頂級電視的價位。這當然不像成熟的奈米科技所應許的那種廉價製造，但是就一整座圖書館來講，這價位似乎已經不錯了。哼…….他們是怎麼樣解決版權問題和定出版費的？這個產品除了科技之外，應該還牽扯了許多其它的問題……

奈米鑄造

下一個房間展示著更多的科技。在超級晶片第一次被製造出來的工作房裡，早期的奈米製造技術被擺開來以利展示。整個裝置令人訝異地安靜和尋常。早在１９８０年代和１９９０年代，晶片廠就已經有要求工人和訪客穿工作袍子和戴口罩，來小心地管制清靜房和特殊工作站，並且細心地設計空氣流動來使灰塵遠離產品。但這個房間裡卻都沒有那些設施，它甚至還有一點點髒亂。

在一張大方桌的中間，有半打的鋼鐵桶子，其大小和形狀跟老式的牛奶罐相像。每一個罐子都有一張不同的標籤來確定它的內容物：記憶塊，數據傳輸塊，介面塊等。這些是製造晶片所需的零件。透明的塑膠管子，分別流動著透明和茶色的液體，從這些牛奶罐子的開口冒出，蜿蜒橫跨桌面。這些管子最後接入如拳頭大小的盒子，它們是被安置於一排以環狀排列圍繞這些罐子的淺碟上面。當不同的液體滴入每個碟子時，一個有如廚房果汁機的碎片器就攪動著液體。在每一個碟子中，奈米機器就在那兒製造超級晶片。

一個奈米鑄造工程師穿著帶有名牌的簡單衣服，正在安裝一個碟子，要開始來製造一片新的晶片。他拿起一個空白的晶片和一把鑷子說 ”這是一片矽晶片，這和用突破前的技術製造出來的一樣。在這個山谷裡的公司是將矽土融熔，接著冰凍成塊狀，然後將塊狀切割成片狀，再將晶片磨亮，然後再經過一長系列的化學和照相步驟，來製造像這樣的晶片。當它們完成時，於其表面就有一個由不同材料的線和點所組成的圖樣。其中就算最小的點也含有幾十億個原子，而且要儲存單一位元的資訊，還需要許多點一起努力才行。一塊像你的指甲一般大的晶片，僅能儲存十億位元的一小部份。但在奈米鑄造裡，我們是使用裸矽晶片來當作鑄造奈米記憶體的基礎。在牆上有一張圖顯示出一片空白晶片的表面：沒有電晶體，也沒有記憶電路，僅有許多精細的線路，來與我們鑄造在其上層的奈米記憶體連接。這個奈米記憶體，甚至在其初開發的階段，就可儲存幾意億個位元。我們不僅如此製造它們，而且一次做就做上千個─” 他將晶片放在碟子裡，按一個按鈕，然後這個碟子就開始充填液體。

他說” 然後幾年之後，我們就完全淘汰使用矽晶片了，”─他豎起一個牌子，上面標示著　此晶片鑄造開始於：2:15 P.M.，預計完成時間：1:00 A.M.，─ “這樣我們就能將製造流程加速一千倍。”

除了顏色以外，碟子裡的晶片看起來幾乎都一樣。新鑄出的晶片看起來像鈍化的金屬。沿著製程前進，在較老的晶片上，唯一你能觀察到的變化就是有一被一層較暗色的薄膜所覆蓋的平滑的長方形補丁。牆上有一動畫的流程圖，闡明了那一層接著一層的奈米記憶體鑄造方塊，是如何從溶液裡被攫出，然後被置放於其表面來形成那塊薄膜。旅遊指南解釋了這個製程所需的能量，就如同在細胞裡的奈米機器所需的能量，是來自溶解的化學物─來自氧和分子燃料。在這裡全部所需的能量是非常地微小，因為產品的質量是非常地微小：在製程的末尾，奈米記憶體結構的總厚度─這個能儲存一個袖珍圖書館的記憶體─僅是一張紙厚度得十分之一，而其覆蓋面積是比一張郵票還小。

分子組裝者

這張動畫的流程圖將奈米記憶體的構成方塊秀成許多大的東西，每一個都包含有約十萬個原子 (差一點忘掉了這個還是次微米的東西)。碟子中的製造流程是在超級晶片的上面，將這些方塊疊磊起來以形成記憶薄膜，但是這些方塊怎麼能自己製造呢？分子製造這行業困難的地方，應該就是蘊藏在這整個製程裡，就是在將分子聚集，以便能製造較大較複雜的零件的階段裡。

矽谷遊樂場有提供這個分子組裝製程的模擬，而且不額外算錢。從旅遊指南裡你得知，先進的組裝製程是非常複雜的﹔那些早期的製程─如奈米鑄造公司所用的那些─是應用了一些雖聰明但模糊的工程把戲；而那些最簡單最早期的概念，就從沒有被製造出來過。我們何不從盤古開天開始呢？走了一小段路，你就來到了古董概念博物館，這地方就是分子製造博物館的第一棟樓。

往第一館的內部一瞥，可以看到許多人穿著寬鬆且附有目鏡和手套的束身裝，在裡面走來走去，對著沒有任何東西注目，而且和看不見的東西演啞劇。既然來了，為什麼不就參與這個瘋子的遊行呢？不管穿著的服裝完全不一樣，就大搖大擺地穿門而入。這個目鏡秀出一個室外正常的世界和裡面的一個分子世界。現在你也可以看見並且觸摸那佈滿整館的展示品了。這裡有點像較早期的模擬分子世界：對尺寸，力量和速度，它們都共用一套的標準設定。再提一次，原子看起來是四千萬倍大，大約是你指尖的大小。這個模擬比上一個較不完整─你只能用你有戴手套的手，才能感觸到模擬的東西。還是一樣，所有的東西看起來都好像是由融熔在一起的彈珠的顫動物質所製成，而每個珠子就是一個原子。

導遊說 “歡迎到這個１９９０年代概念的分子製造廠”。這些實驗工程設計從來沒有被想說要來實際使用，但是它們卻可示範出分子製造的基本原理：製造零件，測試它們，然後將它們組裝。

館內到處都是機器。整體而言，這景象會讓我們回想到一個１９８０年代或１９９０年代的自動化工廠。裡面在搞什麼鬼，應該是非常清楚：在一台滿載某一種材質，看起來像是半成品方塊的輸送機旁邊，有幾台大機器 (這個裝置看起來很像圖２)﹔這些機器一定是在對那些方塊做某種加工。從輸送帶來判斷，這些方塊都從一機臂移動到下一機臂，直到它們轉個彎，然後就進入了下一個館。

圖２：有晶片上工廠的組裝器

一個大到可以每天生產超過一千萬台奈米電腦的工廠，可以被放入當今一片積體電路的邊角。內插圖秀的是在一台輸送機上的一隻組裝器機臂與其加工物。

既然所有的東西都是虛擬的，這些展示物是不可能被破壞的，於是你就走到一台機器，試著去戳它一下。它似乎和上一次旅遊中的奈米電腦的機壁一樣地堅固。突然間你注意到一件怪事：沒有到處碰撞的空氣分子，也沒有一點水滴─事實上，是沒有任何的游離分子。每一個原子似乎都隸屬於某一機器系統的一部份，除了其顫動的熱力震盪外，可說是被完美地控制的。這裡所有的東西，就如奈米電腦或如那堅固的小齒輪般，沒有一樣是像那鬆散捲曲的蛋白質，或是像活細胞裡的那種渾濁的物質。

輸送帶看起來似乎是靜止的。順著輸送帶以固定間隔排放著的就是製造中的方塊：加工物件。最近的一個方塊大約有一百個彈珠凸出的寬度，所以它應該含有１００ｘ１００ｘ１００個原子，足足有一百萬個。這個方塊有機桿和轉臂等東西，看起來莫名其妙地面熟。它就是一台奈米電腦─或不如說，它是一個製造中奈米電腦的一部份。

在輸送帶上的那些奈米電腦的旁邊，有一排巨大的機械，佔據了整館的大部分，它們的主幹從地面聳起，且有如老橡木一樣地厚實。起頭它們雖僅是稍微前傾，最終都可以從頭上橫過。你的導遊說 “每一台機器都是一台多功能分子組裝器的機臂”。

有一台組裝器的機臂彎下來，它的尖端壓在輸送帶上的一個方塊。走進一點，你可以看到進行中的分子組裝。機臂的末端是一拳頭大小的手把，它有幾個突出的彈珠，就像是骨節。現在剛好有兩個顫動的彈珠─原子─正背擠壓入方塊中的一個小洞洞。正當你在看的時候，這兩個球球就以快速振擺的動作，轉移位置而卡入方塊中的定位處：這是一個化學反應。這個組裝器的機臂僅是站在那兒，幾乎沒有動一下。於是這個拳頭就少了兩個骨節，而那個奈米電腦的方塊就增大了兩個原子。

導遊道出 “這個多功能組裝機的概念，基本上是仿效１９８０年代的工業機器人。它是一個由電腦控制的機器手臂，能依照一系列的指令來移動分子工具。每一個工具就像是單發的釘釘機或是卯釘槍。它有一個手把來讓組裝機抓住，而且它可裝載一點點物質─幾個原子─經由化學反應來將之與加工物連結。” 這就好像在較早的旅遊中那個蛋白質鏈的再接連一樣。

分子的精確度

這些原子似乎有夠容易地就跳入定位﹔它們是否也會一樣容易地就跳離其位呢？到現在組裝機臂已經從表面縮回原位，留下了一個小小的間隙，因而你就可以碰觸並且捅一捅這些新加入的原子。但是怎麼捅怎麼絞都沒有用：當你儘你可能地推 (用你強到如鋼鐵的模擬指頭)，這些原子卻看不到任何絲毫的動搖。這是強力的分子鍵將它們固定在位。

你的袖珍導遊─它是使用了一千台１９９０年代超級電腦的威力，來負責決定什麼時候該說話的任務─說 “是分子鍵將東西緊連在一起。在強且穩定的物質裡，原子不是鍵結在一起，不然就是游離，不可能有騎牆的。組裝器是藉製造或破壞鍵結來工作，所以每一步驟不是完全成功，不然就是一敗塗地。在突破前的製造技術中，零件的製造跟組裝總是會有小瑕疵。這些瑕疵會累積到能搞砸產品的品質。在分子的尺度裡，這些問題就自然消失了。既然每一製程步驟都是完全地精確，小小的錯誤就不可能累積。其製程不是行就是不行。”

但是那些已確定完全不行的怎麼辦？奈不住科學家的好奇，你就朝下個組裝器走去，抓住它的尖端然後一直震動的它，但是沒有一點事情發生。接著當你使勁地挖時，這個尖端移動了大約一個原子直徑的十分之一，然後就彈回去了。導遊解釋說　“熱力震盪會使得零件相互靠近，而在不正確的地方形成鍵，因而造成錯誤。熱力震盪會讓軟性的東西彎曲得比剛性的東西較厲害，也因此這些組裝器的機臂都被設計得既粗又壯，好讓它們能非常剛硬。錯誤的比率可以維持在一比一兆，因而小型的產品可以完美地正常和完全地一致。大型的產品可以幾乎接近完美，僅會有少數幾個原子異位。”這個應該就是所謂的高可信度了吧。很奇怪地，在外面你能看到大部分的東西，看起來都非常地普通─不是很平滑，光亮和完美，而是既粗糙又簡陋。它們一定故意被用這種樣式製造，或是手工製造的。平滑和光亮的東西，對任何人一定已經不再那麼喜愛了。

分子機器人

到現在這個組裝器機臂已經移動有了許多個原子的寬度。透過機臂的透明側，你可以看到機臂裡充滿了各種機構：轉動的機軸，齒輪，和大型緩慢轉動的環，用來驅動其關節沿著機幹的旋轉和延展。這整個系統是一個巨大但卻機靈的機械手臂。這機臂大是因為其最小的零件是和彈珠一樣大，而其內讓它移動和彎曲的機構，有許多許多的零件。裡面另外一個機構也在做工：這個機臂現在停在一個洞裡，而你可以看到，通過底下中間的一根管子，那個舊的用過的分子工具正在被撤回。

耐心點，耐心點！僅在幾分鐘內，另一個新的工具就再回到管子的途中了，到最後，它就會到達底部。機軸開始轉動，齒輪也一起旋轉來將這個工具夾鎖在定位處。另外一個機軸開始轉動，機臂慢慢地再度移靠至加工物的另一新的加工點。最後，藉著一個振擺的動作，有更多原子又跳過去了，於是這個方塊又再度稍稍地變大。接著，這種循環動作又重新開始。這個碩大的機臂似乎非常的緩慢，但這是因為標準的模擬設定，將速度轉慢了約有四億倍。幾分鐘的模擬時間，相當於少於實際時間裡的一百萬分之一秒。因此，這個看起來僵硬遲緩的機臂，其實是能在一秒鐘內完成約一百萬個動作。

向下窺視組裝機臂的最底部，你可以看到在地板下，還有更多組裝機機臂的機構：轉動的電動馬達，一台運算中的奈米電腦，和急速上下運動的機桿。所有這些機桿和齒輪都快速地在動作，為應付這個碩重機臂的每一個循環動作，它們就要滑動和旋轉許多次。這看起來似乎很沒有效率﹔其間機械的震動一定會產生很多熱量，因此它的電動馬達一定會消耗很多電力。現在用電腦來控制每一隻機臂，是會比突破前的時候來得更齷齪許多。在以前，一隻機械手臂是又大又貴，而所用電腦是便宜的晶片﹔但現在，所用的電腦是比機臂還要大。故這一定還有更好的方法─但是此時，這裡僅是古董概念博物館。

從建築方塊到建築物

當組裝機完成了方塊的加工後，這些東西會去那你呢？跟隨著輸送機，經過十幾個機臂後，你走到了這一館的最後頭，拐個彎，你就發現你自己是在一個陽台，俯視著遠方的一棟更大的建築。這裡，就在輸送帶的附近，有一個方塊被置放於一個複雜的裝置裡。它的零件還在動，而有一隻巨大的機臂橫懸過它，就好像一台建築用的起重機。不一會兒，導遊就說出確認你的猜測的話：”經過製造後，每一個方塊都要接受測試。大的機臂會將製造良好的方塊選出。在本館裡，這個較大的機臂會將大約一千個各種不同的方塊，組合在一起來製造一台完整的奈米電腦。”

這個大館裡有它自己的輸送帶，輸送著一整列部分完成的奈米電腦。沿這這台大輸送機排列整齊的是一排大型的機臂，它們可以來回擺動來接近那較小的輸送帶，從測試站攫取有百萬原子的方塊，然後將它們插入這個大型的加工物件，就是製造中的奈米電腦。這條輸送帶橫跨整棟建築的長度，而到最後面，製成的奈米電腦就轉一個彎，可能又進入遠方另一棟更大的建築。？

在注視最終組裝館很多分鐘後，你發覺到東西看起來似乎都沒移動過。光靠耐心等也沒有用：如以在你背後那一館裡，較小機臂的速度移動的話，每一個方塊一定要幾個月才能完成，於是這個大型的方塊處理機機臂，就盡量利用這情形所容許的閒暇。從頭到尾要製造一台電腦，可能就需要一段非常長的時間。可能需要和眨一下眼睛一樣長的時間。

分子組裝機製造方塊來供應方塊組裝機。方塊組裝機所製造的電腦，就送到系統組裝機，來製造各種系統，這樣至少看起來，從分子到大型產品的路徑似乎夠清楚了。假如一部汽車是從一千個部件，由一般尺寸的機器人來組裝而成，而每一個部件又是從一千個較小的部件，由較小的機器人來組裝而成，這樣繼續下去，越來越往下推，只要十個層次組裝程序，就可將汽車和分子分離出來。有可能多轉幾次彎，經過幾棟越來越大的廠房，你就可以看到一台製造中的突破後的汽車，其中有不能辨認的引擎零件和舒適的座椅，正在被組合在一起，這整個製程需要經一世紀長的時間完成，且要在一棟大到連太平洋會僅是角落邊的小漥洞的廠房裡進行。

這僅是十階段的尺寸變化﹔如從你背後的廠房裡的方塊那樣大開始算，是八個階段。這樣看來分子世界裡，東西看起來似乎較接近。

分子製程

走回到廠房內，你思索著到底這個製程是如何開始的。在他們遲滯的每一個循環動作中，每一個分子組裝器都從地板底下的某個地方，通過一條管子獲得一件新的工具，而那個某個地方就是分子精確度故事的開端。因此你也就問道，”這些工具是打那兒來的？”，導遊回硬說，”你大可搭在你左邊的電梯下去看看。”

踏出電梯然後走進地下室，你看到一間寬廣的廠房，其間充滿了小型的輸送帶和滑輪﹔有一條大管子由上而下立於其中間。在牆上的一個牌子寫著，”機械化學製程概念，大約１９９０年。”　和往常一樣，所有的動作看起來都非常地緩慢，但至少在此廠房內，所有設計中要動的東西，肉眼似乎都可看到它們在動。其大致的流程看起來似乎是經過許多步驟後，都在遠離那條管子，然後往上通過天花板，朝向上方的組裝器廠房。

走到管子旁之後，你可看到它幾乎是透明的。其裡面是充滿沸騰混亂的小分子：管壁是界於鬆散分子和有控制分子的邊界，但是這些鬆散的分子是被關的好好的。在這個模擬中，你的指尖就好像小分子般。不管你如何使勁地推，你就是沒辦法將你的指頭穿透這個管壁。沿著管線，每幾步路就有一個管子接頭突出，其上有一個覆蓋物，裡面有一種由機械驅動而轉動的東西，它是和管內的液體接觸的，但同時它也和埋藏於覆蓋物裡，穿過一個滑輪組上的一條帶子接觸。很難看清楚這裡是在搞什麼鬼。

導遊出聲說，”轉子上的袋子從管線裡的液體攫取單一的分子。每一個轉子的袋子有一固定的尺寸和形狀，它僅僅適合液體中眾多分子種類的一種，所以這個製程是頗具專一性的。被攫取的分子接著就被推壓入那些穿繞滑輪組帶子上的袋子，然後─”

你說：”夠了! 夠了!”。好了，它就是能選出所要的分子，然後將之附著加入這機器的迷宮裡。這機器應該能將分子分類，來確定正確種類的分子落腳於正確的地方。

這個帶子繞來繞去，攜帶著許多整大團禿尤狀的分子。許多個滑輪或可說是滾筒，在覆蓋物裡會藉著另外輔助的滾筒將兩個帶子擠壓在一起。當你正看著其中的一個的時候，導遊說，” 帶子上的每一個突點都是一個機械化學的處裡設施。當在不同帶子上的兩個突點被正確地擠壓在一起時，它們會藉著一個機械式強迫的化學反應，按照設計將分子的片段從一個轉移到另外一個。如此一來，小分子就被解體，重組，然後最後與那一種在此廠房上方組裝器所使用的分子工具連結。在這裡的這個設施裡，滾筒間會產生一個相當於到地心半途地方的壓力，來加速一個反應─”

你說：”好了! 好了!”。以前的化學家能僅是藉著將不同的化學物，依照正確的次序，在正確的條件下混合，就能製造出許多奧妙的化合物。在這裡，分子當然可以依照正確的次序被放在一起，而且能有控制更好的條件。這種細心設計的滑輪和帶子的結構，想當然一定會比一個裝滿雜亂液體的試管，能更完美地達成分子處理的任務。從一種液體，通過一個分類器，進入一個製造機，然後就變成工具出來：這似乎就是整個有關分子處裡的故事。所有的帶子都是環狀的，所以這個機器就可以轉個沒完，不停地輸送並且製造分子零件。

超越古董

比起樓上廠房由激昂的電腦所驅動粗重的機臂而言，這種帶子系統看起來就非常地簡單，而且又有效率。但為什麼僅用來製造簡單的工具呢？你一定有這樣滴咕過，不然導遊怎麼又會出聲說話，”這個特殊組裝機的展示品，秀出另一種早期分子製造的概念，就是使用這種分子處裡系統的方法，來製造大型複雜的東西。假如一個系統僅在製造一個單一產品，那就沒有需要來使用電腦和有彈性的機臂來到處移動零件。製造一台機器，其中所有的東西僅是以固定的速度在輸送帶上移動，然後將小部件加裝在較大的部件上，接著再將這些較大的部件幾終在一起，這樣是會更加地有效率，就好像你在樓上廠房的末尾所看到的一樣。”

雖然這看起來確實是較聰明的方法來生產出許多相同的產品，但是聽起來卻是了無新意。不是像融熔彈珠的齒輪，就是像粗顆粒珠子織成的輸送帶，或是驅動軸，滑輪組，機器之後還是機器。在某幾個地點，彈珠會被壓入而形成新的樣式，來備齊一個工具或是製造一個產品。滾壓再滾壓，打洞再打洞，退出又壓入，然後又是更多的滾壓和打洞。

當你正要離開這個模擬廠房時，你問道， ”在這個分子製造模擬的旅程中，還有什麼重要的我沒看到？”

旅遊指南於是就進入了一個清單：”有的─組裝機機臂的內部機構，其內含有驅動軸，螺紋齒輪，和調諧驅動器﹔利用Diels-Alder反應，介面間自由基鏈反應(interfacial free-radial chain reactions)，和配位鍵的形成，來在較大規模的組裝台上，將方塊連結在一起﹔使用不同種類的機械化學製程，來製備各種活性的分子工具﹔使用下降階梯方法(staged-cascade methods)，來供給接近完美可靠度的正確種類的分子入料﹔在分子處裡中，有效率與無效率間之差異﹔在大系統中，不管偶發的破壞，應用餘裕來確保可靠度﹔從較小的方塊來製造大物體的先進方法﹔先進的電子奈米電腦﹔先進的方法來─”

你說：”夠了! 夠了!”，於是當你把旅遊指南丟進資源回收桶時，它頓時消音了。分子製造課程不是你現在需要的﹔有關其大致的概念你似乎已經夠清楚了。你現在需要的是去探討那個屬較正常尺度的世界。在遊樂園巨蛋遠方的住家，馬路，建築，甚至於景觀看起來都非常地不一樣─比你記憶中的一切較不擁擠，較少鋪面，且較少耕作。但是為什麼呢？有關歷史的書本說(well, 它們其實不僅僅是書本而已)，是分子製造技術大大地改變了一切﹔而且現在這些改變可能更合理。是該離開的時候了。

正當你在將你附有目鏡和手套的束身裝丟入另一個桶子的時候，一個極惹眼的黑髮女郎正從一個架子上拿下一件新的。她穿著一件夾克，上面標示著 “沙漠玫瑰奈米製造” 的名字。

她微笑地問道 “你覺得怎麼樣？”

你說 “怪神奇的。”

她說 “不錯，以前當我第一次上分子製造的課程時，我就看過這個模擬。我發誓我絕不曾設計過這麼濫的東西！這整個裝置真的喚回了許多過去的記憶─我真等不及要來看它是否和我記憶中的一樣地粗糙。” 於是她就步入了這個模擬館，然後順手就把門關上。