Фемтотехнологии: Манипуляции на уровне 10⁻¹⁵ метров
Femtotechnology
Фемтотехнологии: манипуляции материей на уровне 10⁻¹⁵ м, работа с атомными ядрами и изомерами. Гипотеза о создании самовоспроизводящихся структур из нуклонов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Технология масштаба 10−15 метров и меньше
Technology at or below the scale of 10^−15 meters
Фемтотехнология – это термин, используемый для обозначения гипотетического манипулирования материей на масштабе фемтометра, или 10−15 м. Это на три порядка величины меньше, чем пикотехнология (масштаб 10−12 м), и на шесть порядков величины меньше, чем нанотехнология (масштаб 10−9 м).
Femtotechnology is a term used in reference to the hypothetical manipulation of matter on the scale of a femtometer, or 10−15 m. This is three orders of magnitude lower than picotechnology, at the scale of 10−12 m, and six orders of magnitude lower than nanotechnology, at the scale of 10−9 m.
Теория
Работа в фемтометровом диапазоне включает манипулирование возбужденными энергетическими состояниями в атомных ядрах, в частности, ядерными изомерами, для создания метастабильных (или иным образом стабилизированных) состояний с необычными свойствами. В предельном случае рассматриваются возбужденные состояния отдельных нуклонов, составляющих атомное ядро (протонов и нейтронов), с целью, предположительно, настройки поведенческих характеристик этих частиц. Наиболее развитая форма молекулярной нанотехнологии часто представляется как самовоспроизводящиеся молекулярные машины, и высказывались предположения о возможности создания чего-то подобного с аналогами молекул, состоящими из нуклонов, а не атомов. Например, астрофизик Фрэнк Дрейк однажды высказал предположение о возможности существования самовоспроизводящихся организмов, состоящих из таких ядерных молекул, обитающих на поверхности нейтронной звезды – идея, использованная в научно-фантастическом романе Роберта Форварда «Яйцо дракона». Физики полагают, что ядерные молекулы теоретически возможны, однако они будут крайне недолговечными, и неизвестно, можно ли заставить их выполнять сложные задачи, такие как самовоспроизведение, или какие технологии можно было бы использовать для их манипулирования.
Work in the femtometer range involves manipulation of excited energy states within atomic nuclei, specifically nuclear isomers, to produce metastable (or otherwise stabilized) states with unusual properties. In the extreme case, excited states of the individual nucleons that make up the atomic nucleus (protons and neutrons) are considered, ostensibly to tailor the behavioral properties of these particles. The most advanced form of molecular nanotechnology is often imagined to involve self replicating molecular machines, and there have been some speculations suggesting something similar might be possible with analogues of molecules composed of nucleons rather than atoms. For example, the astrophysicist Frank Drake once speculated about the possibility of self replicating organisms composed of such nuclear molecules living on the surface of a neutron star, a suggestion taken up in the science fiction novel Dragon's Egg by the physicist Robert Forward. It is thought by physicists that nuclear molecules may be possible, but they would be very short lived, and whether they could actually be made to perform complex tasks such as self replication, or what type of technology could be used to manipulate them, is unknown.
Приложения
Практическое применение фемтотехнологии в настоящее время считается маловероятным. Расстояния между уровнями ядерной энергии требуют оборудования, способного эффективно генерировать и обрабатывать гамма-лучи, не подвергаясь при этом деградации. Природа сильного взаимодействия такова, что возбужденные ядерные состояния, в отличие от возбужденных электронных состояний в атомах Ридберга, как правило, очень нестабильны. Кроме того, существует конечное число возбужденных состояний ниже энергии ядерного связывания, в то время как для электронов атома (в принципе) доступно бесконечное число связанных состояний. Подобным образом, известные возбужденные состояния отдельных нуклонов, по-видимому, не приводят к такому поведению, которое упростило бы их использование или манипулирование, и, напротив, указывают на то, что эти возбужденные состояния еще менее стабильны и их количество меньше, чем возбужденных состояний атомных ядер.
Practical applications of femtotechnology are currently considered to be unlikely. The spacings between nuclear energy levels require equipment capable of efficiently generating and processing gamma rays, without equipment degradation. The nature of the strong interaction is such that excited nuclear states tend to be very unstable (unlike the excited electron states in Rydberg atoms), and there are a finite number of excited states below the nuclear binding energy, unlike the (in principle) infinite number of bound states available to an atom's electrons. Similarly, what is known about the excited states of individual nucleons seems to indicate that these do not produce behavior that in any way makes nucleons easier to use or manipulate, and indicates instead that these excited states are even less stable and fewer in number than the excited states of atomic nuclei.
В художественной литературе
Фемтотехнология играет ключевую роль в научно-фантастическом романе 2005 года "Толкающий лёд". Она также фигурирует в различных рассказах Грега Игана, таких как "Поездка на крокодиле", где он выдвигает идею "мощной пули", которая преодолевает нестабильность фемтоструктур с большим атомным весом, разгоняясь до околосветовой скорости, что позволяет ей преодолевать межзвездные расстояния перед столкновением с целью и создавать стабильную наноструктуру в процессе распада.
Femtotechnology plays a critical role in the 2005 science fiction novel Pushing Ice. It also features in various stories by Greg Egan such as Riding the Crocodile, where he proposes the idea of a "strong bullet" which overcomes the instability of high atomic weight femto structures by being accelerated to near light speed, letting it travel interstellar distances before impacting a target and constructing a stable nano scale structure as it decays.