There’s plenty of room at the bottom

Una sorta di immancabile tributo.

Correva l’anno 1959 e R. Feymann era impegnato nell’insegnamento. Ma sempre a modo suo. Feymann era più che altro u divulgatore scientifico (e non me ne voglia lui per l’accostamento alla moderna concezione “della categoria”…), nel senso che era in grado di parlare a pubblici alquanto variegati cercando di far passare i concetti basilari per mezzo di esempi e trasposizioni facilmente (per quanto possibile) comprensibili.

There’s plenty of room at the bottom è un suo celebre discorso nel quale Feyann affronta il tema del estremamente piccolo. Propone, ben prima che fossimo in grado di farlo (ed anche di concepirlo come fattibile) la possibilità di manipolare la materia su scala atomica, di andare a sistemare i singoli atomi per creare computer piccolissimi o micro-microscopi. Ha anticipato l’idea di “ingoiare il nostro dottore”, ovvero di ingerire un qualcosa che vada a curarci (una sorta di nano-macchine biomedicali), micro robot guidati dall’esterno che vadano ad operare puntualmente l’essere umano o anche in situazioni complesse (e piccole).

In rete il testo della conferenza si trova in abbondanza e non mancano anche versioni più o meno fedeli in italiano; riporto sotto alcuni passi che hanno colpito questo fesso che scrive, che al contempo suggerisce di leggere il testo integrale (magari anche in lingua originale).

[…]

L’argomento di cui voglio parlare è la manipolazione e il controllo di oggetti su piccola scala. Non appena menziono l’argomento, le persone mi parlano della miniaturizzazione e di quanto sia progredita fino ad oggi. Mi parlano di motori elettrici della dimensione di un’unghia di un mignolo. E c’è in vendita uno strumento, mi dicono, con il quale si può scrivere il “Padre nostro” sulla capocchia di uno spillo. Ma questo è niente, è solo il primo esitante passo nella direzione di cui voglio parlare. Essa è quel mondo, sorprendentemente piccolo, che sta qua sotto.

Nell’anno 2000, quando guarderanno a quest’epoca, si meraviglieranno del fatto che fino al 1960 nessuno avesse iniziato a muoversi seriamente in questa direzione. Perché non possiamo scrivere tutti i 24 volumi dell’Enciclopedia Britannica sulla capocchia di uno spillo? Vediamone le implicazioni.”

[…]

Bene, il titolo di questo discorso è “C’è TANTO spazio laggiù in fondo”, non “C’è spazio laggiù in fondo”. Ciò che ho dimostrato è che c’è abbastanza spazio per ridurre le dimensioni di oggetti in un modo già tecnicamente attuabile. Ora voglio dimostrare che di spazio ce n’è tanto. Non parlerò delle fattibilità pratica, ma di ciò che è possibile in base alle leggi fisiche. Non sto inventando l’anti-gravità, che sarebbe possibile solo se le leggi non fossero quelle che pensiamo essere. Sto per parlarvi di ciò che può essere fatto se le leggi sono quelle che pensiamo che siano; se non lo stiamo facendo è solo perché non ci abbiamo ancora pensato.

[…]

Se ogni unità d’informazione fosse rappresentabile tramite un piccolo cubo di lato pari a cinque atomi, stimando che nei 24 milioni di libri che esistono al mondo ci siano 1015 unità d’informazione, questi potrebbero essere condensati in un cubo di materiale grande come il più piccolo pulviscolo di polvere visibile dall’occhio umano

“Quindi c’è tanto spazio laggiù in fondo! Non mi parlate di microfilm!

Il fatto che una quantità così enorme di informazioni possa essere trasportata in uno spazio così piccolo, è naturalmente ben conosciuto dai biologi e risolve il mistero, che esisteva prima che lo svelassimo, di come, nella più piccola cellula possano essere immagazzinate tutte le informazioni per l’organizzazione di una creatura complessa come l’essere umano. Tutte queste informazioni – se abbiamo occhi castani, capelli biondi, o che nell’embrione la mascella dovrebbe prima svilupparsi con un piccolo foro di lato, in modo che in seguito un nervo possa passare da lì – tutte queste informazioni sono contenute in una sezione molto piccola della cellula, che ha la forma di una lunga catena di molecole di DNA, nelle quali vengono usati circa 50 atomi per ogni unità di informazione nella cellula.

[…]

Costruire oggetti molto piccoli potrebbe anche essere oggetto di attività imprenditoriale. Consentitemi di ricordarvi alcuni dei problemi dei calcolatori elettronici. Nei computer dobbiamo immagazzinare un’enorme quantità di informazioni. Il tipo di scrittura di cui ho parlato prima, nel quale avevo trasformato ogni carattere in distribuzione di metallo, è permanente. Molto più interessante per un computer è scrivere, cancellare e scrivere qualcos’altro. (Ciò accade di solito perché non vogliamo sprecare il materiale sul quale abbiamo appena scritto. D’altro canto, se potessimo scrivere su uno spazio molto piccolo, non farebbe alcuna differenza; potrebbe semplicemente essere buttato via dopo averlo letto. Il costo del materiale è irrilevante).

[…]

Se guardo il vostro volto, riconosco immediatamente di averlo già visto prima. Non esiste ancora una macchina che, con la stessa velocità, possa rilevare l’immagine di un volto e dire se sia un uomo o meno; e ancor meno se sia lo stesso uomo che gli avete mostrato prima, a meno che non sia esattamente la stessa immagine. Se il volto è cambiato, se sono più vicino ad esso o ne sono più lontano, se la luce cambia, io lo riconosco sempre. Bene, questo piccolo computer che porto all’interno della mia testa sa farlo con facilità. I computer che abbiamo costruito non sono capaci di farlo. Il numero di elementi in questa mia scatola fatta di osso è enormemente più grande del numero di elementi nei nostri “meravigliosi” computer. Ma i nostri computer meccanici sono troppo grandi, gli elementi in questa scatola sono microscopici. Io voglio costruirne alcuni che siano sub-microscopici.

Se io volessi progettare un computer che avesse tutte queste meravigliose abilità qualitative, dovrebbe avere, forse, le dimensioni del Pentagono. Ciò ha molti svantaggi. Innanzitutto, richiederebbe troppa materia prima; potrebbe non esserci sufficiente germanio nel mondo per tutti i transistor che dovrebbero essere messi in questo enorme dispositivo. C’è anche il problema della generazione del calore e dei consumi energetici. Ma una difficoltà perfino più pratica è che il computer dovrebbe essere limitato ad una certa velocità. A causa delle grandi dimensioni, è necessario un tempo finito per portare l’informazione da un posto all’altro.

L’informazione non può viaggiare più veloce della luce, quindi, dal momento che i nostri computer diventeranno sempre più veloci e sempre più potenti, dovranno diventare sempre più piccoli. Ma c’è tanto spazio per renderli più piccoli. Non c’è niente nelle leggi fisiche che impedisce che gli elementi dei computer non possano essere enormemente più piccoli di quanto siano ora. Ci sarebbero davvero grandi vantaggi.

[…]

Consideriamo una macchina qualsiasi, per esempio un automobile, e riflettiamo su una macchina come quella di dimensioni infinitesimali.”

Tali macchine andrebbero completamente riprogettate e costruite con materiali tipo plastica o vetro, per loro natura privi di forma propria e di disomogeneità, per evitare gli inconvenienti che la struttura a grani dei metalli potrebbe creare su piccola scala. Sarebbe necessario fare molta attenzione anche alle parti elettriche a causa della variazione delle proprietà magnetiche su piccola scala. D’altro canto, sarebbe probabilmente inutile lubrificare gli ingranaggi che, date le piccolissime dimensioni, non si surriscalderebbero, pertanto sarebbe anche impossibile far funzionare il motore tramite processi di combustione e si dovrebbe progettare qualche altro processo di produzione di energia a freddo oppure potrebbe essere sufficiente alimentarli con una fonte di energia elettrica dall’esterno.

“Quale sarebbe l’utilità di macchine del genere? Chi lo sa? Ovviamente, un’autovettura piccola potrebbe servire solo a far viaggiare gli acari e suppongo che il nostro spirito cristiano non vada così lontano.

[…]

“Quando entriamo nel mondo dell’incredibilmente piccolo, per esempio un circuito costituito da sette atomi, potrebbero presentarsi molte nuove opportunità progettuali. Gli atomi si comportano come nessun altra cosa di grandi dimensioni, dal momento che seguono le leggi della Meccanica Quantistica. Infatti, via via che scendiamo nel piccolo e ci circondiamo di atomi, abbiamo a che fare con leggi diverse e possiamo aspettarci di fare cose diverse. Possiamo produrre in modo diverso. Possiamo usare non solo circuiti, ma qualche sistema che coinvolga i livelli di energia quantica, oppure le interazioni degli spin quantici, ecc… Altra cosa degna di nota è che, se scendiamo ad un livello sufficientemente piccolo, tutti i nostri dispositivi possono essere prodotti in massa, in modo che ognuno di essi sia una perfetta copia degli altri. Non siamo in grado, invece, di produrre due macchine di grandi dimensioni che siano perfettamente identiche. Ma se la vostra macchina è alta solo cento atomi, è sufficiente un livello di precisione da 0,5 a 1% per essere sicuri che un’altra macchina sia esattamente delle stesse dimensioni, cioè cento atomi di lunghezza!

[…]

Ora potreste dire: “Chi e perché dovrebbe farlo?”. Bene, io ho indicato solo alcune delle possibili applicazioni economiche, ma so che il vero motivo per cui dovreste farlo è il puro divertimento! Divertitevi!! Organizziamo una gara tra laboratori. Facciamo in modo che un laboratorio costruisca un piccolo motore e lo invii ad un altro laboratorio che lo rispedisca al mittente con qualche pezzo che si inserisca perfettamente all’interno del primo motore.
[…]

Forse, però, ciò non è sufficiente per entusiasmarvi, solo la possibilità di una vincita economica potrebbe farlo. Perciò vorrei fare un tentativo, ma non posso farlo subito perché non sono preparato. Ho intenzione di offrire un premio di $ 1.000 al primo ragazzo che riuscirà a ridurre le informazioni scritte sulla pagina di un libro di un scala 1:25.000 in modo che sia leggibile con un microscopio elettronico. E voglio offrire un altro premio di $ 1.000 al primo ragazzo che realizzerà un motore elettrico funzionante che possa essere controllato dall’esterno e, senza considerare i cavi in entrata, sia di dimensioni non superiori a 1/64 di pollice cubo.

Sono certo che non passerà molto tempo prima che tali premi vengano reclamati!”

Una curiosità. La sfida lanciata da Feymann riguardo al nano-motore fu vinta già nel 1960, ma semplicemente grazie alle doti di un artigiano che aveva miniaturizzato il tutto senza introdurre veramente progressi tecnologici. La sfida della miniaturizzazione dell’enciclopedia britannica, invece, fu vinta nel 1985 quando Newmann ridusse “A Tale of Two Cities” ad 1/25000 della sua dimensione originaria.

WU

PS. Oltre tutte le intuizioni (anticipate da un fisico e non da un barzellettiere) geniali del discorso credo che anche il titolo abbia decretato il successo ed il perdurare dell’intervento.

Siamo molto lontani da qualunque intervento “ad una conferenza” io abbia mai sentito negli ultimi 15 anni.

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