מציאות דיגיטלית

המחשבים הדיגיטליים של ימינו פועלים באמצעות מעבדים מיקרו-אלקטרוניים, המתבססים על השיטה הבינארית. אפס ואחד הם יחידות המידע הקטנות ביותר בעולם הדיגיטלי, ובאמצעותם ניתן לייצג כל דבר – ממספרים ומילים ועד פעולות שונות. המונח “דיגיטלי” מקורו במילה Digit – מספר או ספרה (דיגיטלי = ספרתי), והמונח “בינארי” משמעו “כפול” או “דו-רכיבי”.

מצחיק לגלות שגם עולם המציאות שלנו הוא עולם “דיגיטלי” – שבור לחלקים ואינו רציף כפי שנדמה לנו. מכניקת הקוואנטים טוענת שיש גבול תיאורטי תחתון למרחב, לזמן ולאנרגיה ביקום. אפשר לחלק אותם לחלקים קטנים יותר ויותר, אבל בסופו של דבר ניתקע בגבול שמעבר לו אי אפשר לחלק אותם יותר. בדיוק כמו עם המחשבים של היום, הפועלים על יחידות בינאריות שלא ניתנות לחלוקה – כך גם המציאות עצמה.

המציאות “שבורה” לחלקים קטנים – קוואנטים שלא ניתנים לחלוקה נוספת. יחידת האנרגיה (או “הפעולה”) הקטנה ביותר שניתן לבצע, נקראת קבוע פלאנק – 10 בחזקת מינוס 34 ואט. זו היחידה הבסיסית של מכניקת הקוואנטים, ומתוכה ניתן לגזור יחידות נוספות בעלות גבולות תחתונים ועליונים: יחידת המרחב הקטנה ביותר היא 10 בחזקת מינוס 33 ס”מ; יחידת הזמן הקצרה ביותר היא 10 בחזקת מינוס 43 שנייה; וכך ניתן להמשיך הלאה לשאר יחידות המידה הפיזיקליות.

המציאות עצמה היא “דיגיטלית” במובן זה שהיא עשויה מחלקים קטנים ביותר. האם ניתן לתכנת את המציאות הזו, כפי שמתכנתים מחשב? כנראה שכן. אומנם הטכנולוגיה המודרנית לא יכולה לתמרן את הגדלים המזעריים שקבע פלאנק, אבל כיום קיימת שיטה אחרת לתפעול וליצירה של אלמנטים מזעריים בסדר גודל של מיליארדית המטר – ננוטכנולוגיה.

המיקרואלקטרוניקה המודרנית, למשל, עוסקת בתפעול של אלקטרונים בשבבי מחשב בסדר גודל של מיליונית המטר (מיקרומטר). בשיטה זו מזיזים קבוצות של אלקטרונים וגורמים להם להפעיל מחשב או כל מכשיר אלקטרוני אחר. ההתפתחויות בתחום הזה הובילו למזעור מדהים של שבבי מחשב, אבל יש גבול עד כמה ניתן למזער אותם ועדיין לקבל שבב בעל ביצועים מהירים יותר. צריך למצוא דרך לתפעל את האלקטרונים בצורות אחרות.

אורביטרוניקה וספינטרוניקה הן בדיוק השיטות החדשות הללו. הן לא עוסקות רק בהזזת קבוצות אלקטרונים, אלא “מזיזות” גם את התנע הזוויתי ואת הספין של כל אלקטרון בודד במערכת. הספין של האלקטרון הוא כיוון השדה המגנטי העצמי שלו, והוא יכול לקבל רק שני כיוונים – צפון או דרום. הרי לנו עוד שיטה בינארית-דיגיטלית, שעושה שימוש באלקטרונים בודדים ולא רק בקבוצות שלמות שלהם.

תיאורטית, כל אלקטרון בודד יכול לשמר סיבית אחת של מידע, וכל החלפת כיוון – מצפון לדרום ולהפך – מהווה פעולה לוגית (כמו השינוי אפס/אחד במעגלים אלקטרוניים של ימינו). השימוש בספין, במטען חשמלי, בקיטוב של פוטונים ועוד – כל אלו מאפשרים ליצור מחשב קוואנטי באמצעות קיוביט (המקבילה הקוואנטית של “ביט”).

דרגות החופש הנוספות הללו פותחות פתח לאפשרויות שלא היו קיימות לפני כן. הירידה מרמת המיקרו לרמת הננו איפשרה לחוקרים ולפיזיקאים לפתח שיטות חדשות למזעור טלפונים סלולריים, ליצור רכיבי זיכרון חדשים למחשב ועוד. ננו-אלקטרוניקה, ננו-ביולוגיה, ננו-רפואה ועוד סוגים רבים של ננו-מדע הם חזית ההתפתחויות הנוכחיות במדע ובטכנולוגיה.

שמעון פרס קרא לננוטכנולוגיה “הטכנולוגיה של העתיד”, והוא צדק בהרבה מובנים. כבר היום ניתן לחבר אטומים בודדים וליצור מהם מכונות קטנות שיכולות לפזר תרופות בגוף האדם, במיקום מדויק. ניתן להכניס שתלים ישירות לגוף האדם, לייצר בדים שמנקים את עצמם, לטהר מים וחומרים אחרים – וזו רק ההתחלה. התחזיות מדברות על דברים גדולים הרבה יותר, עד כדי אפשרות לתכנת מולקולות בכל חומר קיים; ליצור מזון, מים וביגוד על ידי ננו-אסמבלרים ועוד. תכנות המציאות במרחק נגיעה. כנראה שהמציאות הרבה יותר דיגיטלית ממה שחשבנו.

כמובן שלננוטכנולוגיה יכולים להיות שימושים פחות נעימים, כמו יצירת צבא של ננו-בוטים שיתקוף מיליוני בני אדם מבלי שמישהו ירגיש בנוכחותם. תרחיש פרנויה נוסף הוא יצירת ננו-בוטים שמסוגלים לאכול, לאכל ולעכל כל חומר, ולהתרבות בשל כך – עד כדי שלא יישאר כלום על פני האדמה (תרחיש הדייסה האפורה, Grey Goo, בחזקת “קם הגולם על יוצרו”).

יש לזכור שכרגע אין הרבה שימוש מעשי לננוטכנולוגיה בהיקפים מסחריים, ורוב ההתפתחויות וההכרזות מגיעות ממעבדות. אומנם כבר יש שימושים ננוטכנולוגיים מעטים פה ושם, אך התחום עדיין בחיתוליו.

Introduction to nano-science

ננו-בוטים כבר בתחילת העשור הבא

ננוטכנולוגיה באתר הידען

3 תגובות


כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *