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Text8纳米技术如何工作翻译by杨玲老师修订by我HowNanotechnologyWorksThere'sanunprecedentedmultidisciplinaryconvergenceofscientistsdedicatedtothestudyofaworldsosmall,wecan'tseeit--evenwithalightmicroscope.Thatworldisthefieldofnanotechnology,therealmofatomsandnanostructures.Nanotechnologyissonew,nooneisreallysurewhatwillcomeofit.Evenso,predictionsrangefromtheabilitytoreproducethingslikediamondsandfoodtotheworldbeingdevouredbyself-replicatingnanorobots.有很多致力于研究小到我们无法看见的世界的科学家。他们从事不同学科，但是他们史无前例地会聚在一起，他们研究的世界小得连借助精致的显微镜都看不见。那个世界就是纳米技术的世界，一个由原子和纳米结构组成的领域。纳米技术是如此新以至于没人能够确定它会给我们带来什么。即便如此，各种预言却都有，比如说复制钻石和食物，又比如说世界会被自我复制的纳米机器人毁灭。Inordertounderstandtheunusualworldofnanotechnology,weneedtogetanideaoftheunitsofmeasureinvolved.Acentimeterisone-hundredthofameter,amillimeterisone-thousandthofameter,andamicrometerisone-millionthofameter,butallofthesearestillhugecomparedtothenanoscale.Ananometer(nm)isone-billionthofameter,smallerthanthewavelengthofvisiblelightandahundred-thousandththewidthofahumanhair为了了解纳米技术不同寻常的世界，我们需要了解所涉及的测量单位，一厘米是一米的百分之一，一毫米是一米的千分之一，一微米是百万分之一米，但是和纳米级相比，这些都还是巨大的数字。一纳米是十亿分之一米，比可见光的波长还要小，还不到人类一根头发宽度的十万分之一。Assmallasananometeris,it'sstilllargecomparedtotheatomicscale.Anatomhasadiameterofabout0.1nm.Anatom'snucleusismuchsmaller--about0.00001nm.Atomsarethebuildingblocksforallmatterinouruniverse.Youandeverythingaroundyouaremadeofatoms.Naturehasperfectedthescienceofmanufacturingmattermolecularly.Forinstance,ourbodiesareassembledinaspecificmannerfrommillionsoflivingcells.Cellsarenature'snanomachines.Attheatomicscale,elementsareattheirmostbasiclevel.Onthenanoscale,wecanpotentiallyputtheseatomstogethertomakealmostanything.尽管纳米很小，但是和原子水平比起来依然很大。原子的直径大约是0.1纳米。原子的核更是小得多——大约0.00001纳米。原子是宇宙所有物质的基石。你和你身边的一切都是由原子组成的。自然界从分子水平上完善了制造物质的科学。比如，我们的身体是从千百万个活细胞以特定的方式聚集在一起的。细胞是自然界的纳米机器。在原子的层级，各种元素都处在最基本的水平。在纳米层面，我们可以把这些原子放在一起做成几乎任何一种物质。InalecturecalledSmallWonders:TheWorldofNanoscience,NobelPrizewinnerDr.HorstStoermersaidthatthenanoscaleismoreinterestingthantheatomicscalebecausethenanoscaleisthefirstpointwherewecanassemblesomething--it'snotuntilwestartputtingatomstogetherthatwecanmakeanythinguseful.在一次名为“小小的奇观：纳米科学的世界”的讲座中，诺贝尔奖得主HorstStormer博士说纳米级别比原子级别更有趣，因为纳米级是我们可以把东西放在一起的最初的起始点——直到我们开始把原子放在一起，这个东西才变得有价值。Nanotechnologyisrapidlybecominganinterdisciplinaryfield.Biologists,chemists,physicistsandengineersareallinvolvedinthestudyofsubstancesatthenanoscale.Dr.Stoermerhopesthatthedifferentdisciplinesdevelopacommonlanguageandcommunicatewithoneanother.Onlythen,hesays,canweeffectivelyteachnanosciencesinceyoucan'tunderstandtheworldofnanotechnologywithoutasolidbackgroundinmultiplesciences.纳米技术正在迅速变成一个跨学科的领域。生物学家、化学家、物理学家和工程师们都要参与纳米层面物质的研究。Stormer博士希望不同学科可以发展出相同的语言，可以彼此交流。他说，只有那时我们才能有效地教授纳米科学，因为如果没有多学科科学的扎实背景，你无法理解纳米技术的世界。Oneoftheexcitingandchallengingaspectsofthenanoscaleistherolethatquantummechanicsplaysinit.Therulesofquantummechanicsareverydifferentfromclassicalphysics,whichmeansthatthebehaviorofsubstancesatthenanoscalecansometimescontradictcommonsensebybehavingerratically.Youcan'twalkuptoawallandimmediatelyteleporttotheothersideofit,butatthenanoscaleanelectroncan--it'scalledelectrontunneling.Substancesthatareinsulators,meaningtheycan'tcarryanelectriccharge,inbulkformmightbecomesemiconductorswhenreducedtothenanoscale.Meltingpointscanchangeduetoanincreaseinsurfacearea.Muchofnanosciencerequiresthatyouforgetwhatyouknowandstartlearningalloveragain.纳米尺度最令人激动和最具挑战性的方面之一就是量子力学在其中起的作用。量子力学的规则非常不同于经典物理学。这意味着在纳米层面，物质的有时表现的不稳定，而产生与常识相违背的现象。你不能走向一面墙，马上又穿墙而过到达墙的另一边，但是在纳米水平电子就可以——这被称为电子隧道效应。绝缘体物质，其含义是不能携带电荷，但是当降低到纳米水平时，如果大批存在也许会变成半导体。因为表面面积的增加物体的熔点也会变化。所以大部分纳米材料要求你忘记你所了解的知识，开始重新学习。Sowhatdoesthisallmean?Rightnow,itmeansthatscientistsareexperimentingwithsubstancesatthenanoscaletolearnabouttheirpropertiesandhowwemightbeabletotakeadvantageoftheminvariousapplications.Engineersaretryingtousenano-sizewirestocreatesmaller,morepowerfulmicroprocessors.Doctorsaresearchingforwaystousenanoparticlesinmedicalapplications.Still,we'vegotalongwaytogobeforenanotechnologydominatesthetechnologyandmedicalmarkets.这一切意味着什么？现在，这意味着科学家们正在用纳米水平的物质试验，以了解它们的性质，以及在不同的应用领域我们如何能利用好它们。工程师们正在尝试用纳米大小的金属线来创造更小、更强大的微处理机，医生们正在寻找在医疗应用领域使用纳米颗粒的方式。但是，在纳米技术统治技术和医疗市场之前还有很长的路要走。IntheworldofStarTrek,machinescalledreplicatorscanproducepracticallyanyphysicalobject,fromweaponstoasteamingcupofEarlGreytea.Longconsideredtobeexclusivelytheproductofsciencefiction,todaysomepeoplebelievereplicatorsareaveryrealpossibility.Theycallitmolecularmanufacturing,andifiteverdoesbecomeareality,itcoulddrasticallychangetheworld.在《星际迷航》的世界里，被称为复制者的机器可以生产几乎任何物体，从武器到一杯冒着热气的格雷伯爵茶。长久以来复制者被认为是科幻小说专属的产品，可是现在有些人相信这些机器是非常真实的并且有可能存在的。人们把它称为分子制造者，如果这些机器真的变为现实，它们将极大地改变世界。Atomsandmoleculessticktogetherbecausetheyhavecomplementaryshapesthatlocktogether,orchargesthatattract.Justlikewithmagnets,apositivelychargedatomwillsticktoanegativelychargedatom.Asmillionsoftheseatomsarepiecedtogetherbynanomachines,aspecificproductwillbegintotakeshape.Thegoalofmolecularmanufacturingistomanipulateatomsindividuallyandplacetheminapatterntoproduceadesiredstructure.原子和分子粘在