Короче говоря, ученые отказываются делать предсказания относительно будущего научного знания, и редко обсуждают будущие технические достижения. Инженеры всё же прогнозируют будущие разработки, но редко обсуждают всё, что не основано на существующих возможностях. Однако здесь есть решающий промежуток: что из инженерных разработок прочно основано на существующей науке, но ожидает будущих возможностей? Эта брешь оставляет плодородную область для изучения.
Представьте себе линию развития, которое включает использование существующих инструментов для создания новых инструментов, затем использование тех инструментов для создания новых аппаратные средства (возможно, включая ещё иное поколение инструментов). Каждый набор инструментов может опираться на установленные принципы, однако вся последовательность развития может занять много лет, поскольку каждый шаг приносит множество специфических проблем, которые надо решать. Ученые, планирующие свой следующий эксперимент, и инженеры, разрабатывающие своё следующее устройство, вполне могут игнорировать всё кроме первого шага. Однако, конечный результат может быть предсказуем, находясь в пределах возможного, доказанного авторитетной наукой.
Недавняя история иллюстрирует эту модель. Не многие инженеры рассмотрели построение космических станций перед тем как ракеты вышли на орбиту, но принципы были достаточно ясны, и разработка космических систем сейчас – процветающая область. Точно так же немного математиков и инженеров изучали возможности вычислений до того как были построены компьютеры, хотя многие это делали после этого. Поэтому не так удивительно, что немногие учёные и инженеры уже исследовали будущее нанотехнологии, как бы важно это не могло быть.
Усилия по проектированию технических разработок имеют длинную историю, и примеры прошлого иллюстрируют сегодняшние возможности. Например, как Леонардо да Винчи удалось правильно предвидеть такое большое количество вещей, и почему он иногда ошибался?
Леонардо жил пять столетий назад, во времена открытия Нового Света. Он делал прогнозы в форме рисунков и изобретений; каждая конструкция может рассматриваться как проект, такой, что что-то очень похожее на него могло бы быть сделано и работать. Он преуспел как инженер-механик: он разработал работающие устройства (некоторые из них не были построены ещё в течение веков) для землеройных работ, обработки металла, передачи энергии и других целей. Он потерпел неудачу как разработчик летательного аппарата: сейчас мы знаем, что его летающая машина никогда не могла бы работать, если была бы сделана как описано.
Его успехи в разработке машин легки для понимания. Если части могут быть сделаны достаточно точно, из достаточно твердых, достаточно прочных материалов, то конструкция медленно движущихся машин с рычагами, шкивами и крутящимися подшипниками становится вопросом геометрии и рычага. Леонардо понимал их весьма хорошо. Некоторые из его «предсказаний» были на далёкую перспективу, но только потому что прошло много лет прежде, чем люди научились делать части, достаточно точные, достаточно твёрдые, и достаточно прочные, чтобы строить (например) хорошие шариковые подшипники, их начали использовать приблизительно через три сотни лет после того, как Леонардо их предложил. Точно так же механизмы с лучшими, циклоидальными зубцами не были сделаны почти два столетия после того как Леонардо их нарисовал, а одна из его конструкций цепного двигателя не был построен ещё почти три столетия.
Также легко понять его неудачи с самолетом. Так как в век Леонардо не было науки аэродинамики, он не мог ни вычислять силы, воздействующие на крылья, ни знать требования к тяге и управлению самолетом.
Могут ли люди в наше время надеяться делать прогнозы о молекулярных машинах, столь же точные, как те, что Леонардо да Винчи делал о металлических машинах? Можем ли мы избежать ошибок, подобных тем, которые были в его планах летающей машины? Пример Леонардо наводит на мысль, чтобы мы можем. Я могу напомнить, что Леонардо сам вероятно не имел уверенности в своём летательном аппарате, и что его ошибки тем не менее содержали крупицу истины. Он был прав в том, что летательные машины некоторого рода возможны – и действительно, мы могли бы быть в этом уверены, потому что они уже существовали. Птицы, летучие мыши и пчёлы доказывали возможность полёта. Более того, хотя не существовало работающих примеров его шариковых подшипников, механизмов и цепных двигателей, он мог иметь уверенность в их принципах. Талантливые умы уже построили широкий фундамент знания о геометрии и законах рычага. Требуемая прочность и точность частей может заставить его сомневаться, но не их взаимоотношение функции и движения. Леонардо мог предложить машины, требующие лучшие части, чем какие-либо из известных, и тем не менее иметь определённую степень уверенности в своих проектах.
Предложенные молекулярные технологии аналогично опираются на широкую базу знания, не только геометрии и рычагов, но и химических связей, статистической механики, а также физики в целом. На этот раз, тем не менее, проблемы материальных свойств и точность производства не возникают каким-либо отдельным образом. Свойства атомов и связей – материальные свойства, а атомы мы берём уже готовыми и идеально стандартными. Таким образом, по-видимому, сейчас мы лучше подготовлены для предвидения, чем люди были во времена Леонардо: мы знаем больше о молекулах и контролируемых связях, чем они знали о стали и прецизионных машинах. Вдобавок, мы можем указать на наномашины, которые уже существуют в клетках, как Леонардо мог указать на машины (птицы), уже летающие в небесах.
Прогнозировать, как может быть построено второе поколение наномашин на основе белковых машин, конечно, легче, чем было делать прогноз, каким образом будут построены точные стальные машины, имея грубые машины времён Леонардо. Научиться использовать грубые машины, чтобы делать более точные машины, необходимым образом требовало время и методы достижения этого были далеки от очевидного. Молекулярные машины, напротив, будут построены из идентичных уже готовых атомных частей, которые нужно только собрать. Создание точных машин с помощью грубых машин должно было быть труднее представить, чем молекулярную сборку сейчас. И кроме того, мы знаем, что молекулярная сборка происходит всё время в природе. Снова, у нас есть более прочное основание для уверенности, чем было у Леонардо.
Во времена Леонардо люди имели скудное знание электричества и магнетизма, и не знали ничего о молекулах и квантовой механике. Соответственно, электрический свет, радио и компьютеры поставили бы их в тупик. Сегодня, однако, основные законы наиболее важные для конструирования, те, которые описывают обычную материю, похоже, уже неплохо понимают. Также как с выжившими теориями гравитации, научный механизм опровержения заставил выжившие теории материи сойтись между собой в близком согласии.
Такое знание появилось недавно. До этого века люди не понимали, почему твёрдые предметы были тверды или почему Солнце светило. Ученые не понимали законы, которые управляли материей в обычном мире молекул, людей, планет и звезд. Вот почему наш век породил транзисторы и водородные бомбы, и почему уже вырисовывается молекулярная технология. Это знание приносит новые надежды и опасности, но по крайней мере оно даёт нам средства заглянуть вперёд и подготовиться.
Когда основные законы технологии известны, будущие возможности могут быть предсказаны (хотя и с пробелами, иначе Леонардо предсказал бы механические компьютеры). Даже, когда основные законы плохо известны, как это было с принципами аэродинамики во времена Леонардо, природа может показывать возможности. Наконец, когда и наука, и природа указывают на возможность, эти уроки подсказывают, чтобы мы это принимали во внимание и планировали соответственно.