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纳米技术是建立在原子层面上的技术，是用一个个原子制造机器的技术。纳米（nano），是指10亿分之一米，长度相当于5个碳原子的直径之和。纳米技术的可行性已经得到了证实：地球上的生命体便能说明这一点。存在于人体细胞中的核糖体如同小型机器，负责有机体的建造，比如建造人类身体时，核糖体根据DNA中的电子密码模板，一次制造一个氨基酸分子。地球上的生命已经掌握了纳米技术的终极目标，即自我复制。
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但如上所述，地球上的生命体中特殊分子的建造材料已被选定，所以其建造过程也受到限制。人类创造的计算技术最终会超越自然计算（电子回路已经比人类神经回路快了上百万倍）。同样，21世纪的物理技术也终将超越自然界以氨基酸为基础的纳米技术。
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用原子制造机器的概念于1959年首次出现，美国物理学家理查德·费曼在加州理工学院一次题为“底部存在无限可能”（There’s Plenty of Room at the Bottom）的演讲中提出了这一想法，他也是首位提出“量子计算”概念的科学家。420年之后，美国纳米工程师埃里克·德雷克斯勒（Eric Drexler）在其著作《创造的发动机》（Engines of Creation）5中进一步深化了原子建造机器的想法。正是他的这本著作引发了20世纪90年代的人体冷冻运动，当时的人们企图将自己的大脑（连同身体或不带身体）冷冻起来，希望未来的分子技术能攻克他们的不治之症，并且大脑不会因冷冻和解冻受损。当然，未来一代是否有兴趣把这些大脑全部解冻又是另外一个问题了。
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《创造的发动机》一书出版后，德雷克斯勒的观点遭到了人们的质疑，虽然当时马文·明斯基已同意担任其博士导师，但他在麻省理工学院根本找不到委员会负责他的博士论文答辩。德雷克斯勒的博士论文最终在1992年成书出版，名为《纳米系统：分子机器、制造与计算》（Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation），书中就其观点列出了强有力的证据，包括详细分析和具体设计方案。6一年后，首届纳米技术研讨会举行，参会的仅有几十人。到第五届时（1997年12月），参会科学家达到350位，他们个个对自己的专业研究项目信心满满。据工业智库Nanothinc当时的估算，仅在1997年，微型机器、微细加工技术、纳米刻蚀、纳米级显微镜等纳米技术领域已产生了年均50亿美元的利润，并且这个数值还在逐年翻番增长。7
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纳米管时代
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微型机器的主要建造材料便是纳米管。虽然纳米管建立在微小的原子层面上，但其中碳原子的六边形结构非常牢固稳定。因发现足球烯获诺贝尔化学奖的美国化学家理查德·斯莫利说道：“有了纳米管，你可以随心所欲，它们绝对不会让你失望。”纳米管制造的汽车重量不过50磅[1]，却比钢铁材质的汽车坚固百倍。用纳米管建造的宇宙飞船可与美国航天飞机相媲美，重量却比一辆普通轿车还要轻。
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与建造人体的脆弱氨基酸相比，纳米管还耐受高温。此外，纳米管的可塑性也很强，可以制成各种形状：线状、柱状、轮状，不一而足。由于纳米管的成分为碳原子，而自然界中碳资源丰富，所以也不用担心纳米管会供应不足。
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我之前还说到纳米管可以用来做高效运算，所以21世纪的新型结构技术和计算技术极有可能都由纳米管制造而成。事实上，纳米管既可以用来建造实体结构，也可用作计算，所以未来纳米机器的大脑将分布在机器的各个部位。
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纳米技术运用的典型案例虽未得到普及，但我们从中可以看到在原子层面进行工程建造的可行性。IBM公司就曾以单个原子为像素设计了公司商标。8全球最大的半导体公司之一得州仪器1996年制造了一台带有50万面可移动反光镜的设备，仅有芯片大小，应用于小型高分辨投影仪中，1997年，该公司的纳米反射镜销售额高达一亿美元。
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加州大学洛杉矶分校的何志明（Chih-Ming Ho）博士正在设计一种飞行器，其表面覆盖有微型翅翼，充当普通飞机翅翼控制气流的角色。施乐帕洛阿尔托研究中心的安德鲁·伯林（Andrew Berlin）正致力于研究在打印机中利用微型空气阀准确移动纸张。
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康奈尔大学研究生、摇滚音乐家达斯廷·卡尔（Dustin Carr）制造了一把外形逼真的微型吉他，上面的琴弦直径仅有50微米。这把吉他可以正常演奏，但是人的手对于它来说太大了。此外，这把吉他琴弦每秒振动频率为1 000万赫兹，远远超出了人类可听到的声音频率20 000赫兹。9
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自我复制的最高圣杯：微型手指和微型智力
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微型手指象征着纳米技术领域的最高圣杯。有了微型手指和精细运算，纳米机器就能建立自己的小人国，并拥有缩小版的人类世界，包括环境复制的智慧和能力。因此，这些纳米机器也能自我复制，实现其专业领域的目标。
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自我复制之所以如此重要，是因为一次建造一台微型机器成本极高，为了提高效率，我们必须生产上亿台纳米机器，而要低成本地实现此复制，唯有通过组合爆炸的方法，即机器的自我复制方可实现。
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德雷克斯勒、默克勒（信息加密的主要方法——公共密钥加密的共同发明者）和其他研究学者已确切描述出如何建造能自我复制的纳米机器人。有趣的是，我们要给纳米机器人配备灵活的双臂和双手，让它可以制造自己的复制品。我们还需要给它自由活动的能力，让它自行寻找原材料；需要给它一些智慧，让它能解决制造过程中的小问题，毕竟复制一个与自身一样复杂的机器人是有难度的。最重要的一点，就是让纳米机器人知道什么时候终止复制。
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在现实世界中变形
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在原子层面上建立起的自我复制机器可以改变我们生活的世界。他们能制造成本低廉的太阳能电池替代麻烦重重的化石燃料。由于太阳能电池需要大面积接触阳光、收集能量，我们可以把它们送上太空轨道，让它们将能量传递回地球。
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纳米机器人进入人体血液后能强化原有的免疫系统，找到并摧毁病原体、癌细胞、动脉斑块和其他致病因子。从引发人体冷冻运动的想法来看，患病器官可以被重建。我们可以从分子层面部分或全部重建人体器官和系统。上一章节中我谈过有关人类神经运算功能的反向工程与模拟，同样，我们也可以反向建造并复制任何人类细胞的物理和化学作用机制。在此过程中，我们的分子建造材料在稳定性、强度、可承受温度等性质和能力方面将大大提升。
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之后，通过重新设计并使用更多样、更稳定的材料建造细胞，人体内便能长出结构更结实、功能更强大的器官。日久之后，我们会发现一些对身体的重新设计在不同方面都发挥了作用。比如，如果人体内细胞不再受传统病原体的影响，那相应的免疫系统就失去了存在的意义。但是随着新型纳米病原体的出现，我们会需要其他纳米工程的免疫保护。
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食品、衣物、钻戒和建筑都可按分子组装制造。我们可以随时随地创造出我们需要的任何商品，事实上，世界也在不断重组自己以满足我们日益变化的需求、愿望和梦想。但到了21世纪末，纳米技术能在几秒内实现物体外观和其他特性的改变，如家具、建筑、衣物，甚至还有人类——它们或有可能完全变成另外一种物体。
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这些技术都会慢慢出现、兴起（本书第三部分中我会尝试描画出纳米技术在21世纪每隔10年的进展变化）。在纳米技术的道路上，我们走下去的动机很明确。如果能选择，人们必然希望自己的骨骼坚实、肌肤细腻、生命系统坚不可摧。通过在心灵层面进行神经植入、在生理方面进行纳米加固，我们确能改善生命，因此，这项技术将越发普及和受欢迎。这将会是又一次滑坡谬误——显然没有什么能阻止这项进程，直至最终纳米材料大规模取代原有的大脑与身体。
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未来明显存在的危险
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如果纳米技术不能自我复制，那么它就不实用，可行性也不强。问题就出在这儿。如果软件中一个无心的失误导致自我复制无法终止，会发生什么？复制出的纳米机器人会远远超出我们的需求，而且它们会吞噬所有东西。
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电影《变形怪体》（The Blob，有两个版本）叙述的便是纳米技术失控的场景。电影中的反派是一个能自我复制的智能体，以有机体为食物，十分贪婪。还记得我们讨论过纳米技术建立在以碳为基础的纳米管之上，所以变形怪物要从吃下的有机体中汲取碳分子，进行自我建造。不同于动物身上癌细胞扩散的速度，纳米机器的数量呈指数级增长，它们会吞噬任何以碳为基础的东西。要想追踪邪恶的纳米智能体就像大海捞针，根本无迹可寻。也有人提出了纳米级免疫技术：用优质的微型抗体机器追踪邪恶微型机器。当然，前提是这些纳米抗体的扩散速度与纳米机器人一样快。我们难以想象亿万个纳米机器人同时与抗体对抗时会产生何种毁灭性的结果。
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既然已经提到了这种怪物，就让我细细谈一下它们的危害吧，但所谈危害不一定有说服力。我认为，在建造自我复制的纳米机器人之初就应扼杀其数量无限膨胀的可能性。作为一个软件开发者，我自己都对产品（包括我的竞争对手的产品）时不时地崩溃（但这种情况很少，产品崩溃通常是由操作系统的问题造成的）束手无策，所以深知要做到完全杜绝很难。软件开发中有一个概念叫“关键任务”应用程序，有许多应用程序是人们赖以控制某项进程的。这些典型的关键任务系统有医院里的生命维持系统、自动化手术设备、自动化飞行降落系统，还有其他许多以软件为基础的系统都影响着个人生活或机构运营的方方面面，我们在编写这些程序时可以大幅提高其可靠性。但是，当今复杂技术的运用有时也会对人类安全造成威胁。一家原子能工厂的爆炸会释放出致命化学元素钚，如果这种化学元素在人口稠密地区扩散的话，后果不堪设想。切尔诺贝利核电站的核反应堆核心熔毁，导致核辐射泄漏，但这类事故在几十年来的上百家核电工厂运营的情况下仅发生过两次，而且这两次事故原因都与俄罗斯车里雅宾斯克地区的核反应堆出故障有关。10全球有上万种核武器，我们从来没听说过哪个武器出故障爆炸的消息。
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