[There's Plenty of Room at the Bottom.]
學微機電的一定聽過的一句話。
已經讀到數篇paper引用這句摘自理查．費曼 (Richard P. Feynman)經典演講的話語了，
不過我管底下還有多少空間.....
I only hope that there can be plenty of room in my head！
以下演講內容轉自 http://tainano.com/chin/plenty%20room.htm
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．底下的空間還大的很 (There's Plenty of Room at the Bottom)
理查．費曼 (Richard P. Feynman) 經典之談
於1959年在加州理工學院美國物理學會年會的演講
由台納諾科技Dr. Sinclair T. Wang, 王振祥博士翻譯
我想實驗物理學家一定常常會以羨慕的眼光看著像Kamerlingh Onnes這樣的一個人，因為他發現了低溫的研究領域，而此領域似乎是無底限的，可以讓人繼續不斷地往下鑽研。因此，他就成為該領域的領袖，而且於那段時間內，可以在那領域的科學探險中獨領風騷。當Percy Bridgeman 在設計一個方法要來獲得更高壓力時，打開了一個新領域的大門，不僅他自己能進入這個新領域，而且他也一路帶領著我們。 在研發越來越高的真空上，也是屬於同一性質的一種持續的發展。
我現在想描述一個領域，雖然其中目前達成的不多，但是理論上卻有鉅量的東西可以做。 這個領域和其他的領域大異其趣，它不會替我們解答基本物理的問題，（例如 “ 奇異粒子，strange particles是什麼？”） 它比較像是固態物理學，也就是說它會極有興趣地告訴我們在複雜狀況下所發生的一些奇怪現象。 而且最重要的是，它將會有一個驚人數目的科技應用。
我現在要談的就是有關在一個小尺度下來操運和控制東西的問題。
每當我一提到這樁事時，馬上就會有人告訴我有關微小化技術以及此科技最近的神速的進展。 他們對我提到了如小指指甲大小的電動馬達。 他們也告訴我市面上已經有一種設備，可以用來在大頭針的針頭上寫下主禱文。 但那不算什麼。 在我要討論的方向上，這些僅是最落後而且是最礙事的一步。 在這此技術底下還有一個極度小的世界。 到公元2000年，當人們回顧這個世代，他們會不知道為什麼到1960年，還沒人認真地開始朝這個方向走。
我們為什麼不能把全套 24 冊的大英百科全書全寫在大頭針的針頭上？
首先讓我們想這會牽扯到什麼問題。 大頭針頭直徑是1/16英吋。 如果將其直徑放大25,000倍，針頭的面積就等於全套大英百科全書紙張的面積。因此，只要我們可以將大英百科全書上的文字縮小25,000倍就行。這樣有可能嗎？ 我們眼睛的解像能力大約是1/120英吋，這大約和大英百科全書細網版的再製版上一個小點的直徑一樣大。如把這個點再縮25,000倍，其直徑還有80 Å，等於32個一般的金屬原子。換句話說，一個這種點的面積上還可以容納1000個原子。 所以，就如光雕刻法(photoengraving)所要求的，每一個點都還可以很容易地調節大小，因此在大頭針針頭上有足夠的空間來刻上全套大英百科全書是毫無疑問的。
而且，如果是可以這樣寫的話, 就一定會有方法可以讀。 讓我們假設所寫成的是突起的金屬字，也就是說，在大英百科全書之中黑色的部份都縮為1/25,000後，用突起的金屬字寫下來的。 那麼這樣要怎麼讀呢？
如果有東西是這樣寫下來，我們是可以利用當今常用的技術把它讀出來的。 （當真有東西這樣寫下時，一定有人會想出更好的方法；但是保守起見，我只使用當今已知的技術）。 我們可以(1) 把這些金屬字壓進塑膠材料中，將之做成一個模子，（2）然後把這個塑膠模子很小心地撕下來，（3）蒸發一層很薄的矽膜到模子上，（4）接著以某種角度蒸發黃金到矽膜上，使文字能夠清楚地呈現，（5）最後把塑膠膜溶掉，留下矽膜，（6）然後我們就可以用電子顯微鏡來閱讀了！
因此，將文字縮為1/25,000，以突起的金屬字寫在大頭針頭上，並且能夠讀取它，以今天的科技來講是毫無問題的。另外，我們也會發現製造其拷貝是非常地容易；只要把金屬字板再壓進塑膠材料中，我們就可獲得另外一個拷貝了。
如何寫小字
下一個問題就是：怎麼寫？ 我們現在還沒有標準的技術來做這件事。 但是請讓我說明，這並非如乍看之下一樣的困難。 我們可以把電子顯微鏡用來做放大功能的鏡頭反置過來，將之用來縮小。 當一個離子源射出的離子，通過這種倒置的放大鏡頭，就可以聚焦成一個非常小的點。 我們就可以像我們在示波器的陰極射線管螢光幕上寫東西時一樣把那個點寫上：一條一條線地掃描，並且在掃描的時候，調整要寫下去的離子的數量。
但 是由於電荷密度上的限制，使用這個方法來寫可能很慢，然而未來會有更快的方法的，也許例如利用某些光學過程，我們可以先做出有文字形狀洞孔的屏幕，然後我 們在屏幕後發射金屬離子穿過屏幕上的孔洞，再用上述那套鏡頭系統，把這文字以離子的形狀縮小成像，蒸發沉積在大頭針頭上。
另外比較簡單的方法可能如下（雖然我還不確定是否可行）：我們可以把光學顯微鏡倒過來，將光線透過鏡頭聚焦在一個很小的光電螢光幕上。 光線照到螢光幕的地方就會有電子跳出，這些電子通過倒置的電子顯微鏡鏡頭來聚焦縮小，接著就直接撞擊在金屬表面（也就是大頭針的針頭）。 如果這個電子束撞擊得夠久，是否能夠在金屬表面上留下刻痕？ 我還不知道。 如果不能直接刻在金屬表面上，我們應該也可以找到某種特殊材料來蓋覆在針頭的表面上，但是此物質受電子束撞擊的部位，一定要能夠留下我們事後可以用來辨認的變化才行。
同時在這些裝置上都沒有強度不足的問題。 一般在放大影像時都必須把一點點的電子分得很散地打在螢幕上，因此放大的時候常常會遇到強度上的問題。 現在的情況適巧相反，由於一整頁文字所發出的光，被聚焦在一個非常小的區域，因此其強度非常大。 而由光電螢幕所跳出來的少數電子又被聚焦到非常小的區域，因此其強度也是非常地強。 我真是不明白既然如此為什麼目前還沒有能夠人做到這件事！ 也就是大頭針針頭上的大英百科全書。
現在讓我們來想想世界上所有的書。 美國國會圖書館藏有大約九百萬冊的書；在大英博物館的圖書館裡藏有五百萬冊的書；法國國家圖書館也藏有五百萬冊的書。 當然其中會有重複的，因此讓我們假設全世界總共有2千4百萬冊重要性的書籍。
假使要把這些書籍全部以我們討論過的小尺寸印下來，會是怎麼樣的狀況呢？ 總共會要用掉多少空間呢？ 當然，這次總共會需要1百萬個針頭大的面積，因為原來我們只要印24冊，這回卻是要印上2千4百萬冊。 我們可以將這1百萬個針頭放成正方形，如果邊長是1千個針頭寬；那麼面積將約有3平方碼（針頭直徑1/16吋；面積≦（1000/16吋）2=15625/5184 Yd2）。 這也就是說，如果我們用背面有紙一般厚的塑膠矽膜來製出的拷貝，要能將這些資料全部寫上去所需要的面積，大約等於是35頁大英百科全書的面積。 這版面大概是一份星期六郵報1/4頁數的面積。 這相當於人類自有史以來記錄在書本上的資訊，現在可以記在一本小冊子裏，而且可以帶在手上到處走晃。 而且這還是將所有的相片、版畫及其它的所有資料，以其原來的清晰程度縮小而拷貝下來的，不是將資料間接用符號來寫下來的(編碼)。
如果我告訴我們加州理工學院，在一棟一棟的圖書館間穿梭的圖書館員說，在十年後，所有她努力保管的，從地板堆到天花板，塞滿圖書卡抽屜，以及塞滿舊書儲藏室的120,000冊書籍，可以全部寫在一張圖書卡上，不知道她會說些什麼。 假設說巴西大學的圖書館遭回祿之災，我們就可以立即寄一份我們圖書館中所有藏書的拷貝過去。 我們只要在我們的母模上壓印一份拷貝，而且郵寄時的信封絕對不會比一般航空郵件要大，重量也不會比較重。
今天我演講的題目是 〝在這底下的空間還大的很〞，而不只是 〝在這底下還有空間〞。 我已經於前面說明了你如何能用實際的方法把東西的尺寸縮得更小。 現在我要說明在那之下到底還有多少的空間。 我現在討論的不是其技術，而只是討論其於理論上的可行性。 也就是說依據物理的原理下所可能達到的。 我不是要發明反重力；如果物理的法則不是我們現在所想的模式，也許有一天反重力是可能的。 我只是要告訴你們，如果物理的法則是我們現在所想的模式，那麼在此模式下我們有可能做到什麼事；而我們現在只是因為還沒發現，所以才尚未進行。
小尺度的資訊
假設我們是用一點一橫（〝．─‥〞）的符號（也許還可以用其他類似的符號）來替代字母，而不是把照片和所有資料直接原封不動地拷貝下來。 每個字母會有六到七位元，也就是說要有六到七個〝．〞或〝─〞來替代一個字母。 現在我還要應用到材料的內部了，而不像先前只把所有東西寫在針頭的表面上。
我們如果用某種金屬的一小點代表 〝．〞，而用另一種金屬的一小點代表 〝─〞。 保守地假設儲存一個位元的資訊需要5×5×5個原子的小立方體表示，那麼就會需要有125個原子。 因為一個位元的資訊也許需要100個原子，再加上一些附加的原子以確保資料在擴散或其他過程中不會遺失。
我曾經估計過大英百科全書裡字母的數目；假設2千4百萬冊書籍都跟大英百科全書一樣的大小； 那麼全部總共大約需要1015個位元來表示。 每個位元如果我能用100個原子來表示，人類小心翼翼地累積下來的資料，竟然全部可以儲存在一個邊長1/200英吋的立方體裡，其大小約是我們肉眼勉強可看見的最小粒的灰塵。 所以我說這底下的空間還大的很！根本不用再跟我提什麼微縮膠卷了！
生物學家們早就知道大量資訊是可以儲存在微小空間裡的事實，而且在我們理解前面的一切理論之前，這個謎早已有解答了：在最小的一個生物細胞裡，像我們這樣複雜的生物資訊是如何儲存下來的呢。 眼睛是不是棕色的，到底會不會思考，在胚胎的時候下巴骨內部就應該先長出個小洞，以便在裡面能夠長出一條神經，這一切一切的資訊都儲存在長長的DNA分子鏈裡，而其卻只佔細胞的一小部份；在這裡面，細胞儲存每一位元的資訊大約是50個原子。
更好的電子顯微鏡
如果我們以符號來寫，用5×5×5個原子表示每一位元，有個問題：今天怎麼來讀它？小心而努力地用電子顯微鏡來看，解像力約為10 Å，因此不夠好。 當我談到這些小尺寸的東西，我想試著讓你們瞭解把電子顯微鏡改良100倍有多重要。 並不是不可能的，也沒有違背電子折射的法則。 在這樣一個電子顯微鏡中，電子的波長約為1/20 Å。 因此有可能看到一個原子。 清晰地看到個別的原子有什麼好處？
我們在其他領域有朋友，假定是生物學家。 我們物理學家常看著他們說 〝你知道為什麼你們沒有什麼進展嗎？〞（實際上，如今我不知道有什麼比生物學發展更快的領域。） 〝你們應該學我們，多用點數學。〞 他們原本可以如此回答，但是他們很禮貌，因此我替他們說： 〝要讓我們進展更快，你們應該去把電子顯微鏡改良100倍。〞
今天，生物學最核心最基本的問題是什麼？ 是像這樣：DNA中，鹽基的序列如何？ 如果有個突變會發生什麼？ DNA鹽基的序列和蛋白質中胺基酸的序列是怎樣關聯的？ RNA的結構如何；是單股或雙股，跟DNA鹽基的序列又是怎樣關聯的？ 微粒體的結構如何？蛋白質如何合成？ RNA跑到哪裏去？ 它如何固著？ 蛋白質固著在哪裏？ 胺基酸跑到哪兒裏面？ 在光合作用中，葉綠素在哪裏，如何排列，類胡蘿蔔素在其中有何關聯？ 是怎樣的系統把光轉換成化學能？
只要看得見，這些生物學的基本問題有許多都容易回答。 你會看到鏈上鹽基的序列；你會看到微粒體的結構。 不幸的是，現在的顯微鏡看得太粗糙了。 把它改良100倍，許多生物學的問題就容易多了。 我當然有點誇張，可是生物學家一定會感謝這個改進，而且比起他們應該用數學的批評，他們也會喜歡前者。
今日化學反應的理論建構在理論物理上。 物理提供化學的基礎。 但是化學裡還有分析。 如果你拿到一個奇怪的物質，想知道是什麼，就要經過漫長複雜的化學分析。 今天，幾乎可以分析出任何東西，所以我的主意出現得有點晚。 但是如果物理學家想做，他們也可以研究得比化學家更深一層。 分析任何複雜物質可以是非常簡單的；只要看它上面原子在那兒。 問題是電子顯微鏡差了100倍。 （稍後我想問：物理學家可以做到化學的第三個問題-也就是合成嗎？ 有個物理方法來合成任何化學物嗎？）
電子顯微鏡如此爛的原因是所有鏡頭的f值只有1/1000；你無法擁有夠大的數值孔徑(NA)； 我知道有理論證明軸向對稱之靜止的磁場鏡頭的f值不可能比某值大； 因此現在的解像力到達了理論上的極限。 但是任何理論中都有假設，為什麼要用軸向對稱的磁場？ 為什麼要用靜止的磁場？ 我們不能用脈衝的電子束和沿電子運動方向一路上增強的場？ 一定要用對稱的場嗎？ 我向外發出這個挑戰：沒辦法讓電子顯微鏡更強嗎？
美妙的生物系統
把資訊寫得非常的小在生物學上的例子讓我想起了一件可能的事。 生物學不僅寫下資訊，還做出這些資訊有關的事。 一個生物系統可以很小。 許多細胞體積都很小，卻非常活躍；它們製造許多物質；它們四處走；它們跑來跑去；它們做出許多美妙的事，所有動作與產品都非常微小。 它們還儲存資訊。 考慮一下這是否可能：我們也可以造出一個聽我們指揮的小小東西；我們也可以製造出一個東西在上述的微小尺度上按計劃行動！
製造極小物體甚至在經濟上也有有利之處。 讓我提醒各位一些電腦問題。 在電腦中必須存大量的資訊。 前面我所提的，以金屬寫下一切的方法是永久性的。 對電腦比較實用的是寫，擦掉再寫下其他東西的方法。 （通常，這是因為不想浪費剛寫上東西的材料。 但如果可以寫在極小的空間中，就沒有關係了；將資料讀出來以後就可以丟了。 這樣小量的材料不會貴。）
製造微型電腦
我不知道怎樣用實際的方法把這東西做的很小，但我知道電腦大得可以塞滿許多房間。 為何不能把它做得線很少，元件很少；並且做得很小。 我是說很小。 例如導線應該直徑在10或100原子寬，電路長寬應該只有幾千Å。 任何分析過電腦的邏輯理論的人都有這個結論：如果電腦因為元件尺寸縮小幾個數量級而能做得更複雜，則電腦可能做到的事會非常的有趣。 如果電腦的元件是現在的百萬倍，就能做判斷。 電腦會有時間計算出做下一個計算的最佳方法。 它們會根據經驗選擇比我們會告訴它們的方法更好的分析方法。 在許多其它方面，它們會有新的特質。
如果看到熟人的臉我會立刻發覺曾經見過（實際上，我的朋友會說我挑了個不好的例子。 至少我還認得那是人，不是蘋果）。 但是還沒有機器能以同樣的速度看到一張相片，認出那是個人的；更沒法認出是從前見過的同一個人，除非相片一模一樣。 面孔改變了，距離較近，距離較遠，還是光線變了，我都認得出來。 現在，我頭殼裏的電腦很容易就做得到。 我們造的電腦卻不行。 我頭殼裏的元件數量比我們美妙的電腦多得多。 電腦太大了；裏面的元件極微小。 我想來製造更小的。
如果想造個電腦，具有這些額外的優異特質，尺寸大概跟五角大廈一般。 這有許多缺點。 首先，需要太多的材料；世界上的鍺也許不夠製造這巨物裡的所有電晶體。 發熱和功率消耗也是問題；需要 10 9 次方伏安為單位計算的功率來維持電腦運作。 更實際的問題是，這電腦的速度有一限制。 由於尺寸很大將資料由一處傳到另一處需要一定的時間。 資料不可能傳得比光速快，因此，當電腦速度越快越精巧時，必須做得越來越小。
但還有空間做得更小。 在物理的法則中，我找不出限制我們縮小現今的電腦元件的理由。 事實上，縮小還有許多好處。
以蒸發法縮小製造
我們如何能製造這樣的裝置？ 要有何種製程？ 既然我們討論過以原子的排列來寫，我們可能就會考慮一種可能：蒸鍍材料，然後再蒸一層絕緣體上去。 然後下一層蒸上導線的另一部份，以及絕緣體，及其它。 因此，你只要一次一次地蒸，直到你有一塊東西內含所有元件-線圈、蓄電器、電晶體及其它-所有元件都極小。
為了好玩，我想討論其它可能的方法。 為何不像製造大的電腦一樣造這些小的電腦。 為何不在極小的程度鑽、切、銲，切出形狀，鑄出各種形狀。 多少次你在搞小東西（像你老婆的腕錶）時你曾對自己說：”如果能訓練螞蟻來做就好了？” 我想提議訓練螞蟻來訓練更小的蟲來做這事。 小而可動的機器能做些什麼？ 它們不一定很有用，但是製造它們一定很有趣。
考慮任一機器（例如汽車），提出製造超微版的相關問題。 假定在某汽車的設計中，零件必須有一定之精確度；假定是4/10,000英吋。若一圓柱或其它精度低於此，就不會運行順利。 如果要造的東西太小，就得考慮原子的尺寸；如果一個圓很小，就無法以所謂的 ”球”做出這個圓。 因此，如果原尺寸汽車的誤差為4/10,000英吋；當誤差縮小至10個原子大小時，就可以將汽車尺寸縮為1/4,000左右，大約是1mm長寬。非常明顯的是：如果重新設計汽車，使它能容忍較大的零件誤差（這並非全不可能），就能製造更小的裝置。
考慮這樣小的機器的問題十分有趣。 首先，在零件受到同樣壓力時，由於面積縮小，受力也隨之降低，因此像重量與慣量等因素的重要性就較低。 換句話說，材料的強度隨尺寸的縮小而增強。 例如，尺寸縮為幾倍，轉速就要增為幾倍，才能保持壓力與張力（離心力引起的）不變。
另一方面，金屬的結構是一粒一粒的（晶體），在尺寸極小時這就很惱人，因為材料不夠均勻。 像塑膠，玻璃等非結晶性的材料就均勻的多，因此得用這類材料來造就我們的小機器。
系統中的電機零件有點問題-銅導線和磁性零件有問題。 尺寸極小時的磁性質和大尺寸時不同。 牽涉到線圈的問題。 大號電磁鐵可以繞個上百萬圈線，小號的也許只能繞一圈。 電機零件不能只是尺縮小尺寸；必須重新設計。 但是我不覺得不能重新設計以能運作。
潤滑的問題
潤滑上有些有趣的問題，油的等效黏滯性隨尺寸的縮小而越大（設速度也等比例增加）。 如果速度不增加那麼多，並把油換成煤油或其它流體，情形就還不算糟。 實際上也許完全不必潤滑。 有許多其它外力介入。 讓軸承乾地轉吧。 溫度不會昇得太高，因為這樣小的機件，熱度散的非常快。
如此的快速散熱會使汽油無法燃燒，因此內燃機是不可能的。 其它能在涼溫(cold) 釋出能量的化學反應可以利用。 如此小的機器，由外部供應電能可能是最方便的。
這樣小的機器會有什麼用處？ 誰曉得。 超小型車輛只能讓超小的蟲開，而且連基督徒也不會那樣雞婆。 我曾提到在具備小車床和其它超小型機工具的工廠中製造電腦用的小元件。 小車床不必跟大車床完全一樣。 我讓各位的想像力來改進設計；請完全利用小尺寸時的各種特性，並使全自動最容易達成。
一位朋友（A.R.Hibbs）提出了非常有趣的用途。 他說（雖然這非常瘋狂）動手術時能把手術醫師吞下去會很有趣。 把機械手術醫師弄到血管裡，它跑到心臟裡四處看（資訊當然要送出來）。 它找出有問題的瓣膜，拿出一隻小刀割掉。 其它小機器也許能永久裝在身體內，以協助功能異常的器官。
現在談談這有趣的問題：我們怎樣造這樣小的機器？ 我留給各位解答。 但是讓我提出個古怪的建議。 在原子能廠裡有很多材料與機器變得有放射性，沒法直接處理。 它們有一組主從手臂來旋下螺帽，放上螺絲釘，及做其它事。 操作一具主手臂，從手臂會做一樣的動作；如此就可以把螺帽轉來轉去，並把東西處理得很好。
這樣的主從手臂構造都很簡單，有條像marionette(線控人偶)弦的纜線由主控連到從手臂。 使用的是伺服馬達，因此纜線是電纜，傳送電訊而非機械訊號。 你轉動操縱桿，操縱桿轉動伺服馬達，馬達使電線中的電流改變，這改變使電線另一端的馬達也改變位置。
現在，我想造出同樣的裝置－一個電力帶動的主從系統。 從系統由現代的大型機工極小心地製造，使它是主系統的1/4大小。 因此，就可以按此方案做1/4大小的事－小伺服馬達推動小手耍弄小螺帽螺釘，它們可以鑽小浻，它們只有正常尺寸1/4大。 我造出1/4大小的車床和工具。 用這車床和工具可以造出另一組主從手臂，尺寸是車床和工具尺寸的1/4大（正常尺寸1/16大）。 然後我由正常尺寸的主手臂直接連電線到1/16大小的伺服馬達上（也許中間通過變壓器）。 這樣我就可以操作1/16大小的從手臂。
從這裡你得到原則。 這相當難，但是可能做到。 你可能會說一次可以縮小更多倍。 當然。 這全都要非常小心地設計，而且不一定要做得像手，如果仔細思考，可以得到相同功用的更好方案。
即使用現有的縮圖器也可以在一步驟中縮得比1/4更小。 但是不能直接用大縮圖器製造小縮圖器，因為描圖洞太鬆和縮圖器製造時的誤差。 縮圖器尾端抖動的誤差比你的手移動時的誤差還大。 如此來縮小尺寸時，會發現一堆串接的縮圖器的最末端震動得什麼也不能做。
在每個階段都要改進機件的精度。 若由縮圖器造了一個小車床，其中有個螺絲不夠精密（比原尺寸的螺絲還不精密），可以找來螺帽，把螺絲轉進轉出，直到這小尺寸螺絲的誤差百分比跟原尺寸螺絲一樣。
用三個不平的平面相互摩擦，可以使完成的三個平面都比原先任何一個更光滑。 因此，袛要方法正確，在小尺寸下改善精度並非不可能。 因此在造尺寸更小的東西之前，要先改善即將使用的零件的精度：鉛螺絲等，以改善設備精度。
每一階段都要先製造下一階段要用到的東西－－很耗時很難的計畫。 也許你可以找到縮小更快的較佳方法。這一切完成後得到1/4,000大小的車床。 但我們想造的是大量的電腦，要在車床上鑽洞製造電腦用的小墊圈。 在這一台車床你能造多少墊圈？
一百隻小手臂
製造第一組1/4尺寸的從手臂時，我打算造十個，並把它們都連接到主手臂上，如此十個手臂會同時做同一動作。 再縮為1/4時，每個小從手臂造出十個小小從手臂，這樣就有了100個1/16尺寸的小小從手臂。我們要把這些數以百萬計的車床放在哪？ 這完全不是問題。 體積總和還比一個全尺寸車床小。 假設造了十億個小車床，每個小車床尺寸是原尺寸的1/4,000，則材料和空間都不成問題，因為用掉的材料比全尺寸車床的2% 還少。你瞧，材料完全不花什麼錢。 因此我想造十億個相同的小工廠，同時進行製造、鑽孔、鑄造零件、及其他事。在縮小的過程中，會產生一些有趣的問題。 並非所有的現象都隨著尺寸縮小的比例而變小。 材料因分子間引力（凡得瓦力）吸在一塊兒也是問題。 情形會像這樣：完成一件零件後，想把螺帽從螺絲上轉下來，結果掉不下來，因為重力不夠大。 想把螺帽從螺絲上弄下來還很難呢。 這就像老電影中的情節：手上沾了糖漿想要甩掉一杯水。 設計時要考慮許多同類性質的問題。
重新排列原子
我不怕討論這最終的問題：將來我們如何依我們想要的方式排列原子，尺寸縮小到排列原子的地步。 如果可以依我們想要的方式一個一個地排列原子，會怎樣呢？(當然要合理地排，不能亂來。 例如不能排成化學上不穩定的排列方式)。
到目前為止，我們覺得挖到地裡來取得金屬礦物沒什麼不好。 我們加熱金屬，做大規模的處理，想從如此多的雜質中純化物質....等等。但是我們必須接受自然安排的原子排列。 我們沒法有東西排成棋盤一樣，其中的雜質距離恰為1,000 Å。 或是排成別的花樣。
如果能排出一層層的結構，每層排得非常正確，這能用來幹什麼？ 如果真能依我們所想來排列原子，產物會有什麼性質？ 研究這些物質的理論會很有趣。 我不知道會發生什麼事，但我深信，當我們能控制東西的排列（小尺寸的，原子的）時，一切物質的性質範圍會大得多，我們能做的事也會多得多。
想像我們在一片材料裡造出小線圈和蓄電器（或利用固態物理造出的類似東西），每個元件1,000或10,000 Å，一個接一個排滿一大片，尾端伸出天線。 造這一整組元件。
可能像從一套天線發射無線電波。 對歐洲傳送節目一樣，從一套天線中發射光線嗎？ 也就是以非常高的密度朝單一方向射出光線。 （也許這樣的光柱在技術上或經濟上都不很有用）
我已經考慮過建造小尺寸電氣元件的一些問題。 阻抗的問題相當嚴重。 如果把大尺寸的元件縮小，元件的自然頻率就上昇（因為波長和尺寸成正比）。 但是SKIN DEPTH袛跟尺寸的平方根成正比，因此阻抗的問題就極麻煩。 如果頻率不是很高，也許可以利用超導或者其他技巧來解決問題。
小世界中的原子
當我們到達了這個非常小的世界－－例如7個原子組成的線路－－我們會發現許多可利用來幫助設計的新現象。 基於量力子學，原子在小規模上的表現，就像大規模上沒有東西一樣。 因此在縮小尺寸和撥弄原子的過程中，我們遵循不一樣的定律，並且期待做到不一樣的事。
我們用不同的方法製造，我們可以利用（不僅利用各種線路）某種系統，其中利用了量子化的能階，或量子化旋轉（±1）的交互作用。另一件我們會注意到的事是：只要造得夠小，所有我們造的機件都可以大量製造得完全和正本一模一樣。 大的機器沒法造得一模一樣。但是如果你的機器只有100個原子高，精度袛要有 0.5% 就可以讓複本的尺寸一模一樣－也就是 100 個原子高。
到了原子的階段，會碰到新的力、新的可能性、和新的效應。 製造和材料的重製會有不同的問題。 我由一生物學的現象得到啟發：重複使用化學力以製造各種奇怪效應（作者乃其一也）。
照我看來，一個個原子地計畫製造東西並不違反物理的原則。 這不是要試著違反定律，這是原則上可以做到的事情；袛是因為我們尺寸太大而尚未實行。
最終我們可以做化學合成。 一個化學家會跑來找我們，說 〝我想要個分子，排列是這樣排的；幫我造出來。〞 化學家想造某種分子時，方法都很神祕。 他發現這物質有這種環，因而混合這個和那個，搖一搖，搞來搞去，在完成一個艱難步驟之後通常都能合成他想要的東西。 當我的裝置可以運轉時，我們就可以用物理的方式合成，這化學家因此知道如何合成所有東西。 因此，化學家的方法會完全沒有用。
這很有趣：理論上物理學家有可能合成化學家寫下來的任何化學物質。 下個命令，然後物理學家來合成。 聽來如何？把原子放在化學家說的地方，就能造出這個物質。 如果我們能看到我們在做什麼，和能在原子的尺度上操作東西，化學和生物學的許多問題就能夠解決。 而這樣的發展我想是無可避免的。
現在你可能會說，誰該做這件事，為什麼要做？ 我已經指出幾項有經濟價值的應用，但你們可能會為好玩而做。 那就來玩罷！我們來個實驗室之間的競賽。 一個實驗室造了小馬達寄到另外一間實驗室，第二間實驗室可能寄回個東西可以放在該小馬達的轉軸裡。
高中的競賽
為了好玩，也為了使小孩們有興趣，我建議讓跟高中有點接觸的人搞個高中競賽。 畢竟我們還沒在這領域中發展，而且連孩子也能寫出前所未有的小字，可以在高中裡競賽。 洛杉磯高中寄個大頭針給威尼斯高中，針頭上面寫，〝這個怎麼樣？〞（How is this?）然後洛杉磯高中收到回件， 〝i〞上面那一點上寫〝沒什麼大了不起的〞。
也許這沒法讓你們去做，而袛有經濟利益可以。 那麼我想做點事鼓勵你們，但是我現在還沒準備好。 我個人在此提供＄1,000給首先把書上一頁長寬都縮為1/25,000，寫成電子顯微鏡可以看到的樣子的人。
我還想提供另一個獎－如果我能搞清楚如何描述條件，以免捲入日後關於條件定義的爭執－另外＄1,000給首先造出工作電動馬達的人。 這是個旋轉電動馬達，可以由馬達外面控制，而且不計算連進馬達的線，為1/64英吋邊長的立方體。
我希望這些獎金不會等太久。