دنیای کوچولوها ... دنیای نانو!

[رزیتا]

دنیای کوچولوها ... دنیای نانو!

این هفته می‌خواهیم حساب کنیم که یک کتابخانه چقدر است!
این روزها اسم نانو و نانو تکنولوژی را زیاد می‌شنویم. از رادیو و تلویزیون گرفته تا کتاب های درسی. نانو به معنای 9-10است! نانوتکنولوژی، تکنولوژی و فناوری مربوط به موجودات نانومتری است. موجوداتی که اندازه هایشان در حدود 9-10 متر است. یعنی خیلی کوچک، در حد ابعاد درون اتمی.

ایده‌ی اصلی نانوتکنولوژی، متعلق به ریچارد فاینمن فیزیکدان معروف آمریکایی معاصر است. وقتی که وی برای اولین بار گفت که می‌توان تمام اطلاعات موجود در تمام کتاب‌های یک کتابخانه بزرگ را سر یک سوزن جای داد؛ بعضی‌ها خیلی حرف فاینمن را جدی نگرفتند. اما رفته رفته مردم منظور آن را فهمیدند! به طوریکه نانوتکنولوژی به یکی از بزرگترین دغدغه های دولتهای جهان تبدیل شده است.


حالا می‌خواهیم حساب کنیم که اطلاعات کل کتاب‌های یک کتابخانه چقدر جا می گیرد.
بعضی از شما با سیستم‌های ذخیره‌ی اطلاعات دودویی یا باینری آشنا هستید. در این سیستم تنها با صفر و یک کار داریم و هر چیزی را طبق قراردادی به مجموعه ای از این صفر و یک‌ها تبدیل می‌کنیم. مثلاً قرار می‌گذاریم به جای حرف A عبارت 0100 را قرار دهیم یا مثلاً به جای حرف B عبارت 1001 و الی آخر. هر خانه فقط می‌تواند صفر یا یک باشد. اگر یک رشته‌ی 4 خانه ای داشته باشیم به اندازه‌ی 2×2×2×2 حالت داریم پس می‌توان 2×2×2×2 حرف یعنی 16 حرف را کد کرد.

تقریباً تعداد حروف انگلیسی 28 تا و با تعدادی علامت و کاراکترهای دیگر می‌توانیم با 8 خانه یعنی 32 حالت، تمامی حروف استفاده شده در نوشته‌ها را کد کنیم. پس به جای هر یک حرف احتیاج به فضایی برای ذخیره‌ی 8 خانه که از صفر و یک تشکیل شده باشد، نیاز داریم.

اما نکته‌ی بسیار مهم همین است که ما چه چیزهایی نیاز داریم که تنها ویژگی آنها این باشد که 2 حالت داشته باشند نه به یک چیز پیچیده تر؛ که دستمان را خیلی باز می‌گذارد.
مثلا یک چراغ، روشن باشد یا خاموش. یک دست، یک دست چپ باشد یا راست، از هر چیزی برای ذخیره سازی می‌توان استفاده کرد. کوچکترین چیزی که می‌شناسید چیست؟ درست است اتم! کافی است اتم هایی داشته باشیم که دو حالت داشته باشند. بعضی از شما می‌دانید که بعضی از اتم‌ها ویژگی خاصی دارند به اسم " اسپین " که می‌تواند 2 حالت یا چند حالت داشته باشد اما دم دست ترین اتم‌ها اتفاقاً اسپین 2 حالته دارند. اسپین بالا (up) و اسپین پایین (down) که به ترتیب با جهت‌های مخصوصشان نشان داده می‌شوند. پس ما برای کد کردن یک حرف از الفبا به 8 تا اتم و تنها 8 اتم احتیاج داریم.
حالا خیلی سریع حساب می‌کنیم:
تعداد کتاب‌های یک کتابخانه بزرگ تقریباً 100 هزار تاست. هر کتاب تقریباً 500 صفحه دارد، هر صفحه تقریباً 20 سطر و هر سطر تقریباً 20 تا 30 کلمه و هر کلمه 4 تا پنج حرف دارد. یک حساب سرانگشتی به ما می‌گوید تعداد کل حروف یک کتابخانه‌ی بزرگ برابر است با:

1010×15=5×30×20×500×100000


یعنی ما برای کد کردن این اطلاعات در سیستم دودویی یا صفر و یکی به 1010×15 اتم احتیاج داریم. یعنی ده هزار میلیون ضرب در پانزده! شاید به نظر خیلی زیاد باشد اما واقعاً این تعداد کم است. می‌دانید حجم این همه اتم چقدر است؟ راحت می‌شود حساب کرد.
عدد آدو گادرو چقدر بود؟ یادتان هست؟ تقریبا 1023 تا، یعنی هر مول از یک اتم تقریباً 1023 تا اتم دارد اما هر مول از ماده به اندازه‌ی جرم اتمی آن ماده، جرم دارد، مثلاً برای کربن هر 1023 تا اتم کربن حدود 6 گرم جرم دارد. ( جرم اتمی کربن برابر 6 هست. ) حجم 6 گرم ماده را هم می‌شود راحت حساب کرد.

مثلاً اگر ماده آب باشد، هر 6 گرم از آن، تقریباً 6 سانتی متر مربع حجم دارد. برای بقیه مواد هم تقریباً همینطور است. یادتان باشد این یک حساب سرانگشتی و تقریبی هست. خوب پس هر 1023 تا اتم تقریباً 6،7 سانتی متر مکعب حجم اشغال می‌کنند. حالا می توانید بگوئید، برای 10 سانتی متر مکعب، چند تا اتم می‌خواستیم؟ 1010×15 تا اتم، یعنی اتمهایی که حجمشان می‌شود:

(15*1010/1023)*10cm3=10-11cm3



یا حدود 8-10 میلی متر مکعب. یعنی فضایی با ابعاد تقریبی3-10×3-10×2-10 میلی متر، یعنی مثلاً یک مکعب که دو ضلع آن یک هزارم میلی متر و ضلع سوم یک صدم میلی متر باشد!
خیلی حجم کمی است. نه!؟ اما شک نکنید. یک کتابخانه بزرگ تنها هیمن قدر اطلاعات در بر دارد. یک مکعب کوچولوی کوچولو!

نویسنده:طاها یاسری