Войти
Миниатюризация (опубл. 1961) включала лекцию в качестве заключительной главы. « Внизу много места: приглашение войти в новую область физики » - это лекция, прочитанная физиком Ричардом Фейнманом на ежегодном собрании Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте 29 декабря 1959 года. Фейнман рассмотрел возможность прямого манипулирования физикой. отдельные атомы как более мощная форма синтетической химии, чем те, которые использовались в то время. Хотя версии доклада были перепечатаны в нескольких популярных журналах, он остался в значительной степени незамеченным и не вдохновил концептуальное начало области нанотехнологий. Начиная с 1980-х годов сторонники нанотехнологий цитировали его, чтобы доказать научную достоверность своей работы.
Фейнман рассмотрел некоторые ответвления общей способности манипулировать материей в атомном масштабе. Его особенно интересовали возможности более плотных компьютерных схем и микроскопов, которые могли видеть вещи гораздо меньшие, чем это возможно с помощью сканирующих электронных микроскопов. Эти идеи были позже реализованы с помощью сканирующего туннельного микроскопа, атомно-силового микроскопа и других примеров сканирующей зондовой микроскопии и систем хранения, таких как Millipede, созданных исследователями из IBM.
Фейнман также предположил, что в принципе возможно создание наноразмерных машин, которые «упорядочивают атомы так, как мы хотим», и осуществляют химический синтез с помощью механических манипуляций.
Он также представил возможность « проглотить доктора » - идею, которую он рассказал в эссе своему другу и аспиранту Альберту Хиббсу. Эта концепция заключалась в создании крошечного хирургического робота, который можно было проглотить.
В качестве мысленного эксперимента он предложил разработать набор рук-манипуляторов в масштабе в одну четверть, подчиненных рукам оператора, для создания станков в масштабе в одну четверть, аналогичных тем, которые можно найти в любом механическом цехе. Этот набор небольших инструментов затем будет использоваться маленькими руками для создания и управления десятью наборами рук и инструментов в масштабе одна шестнадцатая и так далее, что приведет к созданию, возможно, миллиарда крошечных фабрик для выполнения массово параллельных операций. Он использует аналогию с пантографом как способ уменьшения размеров элементов. Эта идея была отчасти предвосхищена, вплоть до микромасштаба, писателем-фантастом Робертом А. Хайнлайном в его рассказе 1942 года « Вальдо».
По мере того, как размеры уменьшались, приходилось переконструировать инструменты, потому что относительная сила различных сил изменилась. Гравитация станет менее важной, а силы Ван-дер-Ваальса, такие как поверхностное натяжение, станут более важными. Фейнман упомянул эти проблемы масштабирования во время своего выступления. Никто еще не пытался осуществить этот мысленный эксперимент; некоторые типы биологических ферментов и ферментных комплексов (особенно рибосомы ) функционируют химически, что близко к видению Фейнмана. Фейнман также упомянул в своей лекции, что в конечном итоге может быть лучше использовать стекло или пластик, потому что их большая однородность позволит избежать проблем в очень малых масштабах (металлы и кристаллы разделены на области, в которых преобладает структура решетки). Это может быть хорошим поводом делать машины и электронику из стекла и пластика. В настоящее время электронные компоненты изготовлены из обоих материалов. В стекле, есть волоконно - оптические кабели, которые усиливают световые импульсы через регулярные промежутки времени, с использованием стекла, легированного с редкоземельным элементом эрбием. Легированное стекло сращивается с волокном и накачивается лазером, работающим на другой частоте. В пластике полевые транзисторы изготавливаются из политиофена, полимера, изобретенного Аланом Дж. Хигером и др. при окислении превращается в электрический проводник. К 2016 году всего в 20 раз увеличилась подвижность электронов, чтобы отделить пластик от кремния.
На встрече Фейнман завершил свое выступление двумя задачами и предложил приз в размере 1000 долларов за первое решение каждой из них. Первая задача заключалась в создании крошечного двигателя, который, к удивлению Фейнмана, был изготовлен к ноябрю 1960 года выпускником Калифорнийского технологического института Уильямом Маклелланом, скрупулезным мастером, с использованием обычных инструментов. Мотор соответствовал условиям, но не продвигал искусство. Вторая задача заключалась в возможности уменьшить размер букв достаточно мелкими, чтобы можно было уместить всю Британскую энциклопедию на булавочной головке, записав информацию со страницы книги на поверхности, на 1/25 000 меньше в линейном масштабе. В 1985 году Том Ньюман, аспирант Стэнфордского университета, успешно сократил первый абзац « Повести о двух городах» на 1/25 000 и получил вторую премию Фейнмана. Научный руководитель Ньюмана, Р. Фабиан Пиз, прочитал статью в 1966 году, но другой аспирант в лаборатории, Кен Поласко, который недавно прочитал ее, предложил попробовать выполнить задание. Ньюман искал произвольный случайный образец, чтобы продемонстрировать свою технологию. Ньюман сказал: «Текст был идеальным, потому что он имел очень много разных форм».
New Scientist сообщил, что «научная аудитория была очарована». Фейнман «выбросил эту идею из головы» даже без «предварительных заметок». Копий выступления не было. «Предвидящий поклонник» принес магнитофон, и отредактированная стенограмма, без шуток Фейнмана, была сделана для публикации в Калифорнийском технологическом институте. В феврале 1960 годаиздательствоCaltech's Engineering and Science опубликовало речь. Помимо отрывков из The New Scientist, версии были напечатаны в The Saturday Review и Popular Science. Газеты объявили о победе в первом испытании. Лекция вошла в качестве заключительной главы в книгу 1961 года « Миниатюризация».
К. Эрик Дрекслер позже взял фейнмановскую концепцию миллиарда крошечных фабрик и добавил идею о том, что они могут делать больше копий самих себя с помощью компьютерного управления, а не управления человеком, в своей книге 1986 года « Двигатели созидания: грядущая эра». Нанотехнологии.
После смерти Фейнмана ученые, изучающие историческое развитие нанотехнологий, пришли к выводу, что его роль в ускорении исследований в области нанотехнологий не была высоко оценена многими людьми, работавшими в зарождающейся области в 1980-х и 1990-х годах. Крис Туми, культурный антрополог из Университета Южной Каролины, реконструировал историю публикации и переиздания выступления Фейнмана, а также список цитирований «Много места» в научной литературе.
В статье 2008 г. Туми «Читая Фейнмана о нанотехнологиях» он нашел 11 версий публикации «Много места», а также два случая тесно связанного с ним выступления Фейнмана «Бесконечно малые машины», которое Фейнман назвал «Пересмотренное множество места». "(опубликовано под названием" Infinitesimal Machinery "). Также в ссылках Туми есть видеозаписи этого второго выступления. Журнал Nature Nanotechnology в 2009 году посвятил этой теме номер.
Туми обнаружил, что опубликованные версии выступления Фейнмана оказали незначительное влияние в течение двадцати лет после его первой публикации, если судить по цитированию в научной литературе, и не намного большее влияние в течение десятилетия после изобретения сканирующего туннельного микроскопа в 1981 году. Интерес к «Пространству места» в научной литературе резко возрос в начале 1990-х годов. Вероятно, это связано с тем, что термин «нанотехнология» привлек серьезное внимание незадолго до этого, после того, как его использовал Дрекслер в своей книге 1986 года « Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий», в которой цитировался Фейнман, и в статье на обложке, озаглавленной «Нанотехнологии»., опубликованный позже в том же году в массовом научном журнале OMNI. Журнал « Нанотехнологии» был основан в 1989 году. знаменитый эксперимент Эйглера-Швейцера, точно манипулирующий 35 атомами ксенона, был опубликован в Nature в апреле 1990 года; и Science выпустили специальный выпуск по нанотехнологиям в ноябре 1991 года. Эти и другие разработки намекают, что повторное открытие «Простора места» задним числом дало нанотехнологиям упакованную историю, которая дает начало декабря 1959 года, а также связь с Ричардом Фейнманом.
Анализ Туми также включает комментарии ученых в области нанотехнологий, которые говорят, что «Много места» не повлияло на их ранние работы, и большинство из них не читали его до более позднего времени.
Статус Фейнмана как нобелевского лауреата и важной фигуры в науке 20-го века помог сторонникам нанотехнологий и обеспечил ценную интеллектуальную связь с прошлым. Более конкретно, его статус и концепция производства атомарной точности сыграли роль в обеспечении финансирования исследований в области нанотехнологий, о чем свидетельствует речь президента Клинтона в январе 2000 года, призывающая к федеральной программе:
Мой бюджет поддерживает новую крупную национальную инициативу в области нанотехнологий стоимостью 500 миллионов долларов. Калтех не новичок в идее нанотехнологии, способности манипулировать материей на атомном и молекулярном уровне. Более 40 лет назад Ричард Фейнман из Калифорнийского технологического института спросил: «Что бы произошло, если бы мы могли расположить атомы один за другим так, как мы хотим?»
Версия Закона об исследованиях и разработках в области нанотехнологий, которая была принята Палатой представителей в мае 2003 г., призывала к изучению технической осуществимости молекулярного производства, но это исследование было удалено, чтобы гарантировать финансирование менее спорных исследований, прежде чем оно будет принято Сенатом и подписан президентом Джорджем Бушем 3 декабря 2003 г.
В 2016 году группа исследователей из TU Delft и INL сообщила о хранении абзаца выступления Фейнмана с использованием двоичного кода, в котором каждый бит был создан с одной атомной вакансией. Используя сканирующий туннельный микроскоп для манипулирования тысячами атомов, исследователи создали текст:
Но я не боюсь рассмотреть последний вопрос о том, сможем ли мы в конечном итоге - в великом будущем - расположить атомы так, как мы хотим; сами атомы, вплоть до самого низа! Что бы произошло, если бы мы могли расположить атомы один за другим так, как мы хотим (конечно, в пределах разумного; вы не можете расположить их так, чтобы они были химически нестабильными, например). До сих пор мы были довольны тем, что копали землю в поисках полезных ископаемых. Мы нагреваем их и делаем с ними что-то в большом количестве, и мы надеемся получить чистое вещество с таким большим количеством примесей и так далее. Но мы всегда должны принимать какое-то атомное расположение, которое дает нам природа. У нас нет ничего, скажем, с расположением "шахматной доски", с атомами примеси, расположенными точно на расстоянии 1000 ангстрем друг от друга, или с каким-либо другим конкретным узором.
В этом тексте используется ровно 1 килобайт, т. Е. 8128 бит, каждая из которых состоит из 1 атомной вакансии, что составляет первый атомный килобайт, с плотностью хранения на 500 больше, чем в современных технологиях. Текст, необходимый для « расположения атомов так, как мы хотим », в виде шахматной доски. Это самоотнесение к видению Фейнмана освещалось как научными журналами, так и ведущими СМИ.
