Jump to content

Внизу много места

Миниатюризация (опубликация 1961 г.) включала лекцию Фейнмана в качестве последней главы.

« Внизу много места: приглашение войти в новую область физики » — лекция, прочитанная физиком Ричардом Фейнманом на ежегодном собрании Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте 29 декабря 1959 года. [ 1 ] Фейнман считал возможность прямого манипулирования отдельными атомами более надежной формой синтетической химии, чем те, которые использовались в то время. Версии выступления были перепечатаны в нескольких популярных журналах, но до 1980-х годов оно оставалось практически незамеченным.

Концепция

[ редактировать ]

Фейнман рассмотрел некоторые последствия общей способности манипулировать материей в атомном масштабе. Его особенно интересовали возможности более плотных компьютерных схем и микроскопов , которые могли бы видеть гораздо меньшие объекты, чем это возможно с помощью сканирующих электронных микроскопов . Эти идеи были позже реализованы с использованием сканирующего туннельного микроскопа , атомно-силового микроскопа и других примеров сканирующей зондовой микроскопии и систем хранения данных, таких как Millipede .

Фейнман также предположил, что в принципе возможно создание наномашин , которые «располагают атомы так, как мы хотим» и осуществляют химический синтез посредством механических манипуляций. [ 2 ]

Он также представил возможность « проглотить доктора », идею, которую в эссе он посвятил своему другу и аспиранту Альберту Хиббсу . Эта концепция включала создание крошечного хирургического робота, который можно проглотить. [ 2 ]

В качестве мысленного эксперимента он предложил разработать набор рук-манипуляторов размером в одну четверть, управляемых руками человека-оператора, для создания станков размером в одну четверть, аналогичных тем, которые можно найти в любом механическом цехе. Этот набор небольших инструментов затем будет использоваться маленькими руками для создания и эксплуатации десяти наборов рук и инструментов размером в одну шестнадцатую и так далее, что приведет, возможно, к созданию миллиарда крошечных фабрик для осуществления массово параллельных операций. Он использует аналогию с пантографом как способ уменьшения предметов. Эту идею частично, вплоть до микромасштаба, предвосхитил писатель-фантаст Роберт А. Хайнлайн в своем рассказе 1942 года «Уолдо» . [ 3 ]

Поскольку размеры стали меньше, пришлось бы перепроектировать инструменты, поскольку изменилась бы относительная сила различных сил. 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 реализовать этот мысленный эксперимент; некоторые типы биологических ферментов и ферментных комплексов (особенно рибосомы ) химически функционируют способом, близким к видению Фейнмана. [ 4 ] Фейнман также упомянул в своей лекции, что, возможно, в конечном итоге было бы лучше использовать стекло или пластик, поскольку их большая однородность позволит избежать проблем в очень мелком масштабе (металлы и кристаллы разделены на области, в которых преобладает решетчатая структура). [ 5 ] Это может стать веской причиной делать машины и электронику из стекла и пластика. В настоящее время существуют электронные компоненты, изготовленные из обоих материалов. В стекле есть оптоволоконные кабели, которые передают и усиливают свет. [ 6 ] В пластике полевые транзисторы изготавливаются из полимеров, таких как политиофен , который при окислении становится электрическим проводником. [ 7 ]

Проблемы

[ редактировать ]

На встрече Фейнман завершил свое выступление двумя задачами и предложил приз в 1000 долларов тому, кто первым решит каждую из них. Первая задача заключалась в создании крошечного двигателя , который, к удивлению Фейнмана, был выполнен к ноябрю 1960 года выпускником Калифорнийского технологического института Уильямом Маклелланом , дотошным мастером, с использованием обычных инструментов. [ 8 ] Мотор соответствовал условиям, но не продвигал технику. Вторая задача заключалась в возможности уменьшить буквы настолько, чтобы можно было уместить всю Британскую энциклопедию на головке булавки, записывая информацию со страницы книги на поверхность на 1/25 000 меньше в линейном масштабе. В 1985 году Том Ньюман , аспирант Стэнфорда, успешно сократил первый абзац « Повести о двух городах» на 1/25 000 и получил вторую премию Фейнмана. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Руководитель диссертации Ньюмана, Р. Фабиан Пиз , прочитал эту статью в 1966 году, но другой аспирант лаборатории, Кен Поласко, недавно прочитавший ее, предложил попробовать решить эту задачу. Ньюман искал произвольную случайную закономерность, чтобы продемонстрировать свою технологию. Ньюман сказал: «Текст был идеальным, потому что у него очень много разных форм». [ 12 ]

The New Scientist сообщил, что «научная аудитория была очарована». Фейнман «выкинул эту идею из головы», даже не сделав «предварительных заметок». Копий речи не было. «Дальновидный поклонник» принес магнитофон, и отредактированная стенограмма, без шуток Фейнмана, была сделана для публикации в Калифорнийском технологическом институте. [ 13 ] В феврале 1960 года Отделение инженерии и науки Калифорнийского технологического института опубликовало эту речь. В дополнение к выдержкам из The New Scientist , версии были напечатаны в The Saturday Review и Popular Science . Газеты объявили о победе в первом испытании. [ 14 ] [ 15 ] Лекция была включена в качестве последней главы в книгу 1961 года «Миниатюризация» . [ 16 ]

К. Эрик Дрекслер взял концепцию Фейнмана о миллиарде крошечных фабрик и добавил идею о том, что они могут создавать больше копий самих себя с помощью компьютерного управления, а не человека-оператора. позже в своей книге 1986 года «Машины созидания: грядущая эра» Нанотехнологии . [ 17 ]

После смерти Фейнмана ученые, изучавшие историческое развитие нанотехнологий, пришли к выводу, что его роль в стимулировании 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 количество цитирований «Много места» в научной литературе. [ 18 ]

В статье Туми 2008 года «Чтение Фейнмана в нанотехнологиях» [ 19 ] он нашел 11 версий публикации «Много места», а также два экземпляра тесно связанной беседы Фейнмана «Бесконечно малые машины». [ 20 ] который Фейнман назвал «Возвращение к большому количеству места» (опубликовано под названием «Бесконечно-малые машины»). Также в ссылках Туми есть видеозаписи второго разговора. Журнал Nature Nanotechnology посвятил этой теме выпуск в 2009 году. [ 21 ]

Туми обнаружил, что опубликованные версии доклада Фейнмана имели 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 «Много 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 Дрекслер использовал его в своей книге 1986 года « Машины созидания: грядущая эра нанотехнологий» , в которой цитировался Фейнман, а также в титульной статье, озаглавленной «Нанотехнологии». , опубликованный позже в том же году в массовом научно-ориентированном журнале OMNI . [ 22 ] [ 23 ] Журнал «Нанотехнологии» был основан в 1989 году; знаменитый эксперимент Эйглера-Швейцера , в котором точно манипулировали 35 атомами ксенона, был опубликован в журнале Nature в апреле 1990 года; и Science выпустили специальный выпуск о нанотехнологиях в ноябре 1991 года. Эти и другие события намекают на то, что ретроактивное повторное открытие «Много места» дало нанотехнологиям упакованную историю, которая обеспечила раннюю дату декабря 1959 года, а также связь с Ричардом Фейнманом. [ 19 ]

Анализ Туми также включает комментарии ученых, занимающихся нанотехнологиями, которые говорят, что «Много места» не повлияло на их раннюю работу, и большинство из них прочитали ее только позже. [ 19 ]

Статус Фейнмана как нобелевского лауреата и важной фигуры в науке 20-го века помог защитникам нанотехнологий. Это обеспечило ценную интеллектуальную связь с прошлым. [ 3 ] Более конкретно, его статус и концепция атомарно точного производства сыграли роль в обеспечении финансирования исследований в области нанотехнологий, о чем свидетельствует речь президента Клинтона в январе 2000 года, призывающая к созданию федеральной программы:

Мой бюджет поддерживает новую крупную Национальную инициативу по нанотехнологиям стоимостью 500 миллионов долларов. Калифорнийскому технологическому институту не чужды идеи нанотехнологий, способности манипулировать материей на атомном и молекулярном уровне. Более 40 лет назад Ричард Фейнман из Калифорнийского технологического института спросил: «Что произойдет, если мы сможем расположить атомы один за другим так, как нам нужно?» [ 24 ]

Версия Закона о нанотехнологических исследованиях и разработках, принятая Палатой представителей в мае 2003 года, призывала к изучению технической осуществимости молекулярного производства, но это исследование было удалено, чтобы гарантировать финансирование менее спорных исследований, прежде чем оно было принято Сенатом и подписано. закон президента Джорджа Буша от 3 декабря 2003 года. [ 25 ]

В 2016 году группа исследователей Делфтского технического университета и INL сообщила о хранении абзаца выступления Фейнмана с использованием двоичного кода, где каждый бит был создан с одной атомной вакансией. [ 26 ] Используя сканирующий туннельный микроскоп для манипулирования тысячами атомов, исследователи составили текст:

Но я не боюсь рассмотреть последний вопрос: сможем ли, в конечном счете – в великом будущем – расположить атомы так, как мы хотим; самые атомы, вплоть до самого низа! Что бы произошло, если бы мы могли располагать атомы один за другим так, как нам хочется (в пределах разумного, конечно; нельзя расположить их так, чтобы они, например, были химически нестабильными). До сих пор мы довольствовались тем, что копали землю в поисках полезных ископаемых. Мы нагреваем их и делаем с ними что-то в больших масштабах и надеемся получить чистое вещество с таким-то количеством примесей и так далее. Но мы всегда должны принимать некое атомарное устройство, которое дает нам природа. У нас нет ничего, скажем, с «шахматным» расположением, с точно расположенным атомами примеси на расстоянии 1000 ангстрем друг от друга или по какому-то другому определенному шаблону.

В этом тексте используется ровно 1 кибибайт , т.е. 8192 бита, каждый из которых содержит 1 атомную вакансию, образуя, таким образом, первый атомный кибибайт с плотностью хранения в 500 раз большей, чем предполагает современный уровень техники. [ 26 ] Текст, необходимый для того, чтобы «расположить атомы так, как мы хотим», в шахматном порядке. Эта самоотсылка к видению Фейнмана была освещена как в научных журналах, так и в научных журналах. [ 27 ] [ 28 ] и основные СМИ. [ 29 ] [ 30 ]

Побочные продукты художественной литературы

[ редактировать ]
  • Фейнман, Ричард П. (2 апреля 1960 г.). «Чудеса, которые ждут микромикроскопа». Субботний обзор . стр. 45–47.
  • Фейнман, Ричард П. (ноябрь 1960 г.). «Как построить автомобиль меньше этой точки» . Популярная наука . Нью-Йорк, Нью-Йорк: Popular Science Publishing Co., Inc., стр. 114–116, 230–232. Архивировано из оригинала 04 марта 2022 г. Проверено 8 июля 2018 г. Сокращенная версия выступления.
  • Фейнман, Ричард П. (1961). «Внизу много места». В Гилберте, Гораций Д. (ред.). Миниатюризация . Рейнхольд. стр. 282–296. Архивировано из оригинала 04 марта 2022 г. Проверено 15 сентября 2020 г.
  • Фейнман, Р.П. (1 марта 1992 г.). «Внизу достаточно места (хранилище данных)». Журнал микроэлектромеханических систем . 1 (1): 60–66. дои : 10.1109/84.128057 . S2CID   40094454 . Перепечатка разговора.
  • Фейнман, Р. (1993). «Бесконечно малая техника». Журнал микроэлектромеханических систем . 2 (1): 4–14. дои : 10.1109/84.232589 . S2CID   138577784 . Продолжение его первого выступления.

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Дрекслер, Эрик. «Внизу много места» . Архивировано из оригинала 26 декабря 2016 г. Проверено 29 декабря 2011 г.
  2. ^ Перейти обратно: а б Фейнман, Ричард П. (1959) На дне много места . zyvex.com
  3. ^ Перейти обратно: а б Милберн, Колин (2008). Нановидение: проектирование будущего . Издательство Университета Дьюка. п. 48. ISBN   0-8223-4265-0
  4. ^ Юсупов ММ, Юсупова ГЗ, Бауком А и др. (май 2001 г.). «Кристаллическая структура рибосомы при разрешении 5,5 А» . Наука . 292 (5518): 883–96. Бибкод : 2001Sci...292..883Y . дои : 10.1126/science.1060089 . ПМИД   11283358 . S2CID   39505192 .
  5. ^ Фейнман, Мишель; Фейнман, Карл, ред. (1999). «Глава 5: На дне много места». Удовольствие от выяснения вещей . Основные книги. п. 130. ИСБН  0-7382-0108-1 .
  6. ^ Пашотта, Рюдигер. «Учебное пособие по оптоволоконным усилителям» . РП Фотоника. Архивировано из оригинала 17 октября 2013 года . Проверено 10 октября 2013 г.
  7. ^ Хигер, Алан Дж. (2016) Никогда не теряйте самообладания! , World Scientific, с. 167. ISBN   9814704857
  8. ^ «Самый маленький мотор в мире» (PDF) . Инженерия и наука . Декабрь 1960 г. с. 19. Архивировано (PDF) из оригинала 23 июля 2018 г. Проверено 22 июля 2018 г.
  9. ^ «Маленькое чудо» . The Los Angeles Times из Лос-Анджелеса, Калифорния, на Newspapers.com . 30 июля 1986 г. с. 26. Архивировано из оригинала 23 июля 2018 г. Проверено 23 июля 2018 г.
  10. ^ Фейнман, Ричард Филлипс; Сайкс, Кристофер (1995). Необычный гений: Иллюстрированный Ричард Фейнман . WW Нортон и компания. п. 175. ИСБН  9780393313932 . Архивировано из оригинала 13 декабря 2021 г. Проверено 4 апреля 2016 г.
  11. ^ Гриббин, Джон (1997). Ричард Фейнман: Жизнь в науке . Даттон. п. 170 . ISBN  9780525941248 .
  12. ^ «Маленькая сказка становится грандиозной» (PDF) . Инженерия и наука . Январь 1986 г. стр. 24–26. Архивировано (PDF) из оригинала 24 июля 2018 г. Проверено 23 июля 2018 г.
  13. ^ Лир, Джон (21 июля 1960 г.). «Потрясающий маленький мир» . Новый учёный . п. 220. Архивировано из оригинала 4 марта 2022 г. Проверено 22 июля 2018 г.
  14. ^ «Midget Motor выигрывает приз в размере 1000 долларов для инженера» . The Times из Сан-Матео, Калифорния, на Newspapers.com . 30 ноября 1960 г. с. 25. Архивировано из оригинала 23 июля 2018 г. Проверено 23 июля 2018 г.
  15. ^ «Самый маленький мотор в мире» . The Pocono Record из Страудсбурга, штат Пенсильвания, на Newspapers.com . 12 января 1961 г. с. 27. Архивировано из оригинала 24 июля 2018 г. Проверено 23 июля 2018 г.
  16. ^ Степни, Сьюзен. «Рецензии на книгу «Миниатюризация. 1961» . Университет Йорка. Архивировано из оригинала 28 декабря 2019 года . Проверено 28 декабря 2019 г.
  17. ^ Дрекслер, К. Эрик (1986) Машины созидания . Издательская группа Кнопфа Doubleday. стр. 55, 63. ISBN   0385199732
  18. ^ Туми, Крис. «Апостольское преемство» (PDF) . Инженерия и наука . 1 (2005): 16–23. Архивировано (PDF) из оригинала 1 марта 2019 г.
  19. ^ Перейти обратно: а б с Туми, Крис (2008). «Чтение Фейнмана в нанотехнологиях: текст для новой науки» (PDF) . Техне . 13 (3): 133–168. Архивировано (PDF) из оригинала 22 мая 2018 г. Проверено 1 марта 2019 г.
  20. ^ Фейнман, Р. (март 1993 г.). «Бесконечно малые машины» (PDF) . Журнал микроэлектромеханических систем . 2 (1): 4–14. дои : 10.1109/84.232589 . Архивировано (PDF) из оригинала 27 января 2019 г.
  21. ^ « Повторное посещение «Много места»» . Природные нанотехнологии . 4 (12): 781. Декабрь 2009 г. Бибкод : 2009NatNa...4..781. . дои : 10.1038/nnano.2009.356 . ПМИД   19966817 .
  22. ^ Хэпгуд, Фред (ноябрь 1986 г.). « Нанотехнологии» / «Тайнитек» ». Омни : 56.
  23. ^ Дрекслер, Эрик (15 декабря 2009 г.). «Обещание, положившее начало области нанотехнологий» . Метамодерн: траектория технологии. Архивировано из оригинала 14 июля 2011 года . Проверено 13 мая 2011 г.
  24. Выступления в Калифорнийском технологическом институте , 21 января 2000 г., Публичные доклады Уильяма Дж. Клинтона, 1 января – 26 июня 2000 г., стр. 96
  25. ^ Реджис, Эд (октябрь 2004 г.). «Невероятный уменьшающийся человек» . Проводной . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 16 мая 2015 г.
  26. ^ Перейти обратно: а б Калфф, FE; Реберген, член парламента; Фаренфорт, Э.; Гировский Ю.; Тоскович, Р.; Ладо, Дж.Л.; Фернандес-Россье, Дж.; Отте, AF (ноябрь 2016 г.). «Килобайтная перезаписываемая атомная память». Природные нанотехнологии . 11 (11): 926–929. arXiv : 1604.02265 . Бибкод : 2016НатНа..11..926К . дои : 10.1038/nnano.2016.131 . ПМИД   27428273 . S2CID   37998209 .
  27. ^ Корнелиуссен, Стивен Т. Корнелиуссен Стивен Т. (29 июля 2016 г.). «Новостные публикации помещают «килобайтную перезаписываемую атомную память» в историю физики». Физика сегодня . дои : 10.1063/PT.5.8182 .
  28. ^ Сервис, Роберт Ф. (18 июля 2016 г.). «Учёные создают одноатомную память из меди и хлора» . Наука | АААС . Архивировано из оригинала 11 июля 2020 г. Проверено 11 июля 2020 г.
  29. ^ «Атомы и пустоты» . Экономист . ISSN   0013-0613 . Архивировано из оригинала 11 июля 2020 г. Проверено 11 июля 2020 г.
  30. ^ Эрнандес, Даниэла (18 июля 2016 г.). «Крошечный жесткий диск использует отдельные атомы для хранения данных» . Уолл Стрит Джорнал . ISSN   0099-9660 . Архивировано из оригинала 12 июля 2020 г. Проверено 11 июля 2020 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 173a94636f2324d27bf107c23e25ec2b__1720876680
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/17/2b/173a94636f2324d27bf107c23e25ec2b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
There's Plenty of Room at the Bottom - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)