Внизу много места

« 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 ]
Прием
[ редактировать ]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 ]
Влияние
[ редактировать ]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 ]- « Древо времени В рассказе », опубликованном в 1964 году, Дэймон Найт использует идею барьера, который должен быть построен атом за атомом (временной барьер в рассказе).
Издания
[ 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 ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дрекслер, Эрик. «Внизу много места» . Архивировано из оригинала 26 декабря 2016 г. Проверено 29 декабря 2011 г.
- ^ Перейти обратно: а б Фейнман, Ричард П. (1959) На дне много места . zyvex.com
- ^ Перейти обратно: а б Милберн, Колин (2008). Нановидение: проектирование будущего . Издательство Университета Дьюка. п. 48. ISBN 0-8223-4265-0
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Пашотта, Рюдигер. «Учебное пособие по оптоволоконным усилителям» . РП Фотоника. Архивировано из оригинала 17 октября 2013 года . Проверено 10 октября 2013 г.
- ^ Хигер, Алан Дж. (2016) Никогда не теряйте самообладания! , World Scientific, с. 167. ISBN 9814704857
- ^ «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.
- ^ «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.
- ^ 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.
- ^ Гриббин, Джон (1997). Ричард Фейнман: Жизнь в науке . Даттон. п. 170 . ISBN 9780525941248 .
- ^ «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.
- ^ 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.
- ^ «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.
- ^ «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.
- ^ Степни, Сьюзен. «Рецензии на книгу «Миниатюризация. 1961» . Университет Йорка. Архивировано из оригинала 28 декабря 2019 года . Проверено 28 декабря 2019 г.
- ^ Дрекслер, К. Эрик (1986) Машины созидания . Издательская группа Кнопфа Doubleday. стр. 55, 63. ISBN 0385199732
- ^ Туми, Крис. «Апостольское преемство» (PDF) . Инженерия и наука . 1 (2005): 16–23. Архивировано (PDF) из оригинала 1 марта 2019 г.
- ^ 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.
- ^ 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.
- ^ « Повторное посещение «Много места»» . Природные нанотехнологии . 4 (12): 781. Декабрь 2009 г. Бибкод : 2009NatNa...4..781. . дои : 10.1038/nnano.2009.356 . ПМИД 19966817 .
- ^ Хэпгуд, Фред (ноябрь 1986 г.). « Нанотехнологии» / «Тайнитек» ». Омни : 56.
- ^ 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.
- ↑ Выступления в Калифорнийском технологическом институте , 21 января 2000 г., Публичные доклады Уильяма Дж. Клинтона, 1 января – 26 июня 2000 г., стр. 96
- ^ Реджис, Эд (октябрь 2004 г.). «Невероятный уменьшающийся человек» . Проводной . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 16 мая 2015 г.
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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.
- ^ «Атомы и пустоты» . Экономист . ISSN 0013-0613 . Архивировано из оригинала 11 июля 2020 г. Проверено 11 июля 2020 г.
- ^ 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.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Классический доклад Фейнмана 1959 года «На дне много места».
- «Внизу много места» в Engineering and Science Калифорнийского технологического института, февраль 1960 г. журнале