Русская Википедия:Внизу много места

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

«Внизу много места: приглашение войти в новую область физики» («There's Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics») — лекция, прочитанная физиком Ричардом Фейнманом на ежегодной встрече Американского физического общества в Калифорнийском технологическом институте 29 декабря 1959 года[1]. Фейнман рассматривал возможность прямого манипулирования отдельными атомами как более мощную форму синтетической химии, чем те, которые использовались в то время. Хотя версии доклада были перепечатаны в нескольких популярных журналах, они остались в значительной степени незамеченными и не послужили стимулом для развития концептуальных основ этой области. Начиная с 1980-х годов защитники нанотехнологий цитировали его, чтобы обосновать научную достоверность своих работ.

Концепция

Фейнман рассмотрел некоторые последствия общей способности манипулировать веществом в атомном масштабе. Его особенно интересовали возможности создания более плотных компьютерных схем и микроскопов, которые могли бы видеть вещи намного меньшие, чем это возможно с помощью сканирующих электронных микроскопов. Позднее эти идеи были реализованы с помощью сканирующего туннельного микроскопа, атомно-силового микроскопа и других примеров систем сканирующей зондовой микроскопии и хранения, таких как Millipede, созданных исследователями из IBM.

Фейнман также предположил, что в принципе возможно создать наноразмерные машины, которые «упорядочивают атомы так, как мы хотим», и осуществляем химический синтез с помощью механических манипуляций.

Он также представил идею «проглотить доктора» («swallowing the doctor»), идею, которую он приписал в эссе своему другу и аспиранту Альберту Хиббсу . Эта концепция заключалась в создании крошечного проглатываемого хирургического робота.

В качестве мыслительного эксперимента он предложил разработать набор манипуляторов размером в одну четверть руки, подчиненных рукам оператора, для создания станков в одну четверть, аналогичных тем, которые можно найти в любом механическом цехе. Этот набор небольших инструментов затем будет использоваться небольшими руками для создания и работы с десятью наборами рук и инструментов масштаба одной шестнадцатой и т. Д., Кульминацией которых может стать миллиард крошечных фабрик для выполнения массово-параллельных операций. Он использует аналогию с пантографом как способ уменьшения предметов. Эта идея была частично предвосхищена, вплоть до микромасштабных, писателем-фантастом Робертом А. Хайнлайном в его рассказе «Уолдо» 1942 года[2][3].

По мере того как размеры становятся меньше, приходится менять конструкцию инструментов, потому что относительная величина различных сил меняется. Гравитация потеряет прежнее значение, 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, однако некоторые типы биологических ферментов и ферментных комплексов (особенно рибосом) функционируют химически примерно так, как это видел Фейнман[4][5]. 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 небольших масштабах (металлы и кристаллы разделены на области, где преобладает структура решетки)[6]. Это может быть хорошей причиной для изготовления машин и электроники из стекла и пластика. В настоящее время существуют электронные компоненты, изготовленные из обоих материалов. Имеются оптоволоконные кабели, которые усиливают световые импульсы через равные промежутки времени, используя стекло, легированное редкоземельным элементом эрбием. Легированное стекло врезается в волокно и накачивается лазером, работающим на другой частоте[7]. Существуют полевые транзисторы изготовленные из политиофена (полимера, созданного группой Алана Хигера), который становится электрическим проводником при окислении. К 2016 году по подвижности электронов пластик отставал от кремния всего в 20 раз[8][9].

Проблемы

На встрече Фейнман завершил свой разговор двумя проблемами и предложил приз в размере 1000 долларов первому, кто их решит. Первая задача заключалась в создании крошечного двигателя (наномотора), который, к удивлению Фейнмана, был изготовлен к ноябрю 1960 года выпускником Калтеха Уильямом Маклелланом, дотошным мастером, который использовал традиционные инструменты[10]. Мотор отвечал всем условиям Фейнмана, но не использовал предполагаемых новых технологий. Вторая проблема заключалась в возможности сделать литеры настолько малыми, чтобы можно было напечатать всю Британскую энциклопедию на головке булавки, что соответствует линейному масштабу 1:25 000. В 1985 году Том Ньюман, аспирант Стэнфорда, успешно уменьшил первый абзац «Повести о двух городах» в 25 000 раз и получил второй приз Фейнмана[11][12][13]. Научный руководитель Ньюмана, Р. Фабиан Пиз, был знаком с лекцией Фейнмана, прочитав её в 1966 году; однако инициатором участия в испытании стал ещё один аспирант в лаборатории, Кен Поласко, который прочитал её совсем недавно. Ньюман искал произвольный образец текста для демонстрации своей технологии. Выбор пал на «Повесть о двух городах», поскольку, по словам Ньюмана, «текст был идеальным, потому что имел так много разных форм»[14].

Реакция

Журнал The New Scientist писал, что «научная аудитория была очарована». Фейнман «раскрутил эту идею из головы» без «заранее подготовленных тезисов», поэтому в первое время не было печатного текста лекции. «Дальновидный поклонник» принес с собой магнитофон, и отредактированная стенограмма, без шуток Фейнмана, была подготовлена к публикации Калтехом[15]. В феврале 1960 года журнал Калтеха «Engineering and Science» опубликовал эту речь. В дополнение к выдержкам из The New Scientist были напечатаны версии в The Saturday Review и Popular Science. Вскоре газеты объявили о победе в первом конкурсе[16][17]. Лекция была включена в качестве последней главы в книгу 1961 года «Миниатюризация»[18].

Влияние

Эрик Дрекслер позже взял концепцию Фейнмана о миллиарде крошечных фабрик и добавил в своей книге «Двигатели творчества: грядущая эра нанотехнологии», что они могли бы производить копии самих себя с помощью компьютерного управления, без контроля со стороны человека-оператора.

После смерти Фейнмана ученые, изучающие историческое развитие нанотехнологий, пришли к выводу, что его роль в катализе исследований в области нанотехнологий не была по достоинству оценена многими людьми, занятыми в этой зарождающейся области в 1980-х и 1990-х годах. Крис Туми (Chris Toumey), специалист по культурной антропологии из Университета Южной Каролины, воссоздал историю публикации и переиздания речи Фейнмана, а также список цитирований лекции в научной литературе[19].

В статье Туми 2008 года «Фейнмановские чтения по нанотехнологии» (Reading Feynman into Nanotechnology)[20] он обнаружил 11 версий публикации «Множества места», а также два примера тесно связанной речи Фейнмана «Infinitesimal Machinery»[21], которую сам Фейнман называл «Много места, возвращение к теме» («Plenty of Room, Revisited», опубликовано под названием «Infinitesimal Machinery»). Также в ссылках Туми есть видеозаписи этого второго выступления. Журнал Nature Nanotechnology посвятил этой теме номер в 2009 году[22][23].

Туми обнаружил, что речи Фейнмана оказали незначительное влияние в течение двадцати лет после первой публикации, если оценивать влияние цитатами в научной литературе, и ненамного больше влияния в течение десятилетия после того, как в 1981 году был создан сканирующий туннельный микроскоп. Интерес к лекции в научной литературе значительно возрос в начале 1990-х годов. Вероятно, это связано с тем, что термин «нанотехнологии» привлек серьезное внимание после его использования Дрекслером в книге 1986 года «Двигатели творчества: грядущая эра нанотехнологий», в которой цитировался Фейнман, и в сопроводительной статье под заголовком «Нанотехнологии», опубликованный позднее в том же году в научно-популярном журнале Оmni[24][25]. Журнал «Нанотехнологии» появился в 1989 году; знаменитый эксперимент Эйглера-Швейцера, по точной манипуляции атомами ксенона, был обнародован в Nature в апреле 1990 года; Science посвятил нанотехнологиями специальный выпуск в ноябре 1991 года.

Анализ Туми также включает в себя комментарии ученых в области нанотехнологий, которые утверждают, что лекция Фейнмана не повлияла на их ранние работы, и большинство из них ознакомились с лекцией позднее.

Положение Фейнмана как нобелевского лауреата и важной фигуры в науке 20-го века помогло сторонникам нанотехнологий и обеспечило важную интеллектуальную связь с прошлым[2]. Более конкретно, его авторитет и концепция атомарно-точного изготовления сыграли роль в обеспечении финансирования исследований в области нанотехнологий, о чем свидетельствует речь президента Клинтона в январе 2000 года, призывающая к созданию федеральной программы:

Шаблон:Начало цитаты Предлагаемый бюджет предусматривает поддержку «Национальной инициативы по нанотехнологии» в размере $500 млн. Калтех не является новичком в области нанотехнологий, позволяющих манипулировать материей на атомном и молекулярном уровнях. Более 40 лет назад сотрудник Калтеха Ричард Фейнман задался вопросом «Что случится, если мы сможем располагать атомы один за одним так, как нам это нужно?»[26] Шаблон:Oq Шаблон:Конец цитаты

Версия Закона о научных исследованиях и разработках в области нанотехнологий, принятая Палатой представителей в мае 2003 года, предусматривала изучение технической осуществимости молекулярного производства. Эта программа была упразднена, чтобы гарантировать финансирование менее спорных исследований, однако затем принята Сенатом и подписана президентом Джорджем Бушем 3 декабря 2003 года[27].

В художественной литературе

В коротком рассказе «Древо времени», опубликованном в 1964 году, Деймон Найт использует идею барьера, который должен быть построен атом за атомом («временной барьер»).

Издания

Шаблон:Refbegin

Шаблон:Refend

См. также

Ссылки

Шаблон:Примечания

Внешние ссылки

Шаблон:Ричард Фейнман

Партнерские ресурсы
Криптовалюты
Магазины
Хостинг
Разное

  1. ↑ Шаблон:Cite web
  2. ↑ 2,0 2,1 Colin Milburn. Nanovision: Engineering the Future. Duke University Press, 2008. Шаблон:ISBN
  3. ↑ Ed Regis. Nano. Bantam, 1997. Шаблон:ISBN
  4. ↑ Шаблон:Статья
  5. ↑ Xu, Q, et al, Statistical Analysis of Interface Similarity in Crystals of Homologous Proteins, J. Mol. Biol. (2008) 381: 487–507
  6. ↑ The Pleasure of Finding Things Out, Chapter 5: There's Plenty of Room at The Bottom, edited by Michele Feynman and Carl Feynman, p.130, Basic Books, 1999
  7. ↑ Шаблон:Cite web
  8. ↑ Koezuka, H.; Tsumura, A.; Ando, T. (1987). "Field-effect transistor with polythiophene thin film". Synthetic Metals. 18: 699–704. doi:10.1016/0379-6779(87)90964-7.
  9. ↑ Never Lose Your Nerve!, Alan J. Heeger, World Scientific, 2016, p.167
  10. ↑ Шаблон:Cite news
  11. ↑ Шаблон:Cite news
  12. ↑ Шаблон:Книга
  13. ↑ Шаблон:Книга
  14. ↑ Шаблон:Cite news
  15. ↑ Шаблон:Cite news
  16. ↑ Шаблон:Cite news
  17. ↑ Шаблон:Cite news
  18. ↑ Шаблон:Cite web
  19. ↑ Шаблон:Статья
  20. ↑ Шаблон:Статья
  21. ↑ Шаблон:Статья
  22. ↑ Шаблон:Статья
  23. ↑ Шаблон:Статья
  24. ↑ Шаблон:Статья
  25. ↑ Шаблон:Cite web
  26. ↑ Ошибка цитирования Неверный тег <ref>; для сносок Caltech не указан текст
  27. ↑ Шаблон:Статья
Источник — http://wikihandbk.com/ruwiki/index.php?title=Русская_Википедия:Внизу_много_места&oldid=9422946