Это не официальный сайт wikipedia.org 01.01.2023

Внизу много места — Википедия
Википедия

Внизу много места

«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.

КонцепцияПравить

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].

ПроблемыПравить

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].

РеакцияПравить

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].

ВлияниеПравить

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:

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]

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 литературеПравить

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

ИзданияПравить

  • Feynman, Richard P. The Wonders That Await a Micro-Microscope // The Saturday Review. — 1960. — 2 апреля. — С. 45—47.
  • Feynman, Richard P. How to Build an Automobile Smaller Than This Dot (англ.) // Popular Science : magazine. — New York, New York: Popular Science Publishing Co., Inc., 1960. — November. — P. 114—116, 230—232. A condensed version of the talk.
  • Feynman, Richard P. There's Plenty of Room at the Bottom // Miniaturization (англ.) / Gilbert, Horace D.. — Reinhold, 1961. — P. 282—296.
  • Feynman, R.P. There's plenty of room at the bottom (data storage) (англ.) // Journal of Microelectromechanical Systems : journal. — 1992. — 1 March (vol. 1, no. 1). — P. 60—66. — doi:10.1109/84.128057. A reprint of the talk.
  • Feynman, R. Infinitesimal machinery // Journal of Microelectromechanical Systems. — 1993. — Т. 2, № 1. — С. 4—14. — doi:10.1109/84.232589. A sequel to his first talk.

См. такжеПравить

СсылкиПравить

  1. ↑ Drexler. There's Plenty of Room at the Bottom  (неопр.). Дата обращения: 19 апреля 2020. Архивировано из оригинала 26 декабря 2016 года.
  2. ↑ 1 2 Colin Milburn. Nanovision: Engineering the Future. Duke University Press, 2008. ISBN 0-8223-4265-0
  3. ↑ Ed Regis. Nano. Bantam, 1997. ISBN 0-553-50476-2
  4. ↑ Crystal structure of the ribosome at 5.5 A resolution (англ.) // Science : journal. — 2001. — May (vol. 292, no. 5518). — P. 883—896. — doi:10.1126/science.1060089. — Bibcode: 2001Sci...292..883Y. — PMID 11283358. Архивировано 4 марта 2022 года.
  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. ↑ Paschotta. Tutorial on Fiber Amplifiers  (неопр.). RP Photonics. Дата обращения: 10 октября 2013. Архивировано 17 октября 2013 года.
  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. ↑ The World's Smallest Motor, Engineering and Science (декабрь 1960), С. 19. Архивировано 23 июля 2018 года. Дата обращения: 22 июля 2018.
  11. ↑ Small Wonder (англ.), The Los Angeles Times from Los Angeles, California on Newspapers.com (30 July 1986), С. 26. Архивировано 23 июля 2018 года. Дата обращения: 19 апреля 2020.
  12. ↑ Feynman, Richard Phillips; Sykes, Christopher. No Ordinary Genius: The Illustrated Richard Feynman] (англ.). — W. W. Norton & Company, 1995. — P. 175. — ISBN 9780393313932.
  13. ↑ Gribbin, John. Richard Feynman: A Life in Science. — Dutton, 1997. — С. 170.
  14. ↑ Tiny Tale Gets Grand, Engineering & Science (январь 1986), С. 24–26. Архивировано 24 июля 2018 года. Дата обращения: 23 июля 2018.
  15. ↑ Lear. A staggering small world, The New Scientist (21 июля 1960), С. 220. Архивировано 6 мая 2022 года. Дата обращения: 22 июля 2018.
  16. ↑ Midget Motor Wins $1,000 Prize for Engineer (англ.), The Times from San Mateo, California on Newspapers.com (30 November 1960), С. 25. Архивировано 23 июля 2018 года. Дата обращения: 23 июля 2018.
  17. ↑ World's Smallest Motor (англ.), The Pocono Record from Stroudsburg, Pennsylvania on Newspapers.com (12 January 1961), С. 27. Архивировано 24 июля 2018 года. Дата обращения: 23 июля 2018.
  18. ↑ Stepney. Book reviews Miniaturization. 1961  (неопр.). University of York. Дата обращения: 28 декабря 2019. Архивировано 28 декабря 2019 года.
  19. ↑ Toumey, Chris. Apostolic Succession // Engineering & Science. — Т. 1, № 2005. — С. 16—23. Архивировано 1 марта 2019 года.
  20. ↑ Toumey, Chris. Reading Feynman into Nanotechnology: A Text for a New Science (англ.) // Techné : journal. — 2008. — Vol. 13, no. 3. — P. 133—168. Архивировано 22 мая 2018 года.
  21. ↑ Feynman, R. Infinitesimal machinery // Journal of Microelectromechanical Systems. — 1993. — Март (т. 2, № 1). — С. 4—14. — doi:10.1109/84.232589. Архивировано 27 января 2019 года.
  22. ↑ 'Plenty of room' revisited (англ.) // Nature Nanotechnology : journal. — 2009. — December (vol. 4, no. 12). — P. 781. — doi:10.1038/nnano.2009.356. — PMID 19966817. Архивировано 13 декабря 2021 года.
  23. ↑ Plenty of room revisited - Focus Issue (англ.) // Nature Nanotechnology : journal. — 2009. — December (vol. 4, no. 12). Архивировано 14 декабря 2021 года.
  24. ↑ Hapgood, Fred. "Nanotechnology" / "Tinytech" // Omni. — 1986. — Ноябрь.
  25. ↑ Drexler. The promise that launched the field of nanotechnology  (неопр.). Metamodern: The Trajectory of Technology (15 декабря 2009). Дата обращения: 13 мая 2011. Архивировано из оригинала 14 июля 2011 года.
  26. ↑ 1 2 Remarks at the California Institute of Technology, January 21, 2000, Public Papers of William J. Clinton, January 1 – June 26, 2000, p. 96
  27. ↑ Regis, Ed. The Incredible Shrinking Man (англ.) // Wired : magazine. — 2004. — October. Архивировано 4 марта 2016 года.

Внешние ссылкиПравить

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Внизу_много_места&oldid=127179569