Снизу много места - Википедия - Theres Plenty of Room at the Bottom

Миниатюризация (опубл. 1961 г.) включил лекцию в качестве заключительной главы

"Внизу много места: приглашение в новую область физики"была лекция, прочитанная физик Ричард Фейнман на ежегодном Американское физическое общество встреча в Калтех 29 декабря 1959 г.[1] Фейнман считал возможность прямого манипулирования отдельными атомами более мощной формой 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 нанотехнологии. Начиная с 1980-х годов сторонники нанотехнологий цитировали его, чтобы подтвердить научную достоверность своей работы.

Зачатие

Фейнман рассмотрел некоторые ответвления общей способности манипулировать материей в атомном масштабе. Его особенно интересовали возможности более плотного компьютер схемотехника и микроскопы которые могут видеть вещи намного меньшие, чем это возможно с растровые электронные микроскопы. Позже эти идеи были реализованы с помощью сканирующий туннельный микроскоп, то атомно-силовой микроскоп и другие примеры сканирующая зондовая микроскопия и системы хранения, такие как Многоножка, созданный исследователями IBM.

Фейнман также предположил, что в принципе возможно сделать наноразмерные машины которые «упорядочивают атомы так, как мы хотим» и осуществляют химический синтез путем механических манипуляций.

Он также представил возможность "глотание доктора ", идея, которую он описал в эссе своему другу и аспиранту. Альберт Хиббс. 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 масштаба 1/16 и так далее, что приведет к созданию, возможно, миллиарда крошечных фабрик для достижения массивно параллельный операции. Он использует аналогию с пантограф как способ уменьшения размеров элементов. Эта идея была отчасти предвосхищена, вплоть до микромасштаба, автором-фантастом. Роберт А. Хайнлайн в его рассказе 1942 года Вальдо.[2][3]

По мере того, как размеры уменьшались, приходилось переделывать инструменты, потому что относительная сила различных сил изменилась. Сила тяжести станет менее важным, и Силы Ван-дер-Ваальса например, поверхностное натяжение станет более важным. Фейнман упомянул эти проблемы масштабирования во время своего выступления. Никто еще не пытался осуществить этот мысленный эксперимент; некоторые виды биологических ферменты и ферментные комплексы (особенно рибосомы ) функционируют химически в смысле, близком к видению Фейнмана.[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 мелком масштабе (металлы и кристаллы разделены на области, в которых преобладает структура решетки).[6] Это может быть хорошим поводом делать машины и электронику из стекла и пластика. В настоящее время электронные компоненты изготавливаются из обоих материалов. В стекле есть оптоволокно кабели, которые через равные промежутки времени усиливают световые импульсы, используя стекло допированный с редкоземельный элемент эрбий. Легированное стекло вставляется в волокно и накачивается лазером с другой частотой.[7] В пластике, полевые транзисторы делаются с политиофен, полимер, изобретенный Алан Дж. Хигер и другие. который при окислении становится электрическим проводником. К 2016 году всего 20% подвижность электронов отделенный пластик от силикона.[8][9]

Вызовы

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 строительстве крошечный мотор, что, к удивлению Фейнмана, было достигнуто к ноябрю 1960 г. выпускником Калифорнийского технологического института. Уильям Маклеллан, кропотливый мастер, использующий обычные инструменты.[10] Мотор соответствовал условиям, но не продвигал искусство. Вторая проблема заключалась в возможности уменьшить размер букв до достаточно мелкого размера, чтобы уместить все Британская энциклопедия на булавочной головке, записывая информацию со страницы книги на поверхности на 1/25 000 меньше в линейном масштабе. В 1985 г. Том Ньюман, аспирант Стэнфордского университета, успешно сократил первый абзац Повесть о двух городах на 1/25 000 и собрал вторую премию Фейнмана.[11][12][13] Научный руководитель Ньюмана Р. Фабиан Пиз читал эту статью в 1966 году; но это был другой аспирант в лаборатории, Кен Поласко, который недавно прочитал это, и предложил попробовать испытание. Ньюман искал произвольный случайный образец для демонстрации своей технологии. Ньюман сказал: «Текст был идеальным, потому что он имел очень много разных форм».[14]

Прием

Новый Ученый 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 Калтехе.[15] В феврале 1960 г. Инженерия и наука опубликовал выступление. Помимо отрывков в Новый Ученый, версии были напечатаны на Субботний обзор и Популярная наука. Газеты объявили о победе в первом испытании.[16][17] Лекция была включена в качестве последней главы в книгу 1961 года. Миниатюризация.[18]

Влияние

Смотрите также: История нанотехнологий

К. Эрик Дрекслер позже взял концепцию Фейнмана о миллиарда крошечных фабрик и добавил в свою книгу 1986 года идею о том, что они могут делать больше копий самих себя с помощью компьютерного управления, а не контроля со стороны человека-оператора. Двигатели созидания: грядущая эра нанотехнологий.

После смерти Фейнмана ученые, изучающие историческое развитие нанотехнологии пришли к выводу, что его роль в катализе исследований в области нанотехнологий не была высоко оценена многими людьми, работавшими в зарождающейся области в 1980-х и 1990-х годах. Крис Тумей, культурный антрополог из Университета Южной Каролины, реконструировал историю публикации и переиздания выступления Фейнмана, а также список цитирований «Много места» в научной литературе.[19]

В статье Туми 2008 г. «Читая Фейнмана о нанотехнологиях»,[20] он нашел 11 версий публикации «Много места», а также два экземпляра тесно связанного с ней выступления Фейнмана «Infinitesimal Machinery»,[21] которую Фейнман назвал «Пересмотренное множество места» (опубликовано под названием «Infinitesimal Machinery»). Также в справочниках Туми есть видеозаписи этого второго выступления. Журнал Природа Нанотехнологии Этой теме посвятил выпуск 2009 года.[22][23]

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 за десятилетие 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, который цитировал Фейнмана, и в статье на обложке, озаглавленной «Нанотехнологии», опубликованной позже в том же году в массовом научном журнале, OMNI.[24][25] Журнал Нанотехнологии запущен в 1989 г .; известный Эксперимент Эйглера-Швейцера, точно манипулируя 35 атомами ксенона, было опубликовано в Природа в апреле 1990 г .; и Наука в ноябре 1991 г. был специальный выпуск о нанотехнологиях. Эти и другие разработки намекают на то, что повторное открытие «Изобилии места» задним числом дало нанотехнологиям упакованную историю, в которой указана ранняя дата декабря 1959 г., 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 ХХ века помог сторонникам нанотехнологий и обеспечил ценную интеллектуальную связь с прошлым.[2] Точнее, его статус и концепция производства атомарной точности сыграли роль в обеспечении финансирования исследований в области нанотехнологий, что проиллюстрировал президент. Клинтон Речь в январе 2000 г. с призывом к федеральной программе:

Мой бюджет поддерживает большое новое Национальная нанотехнологическая инициатива, стоимостью 500 миллионов долларов. Калтех не новичок в идее нанотехнологий, способных управлять 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?»[26]

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 подписано президентом Джордж Буш 3 декабря 2003 г.[27]

В 2016 году группа исследователей TU Delft и INL сообщил о хранении абзаца выступления Фейнмана с использованием двоичного кода, в котором каждый бит был сделан с одной атомной вакансией.[28] 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, полностью вниз! 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 довольствовались копайте землю, чтобы найти полезные ископаемые. 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 устройство, которое дает нам природа. У нас нет ничего, скажем, с расположением "шахматной доски", где атомы примеси точно расположены на расстоянии 1000 ангстрем друг от друга, или в какой-то другой особой схеме.

В этом тексте используется ровно 1 килобайт, то есть 8128 бит, каждая из которых состоит из 1 атомной вакансии, что составляет, таким образом, первый атомный килобайт, с плотностью хранения на 500 больше, чем в современных технологиях.[28] Текст, необходимый для "расположите атомы так, как мы хотим"в шахматном порядке. Эта самооценка видения Фейнмана была освещена в обоих научных журналах.[29][30] и основные СМИ.[31][32]

Побочные продукты художественной литературы

Редакции

  • Фейнман, Ричард П. (2 апреля 1960 г.). «Чудеса, которые ждут микроскопа». Субботний обзор. стр. 45–47. Получено 2018-07-08.
  • 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.. Получено 2018-07-08. Сокращенная версия выступления.
  • Фейнман, Ричард П. (1961). «Внизу много места». В Гилберте, Гораций Д. (ред.). Миниатюризация. Рейнхольд. С. 282–296.
  • Фейнман, Р.П. (1 марта 1992 г.). «Внизу много места (хранилище данных)». Журнал микроэлектромеханических систем. 1 (1): 60–66. Дои:10.1109/84.128057. S2CID  40094454. Отпечаток доклада.
  • Фейнман, Р. (1993). "Бесконечно малые машины". Журнал микроэлектромеханических систем. 2 (1): 4–14. Дои:10.1109/84.232589. S2CID  138577784. Продолжение его первого выступления.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Дрекслер, Эрик. "Внизу много места".
  2. ^ а б Колин Милберн. Nanovision: проектирование будущего. Издательство Университета Дьюка, 2008. ISBN  0-8223-4265-0
  3. ^ Эд Регис. Нано. Бантам, 1997. ISBN  0-553-50476-2
  4. ^ Юсупов М.М., Юсупова Г.З., Бауком А и др. (Май 2001 г.). «Кристаллическая структура рибосомы при разрешении 5,5 А». Наука. 292 (5518): 883–96. Bibcode:2001Sci ... 292..883Y. Дои:10.1126 / science.1060089. PMID  11283358. S2CID  39505192.
  5. ^ Сюй, Q и др., Статистический анализ сходства границ раздела в кристаллах гомологичных белков, J. Mol. Биол. (2008) 381: 487–507
  6. ^ Удовольствие узнавать вещи, Глава 5: Снизу много места, отредактированный Мишель Фейнман и Карл Фейнман, стр.130, Basic Books, 1999
  7. ^ Пашотта, Рюдигер. «Учебное пособие по оптоволоконным усилителям». RP Photonics. Получено 10 октября 2013.
  8. ^ Koezuka, H .; Цумура, А .; Андо, Т. (1987). «Полевой транзистор с тонкой пленкой политиофена». Синтетические металлы. 18: 699–704. DOI: 10.1016 / 0379-6779 (87) 90964-7.
  9. ^ Никогда не теряйте нервы!, Алан Дж. Хигер, World Scientific, 2016, стр.167.
  10. ^ «Самый маленький мотор в мире» (PDF). Инженерия и наука. Декабрь 1960. с. 19. Получено 2018-07-22.
  11. ^ "Маленькое чудо". The Los Angeles Times из Лос-Анджелеса, Калифорния, на Newspapers.com. 30 июля 1986 г. с. 26. Получено 2018-07-23.
  12. ^ Фейнман, Ричард Филлипс; Сайкс, Кристофер (1995). Никакой обыкновенный гений: Ричард Фейнман в иллюстрациях]. W. W. Norton & Company. п. 175. ISBN  9780393313932.
  13. ^ Гриббин, Джон (1997). Ричард Фейнман: жизнь в науке. Даттон. п.170.
  14. ^ "Крошечный Сказка Получает Гранд " (PDF). Инженерия и наука. Январь 1986. С. 24–26.. Получено 2018-07-23.
  15. ^ Лир, Джон (21 июля 1960). «Потрясающий маленький мир». Новый Ученый. п. 220. Получено 2018-07-22.
  16. ^ "Midget Motor получает приз в размере 1000 долларов для инженера". The Times из Сан-Матео, Калифорния, на Newspapers.com. 30 ноября 1960 г. с. 25. Получено 2018-07-23.
  17. ^ «Самый маленький мотор в мире». The Pocono Record из Страудсбурга, штат Пенсильвания, на Newspapers.com. 12 января 1961 г. с. 27. Получено 2018-07-23.
  18. ^ Степни, Сьюзен. "Книжное рецензирование Миниатюризация. 1961". Йоркский университет. Получено 28 декабря, 2019.
  19. ^ Туми, Крис. «Апостольское преемство» (PDF). Инженерия и наука. 1 (2005): 16–23. В архиве (PDF) из оригинала от 01.03.2019.
  20. ^ Туми, Крис (2008). «Читая Фейнмана о нанотехнологиях: текст для новой науки» (PDF). Techné. 13 (3): 133–168. В архиве (PDF) из оригинала на 2018-05-22. Получено 1 марта 2019.
  21. ^ Фейнман, Р. (март 1993 г.). "Бесконечно малые машины" (PDF). Журнал микроэлектромеханических систем. 2 (1): 4–14. Дои:10.1109/84.232589. В архиве (PDF) из оригинала от 27.01.2019.
  22. ^ "'"Пересмотрено много места" (PDF). Природа Нанотехнологии. 4 (12): 781. Декабрь 2009 г. Дои:10.1038 / nnano.2009.356. PMID  19966817. Получено 1 марта 2019.
  23. ^ "Еще раз о большом пространстве - главный вопрос". Природа Нанотехнологии. 4 (12). Декабрь 2009 г.. Получено 1 марта 2019.
  24. ^ Хэпгуд, Фред (ноябрь 1986). ""Нанотехнологии »/« Tinytech"". Омни: 56.
  25. ^ Дрекслер, Эрик (15 декабря 2009 г.). «Обещание, положившее начало области нанотехнологий». Метамодерн: траектория технологий. Архивировано из оригинал 14 июля 2011 г.. Получено 13 мая 2011.
  26. ^ Заметки в Калифорнийском технологическом институте, 21 января 2000 г., Public Papers Уильяма Дж. Клинтона, 1 января - 26 июня 2000 г., стр. 96
  27. ^ Реджис, Эд (октябрь 2004 г.). "Невероятно уменьшающийся человек". Проводной.
  28. ^ а б Kalff, F. E .; Rebergen, M. P .; Fahrenfort, E .; Girovsky, J .; Toskovic, R .; Lado, J. L .; Fernández-Rossier, J .; Отте, А. Ф. (ноябрь 2016 г.). "Килобайт перезаписываемой атомной памяти". Природа Нанотехнологии. 11 (11): 926–929. arXiv:1604.02265. Дои:10.1038 / nnano.2016.131. ISSN  1748-3395. PMID  27428273. S2CID  37998209.
  29. ^ Корнелиуссен, Стивен Т. Корнелиуссен Стивен Т. (2016-07-29). "Новостные публикации помещают" Килобайт перезаписываемой атомной памяти "в историю физики". Физика сегодня. Дои:10.1063 / PT.5.8182.
  30. ^ ServiceJul. 18, Роберт Ф .; 2016; Ут, 11:00 (15.07.2016). «Ученые делают память об одном атоме из меди и хлора». Наука | AAAS. Получено 2020-07-11.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  31. ^ «Атомы и пустоты». Экономист. ISSN  0013-0613. Получено 2020-07-11.
  32. ^ Эрнандес, Даниела (18.07.2016). «Крошечный жесткий диск использует отдельные атомы для хранения данных». Wall Street Journal. ISSN  0099-9660. Получено 2020-07-11.

внешняя ссылка