Der er masser af plads i bunden - There's Plenty of Room at the Bottom

Miniaturisering (publ. 1961) omfattede foredraget som sit sidste kapitel

" There's Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics " var et foredrag holdt af fysiker Richard Feynman ved det årlige American Physical Society- møde i Caltech den 29. december 1959. Feynman overvejede muligheden for direkte manipulation af individuelle atomer som en mere kraftfuld form for syntetisk kemi end dem, der blev brugt på det tidspunkt. Selvom versioner af foredraget blev genoptrykt i nogle få populære magasiner, gik den stort set ubemærket hen og inspirerede ikke den konceptuelle begyndelse af nanoteknologiområdet . Begyndende i 1980'erne citerede fortalere for nanoteknologi det for at fastslå den videnskabelige troværdighed af deres arbejde.

Forestilling

Feynman overvejede nogle konsekvenser af en generel evne til at manipulere stof på atomskala. Han var især interesseret i mulighederne for tættere computerkredsløb og mikroskoper, der kunne se ting meget mindre, end det er muligt med scanningselektronmikroskoper . Disse ideer blev senere realiseret ved brug af scanningstunnelmikroskopet , atomkraftmikroskopet og andre eksempler på scanningprobemikroskopi og opbevaringssystemer såsom Tusindben , skabt af forskere ved IBM .

Feynman foreslog også, at det i princippet skulle være muligt at lave maskiner i nanoskala, der "arrangerer atomerne, som vi vil", og laver kemisk syntese ved mekanisk manipulation.

Han præsenterede også muligheden for at " sluge lægen ", en idé, som han krediterede i essayet til sin ven og kandidatstuderende Albert Hibbs . Dette koncept involverede at bygge en lille, slugelig kirurgisk robot.

Som et tankeeksperiment foreslog han at udvikle et sæt af en kvart-skala manipulator-hænder, der var slave af operatørens hænder for at bygge kvart-skala værktøjsmaskiner analogt med dem, der findes i ethvert maskinværksted. Dette sæt små værktøjer ville så blive brugt af de små hænder til at bygge og betjene ti sæt af en sekstende-skala hænder og værktøjer, og så videre, kulminerende i måske en milliard små fabrikker for at opnå massivt parallelle operationer. Han bruger analogien med en strømaftager som en måde at nedskalere varer. Denne idé blev delvist forudset, ned til mikroskalaen, af science fiction-forfatteren Robert A. Heinlein i hans historie fra 1942 Waldo .

Efterhånden som størrelserne blev mindre, ville man være nødt til at redesigne værktøjer, fordi den relative styrke af forskellige kræfter ville ændre sig. Tyngdekraften ville blive mindre vigtig, og Van der Waals-kræfter som overfladespænding ville blive vigtigere. Feynman nævnte disse skaleringsproblemer under sit foredrag. Ingen har endnu forsøgt at implementere dette tankeeksperiment; nogle typer af biologiske enzymer og enzymkomplekser (især ribosomer ) fungerer kemisk på en måde tæt på Feynmans vision. Feynman nævnte også i sit foredrag, at det kunne være bedre i sidste ende at bruge glas eller plast, fordi deres større ensartethed ville undgå problemer i den meget lille skala (metaller og krystaller er adskilt i domæner, hvor gitterstrukturen er fremherskende). Det kunne være en god grund til at lave maskiner og elektronik af glas og plast. På nuværende tidspunkt er der elektroniske komponenter lavet af begge materialer. I glas er der optiske fiberkabler , der forstærker lysimpulserne med jævne mellemrum, ved hjælp af glas doteret med sjældne jordarters grundstof erbium . Det doterede glas splejses ind i fiberen og pumpes af en laser, der arbejder med en anden frekvens. I plast fremstilles felteffekttransistorer med polythiophene , en polymer opfundet af Alan J. Heeger et al. der bliver en elektrisk leder, når den oxideres. I 2016 adskilte en faktor på kun 20 i elektronmobilitet plast fra silicium.

Udfordringer

På mødet afsluttede Feynman sin tale med to udfordringer og tilbød en præmie på $1000 til den første, der løser hver enkelt. Den første udfordring involverede konstruktionen af ​​en lillebitte motor , som til Feynmans overraskelse blev opnået i november 1960 af Caltech-uddannede William McLellan , en omhyggelig håndværker, ved hjælp af konventionelle værktøjer. Motoren opfyldte betingelserne, men fremmede ikke kunsten. Den anden udfordring involverede muligheden for at nedskalere bogstaver, der er små nok til at kunne passe hele Encyclopædia Britannica på hovedet af en nål, ved at skrive informationen fra en bogside på en overflade 1/25.000 mindre i lineær skala. I 1985 reducerede Tom Newman , en kandidatstuderende fra Stanford, med succes det første afsnit af A Tale of Two Cities med 1/25.000 og vandt den anden Feynman-pris. Newmans specialerådgiver, R. Fabian Pease, havde læst avisen i 1966, men det var en anden kandidatstuderende i laboratoriet, Ken Polasko, der for nylig havde læst det, der foreslog at prøve udfordringen. Newman ledte efter et vilkårligt tilfældigt mønster for at demonstrere deres teknologi. Newman sagde: "Tekst var ideel, fordi den har så mange forskellige former."

Reception

The New Scientist rapporterede, at "det videnskabelige publikum var betaget." Feynman havde "spundet ideen væk fra hovedet af hans sind" uden selv "noter fra på forhånd". Der var ingen kopier af talen tilgængelige. En "fremsynet beundrer" medbragte en båndoptager, og et redigeret udskrift, uden Feynmans vittigheder, blev lavet til udgivelse af Caltech. I februar 1960 offentliggjorde Caltechs Engineering and Science talen. Ud over uddrag i The New Scientist blev versioner trykt i The Saturday Review og Popular Science . Aviser annoncerede vinderen af ​​den første udfordring. Foredraget blev inkluderet som det sidste kapitel i bogen fra 1961, Miniaturisering .

Indvirkning

K. Eric Drexler tog senere Feynman-konceptet om en milliard små fabrikker og tilføjede ideen om, at de kunne lave flere kopier af sig selv, via computerstyring i stedet for kontrol af en menneskelig operatør, i sin bog fra 1986 Engines of Creation: The Coming Era of Nanoteknologi .

Efter Feynmans død har forskere, der studerer den historiske udvikling af nanoteknologi, konkluderet, at hans rolle i at katalysere nanoteknologisk forskning ikke blev højt vurderet af mange af de mennesker, der var aktive i det begyndende felt i 1980'erne og 1990'erne. Chris Toumey, en kulturantropolog ved University of South Carolina, har rekonstrueret historien om offentliggørelsen og genudgivelsen af ​​Feynmans foredrag sammen med registreringen af ​​citater til "Plenty of Room" i den videnskabelige litteratur.

I Toumeys artikel "Reading Feynman into Nanotechnology" fra 2008 fandt han 11 versioner af udgivelsen af ​​"Plenty of Room", plus to forekomster af en nært beslægtet tale af Feynman, "Infinitesimal Machinery", som Feynman kaldte "Plenty of Room, Revisited" " (udgivet under navnet "Infinitesimal Machinery"). Også i Toumeys referencer er videobånd af den anden tale. Tidsskriftet Nature Nanotechnology dedikerede et nummer i 2009 til emnet.

Toumey fandt ud af, at de offentliggjorte versioner af Feynmans tale havde en ubetydelig indflydelse i de tyve år efter, at den første gang blev offentliggjort, målt ved citater i den videnskabelige litteratur, og ikke meget mere indflydelse i tiåret efter Scanning Tunneling Microscope blev opfundet i 1981. Interessen for "Plenty of Room" i den videnskabelige litteratur steg kraftigt i begyndelsen af ​​1990'erne. Dette skyldes sandsynligvis, at udtrykket "nanoteknologi" fik seriøs opmærksomhed lige før den tid, efter dets brug af Drexler i hans bog fra 1986, Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology , som citerede Feynman, og i en forsideartikel med overskriften "Nanotechnology" , udgivet senere samme år i et videnskabeligt orienteret magasin i massecirkulation , OMNI . Tidsskriftet Nanotechnology blev lanceret i 1989; det berømte Eigler-Schweizer eksperiment , der præcist manipulerede 35 xenonatomer, blev offentliggjort i Nature i april 1990; og Science havde et særligt nummer om nanoteknologi i november 1991. Disse og andre udviklinger antyder, at den tilbagevirkende genopdagelse af "Plenty of Room" gav nanoteknologien en pakket historie, der gav en tidlig dato til december 1959, plus en forbindelse til Richard Feynman.

Toumeys analyse inkluderer også kommentarer fra videnskabsmænd inden for nanoteknologi, som siger, at "Plenty of Room" ikke påvirkede deres tidlige arbejde, og de fleste af dem havde ikke læst det før på et senere tidspunkt.

Feynmans statur som nobelpristager og som en vigtig skikkelse i det 20. århundredes videnskab hjalp fortalere for nanoteknologi og gav et værdifuldt intellektuelt link til fortiden. Mere konkret spillede hans statur og koncept for atomisk præcis fremstilling en rolle i at sikre finansiering til nanoteknologisk forskning, illustreret af præsident Clintons tale i januar 2000, der opfordrede til et føderalt program:

Mit budget støtter et stort nyt nationalt nanoteknologiinitiativ til en værdi af 500 millioner dollars. Caltech er ikke fremmed for ideen om nanoteknologi, evnen til at manipulere stof på atom- og molekylært niveau. For over 40 år siden spurgte Caltechs egen Richard Feynman: "Hvad ville der ske, hvis vi kunne arrangere atomerne et efter et, som vi vil have dem?"

Den version af loven om forskning og udvikling af nanoteknologi, der blev vedtaget af Parlamentet i maj 2003, opfordrede til en undersøgelse af den tekniske gennemførlighed af molekylær fremstilling, men denne undersøgelse blev fjernet for at sikre finansiering af mindre kontroversiel forskning, før den blev vedtaget af Senatet og underskrevet i lov af præsident George W. Bush den 3. december 2003.

I 2016 rapporterede en gruppe forskere fra TU Delft og INL lagringen af ​​et afsnit af Feynmans foredrag ved hjælp af binær kode, hvor hver bit blev lavet med en enkelt atomart ledig plads. Ved at bruge et scanningstunnelmikroskop til at manipulere tusindvis af atomer, lavede forskerne teksten:

Men jeg er ikke bange for at overveje det sidste spørgsmål om, hvorvidt vi i sidste ende – i den store fremtid – kan arrangere atomerne, som vi ønsker; selve atomerne, hele vejen ned! Hvad ville der ske, hvis vi kunne arrangere atomerne et efter et, som vi vil have dem (inden for rimelighedens grænser, man kan f.eks. ikke sætte dem så de er kemisk ustabile). Indtil nu har vi nøjedes med at grave i jorden for at finde mineraler. Vi opvarmer dem, og vi laver ting i stor skala med dem, og vi håber at få et rent stof med bare så meget urenhed, og så videre. Men vi må altid acceptere et eller andet atomarrangement, som naturen giver os. Vi har ikke noget, f.eks. med et "skaktern"-arrangement, med urenhedsatomerne nøjagtigt arrangeret 1.000 ångstrøm fra hinanden, eller i et andet bestemt mønster.

Denne tekst bruger nøjagtigt 1 kilobyte, dvs. 8128 bits, lavet med 1 atom ledig plads hver, og udgør dermed den første atomare kilobyte, med en lagertæthed, der er 500 større end den kendte teknik nærmer sig. Den tekst, der kræves for at " arrangere atomerne, som vi ønsker ", i et skakternet mønster. Denne selvrefererende hyldest til Feynmans vision blev dækket af både videnskabelige tidsskrifter og mainstream-medier.

Fiction biprodukter

• I " The Tree of Time ", en novelle udgivet i 1964, bruger Damon Knight ideen om en barriere, der skal konstrueres atom for atom (en tidsbarriere, i historien).

Udgaver

Se også

• Foresight Nanotech Institute Feynman-prisen
• Moores lov
• Nanobil

Referencer

eksterne links

• Feynmans klassiske tale fra 1959: Der er masser af plads i bunden
• Der er masser af plads i bunden i februar 1960 Engineering and Science Caltech Magazine