" Alhaalla on paljon tilaa: kutsu astua uudelle fysiikan alalle" on fyysikko Richard Feynmanin luento American Physical Societyn vuosikokouksessa California Institute of Technologyssa 29. joulukuuta 1959 [1] . Feynman näki mahdollisuuden manipuloida suoraan yksittäisiä atomeja tehokkaampana synteettisen kemian muotona kuin tuolloin käytössä olleet. Vaikka raportin versioita julkaistiin useissa suosituissa aikakauslehdissä, ne jäivät suurelta osin huomaamatta eivätkä edistäneet alan käsitteellisen perustan kehittymistä. Nanoteknologian kannattajat ovat viitanneet häneen 1980-luvulta lähtien perustellakseen työnsä tieteellistä pätevyyttä.
Feynman pohti joitakin seurauksia yleisestä kyvystä manipuloida ainetta atomimittakaavassa. Häntä kiinnostivat erityisesti mahdollisuudet tehdä tiheämpiä tietokonepiirejä ja mikroskooppeja , jotka pystyisivät näkemään paljon pienempiä asioita kuin pyyhkäisyelektronimikroskoopeilla on mahdollista . Nämä ideat toteutettiin myöhemmin pyyhkäisytunnelimikroskoopilla , atomivoimamikroskoopilla ja muilla esimerkeillä skannaavien koettimien mikroskoopista ja tallennusjärjestelmistä, kuten IBM :n tutkijoiden rakentamasta Millipedestä .
Feynman ehdotti myös, että periaatteessa oli mahdollista luoda nanomittakaavan koneita , jotka "järjestävät atomit haluamallamme tavalla" ja suorittavat kemiallista synteesiä mekaanisen manipuloinnin avulla.
Hän esitteli myös ajatuksen " lääkärin nielemisestä ", jonka hän antoi esseessä ystävälleen ja jatko-opiskelijalleen Albert Hibbsille . Tämän konseptin tarkoituksena oli luoda pieni, nieltävä kirurginen robotti.
Ajatuskokeiluna hän ehdotti, että kehitetään neljäsosakäden manipulaattorit, jotka olisivat alisteisia käyttäjän käsille, jotta voitaisiin luoda neljäsosan työstökoneita, jotka ovat samanlaisia kuin missä tahansa konepajassa. Pienet kädet voisivat sitten käyttää tätä pienten työkalujen sarjaa luodakseen ja työskennelläkseen kymmenen sarjan kuudestatoista asteikolla käsiä ja työkaluja jne., mikä huipentuisi miljardiin pieneen tehtaaseen suorittamaan massiivisesti rinnakkaisia toimintoja. Hän käyttää virroittimen analogiaa tapana kutistaa esineitä. Tieteiskirjailija Robert A. Heinlein odotti osittain tätä ajatusta mikromittakaavassa novellissaan "Waldo" [2] [3] vuonna 1942 .
Mittojen pienentyessä työkalujen suunnittelun on muututtava, koska eri voimien suhteellinen suuruus muuttuu. Painovoima menettää entisen merkityksensä ja van der Waalsin voimat, kuten pintajännitys, tulevat entistä tärkeämmiksi. Feynman mainitsi nämä skaalausongelmat puheessaan. Kukaan ei ole vielä yrittänyt tätä ajatuskoetta, mutta tietyntyyppiset biologiset entsyymit ja entsyymikompleksit (erityisesti ribosomit ) toimivat kemiallisesti samalla tavalla kuin Feynman [4] [5] sen näki . Feynman mainitsi myös luennossaan, että pitkällä tähtäimellä saattaa olla parempi käyttää lasia tai muovia, koska niiden suurempi homogeenisuus välttäisi ongelmat hyvin pienissä mitoissa (metallit ja kiteet on jaettu alueisiin, joissa hilarakenne on vallitseva) [6] . Tämä voi olla hyvä syy tehdä koneita ja elektroniikkaa lasista ja muovista. Tällä hetkellä elektronisia komponentteja on valmistettu molemmista materiaaleista. Saatavilla on valokuitukaapeleita , jotka vahvistavat valopulsseja säännöllisin väliajoin käyttämällä lasia , joka on seostettu harvinaisella maametallilla, erbiumilla . Seostettu lasi leikataan kuituun ja pumpataan eri taajuudella toimivalla laserilla [7] . On FETit , jotka on valmistettu polytiofeenista ( Alan Heegerin ryhmän luoma polymeeri ), josta tulee sähköjohdin hapettuessaan. Vuoteen 2016 mennessä muovi oli elektronien liikkuvuuden suhteen vain 20 kertaa jäljessä piistä [8] [9] .
Kokouksessa Feynman päätti keskustelunsa kahteen ongelmaan ja tarjosi 1 000 dollarin palkinnon ensimmäiselle henkilölle, joka ratkaisee ne. Ensimmäinen tehtävä oli luoda pieni moottori ( nanomoottori ), jonka Feynmanin yllätykseksi valmistui marraskuuhun 1960 mennessä Caltechin valmistunut William McLellan , perinteisiä työkaluja käyttänyt huolellinen käsityöläinen [10] . Moottori täytti kaikki Feynmanin vaatimukset, mutta ei käyttänyt ehdotettuja uusia tekniikoita. Toinen ongelma oli kyky tehdä hahmoista niin pieniä, että koko Encyclopædia Britannica voitiin painaa neulan päähän, mikä vastasi lineaarista mittakaavaa 1 : 25 000. [11] [12 ]. ] [13] . Newmanin ohjaaja R. Fabian Pease tunsi Feynmanin luennon, kun hän oli lukenut sen vuonna 1966; kuitenkin toinen laboratorion jatko-opiskelija, äskettäin sen lukenut Ken Polasko, oli alullepanija osallistumaan kokeeseen. Newman etsi satunnaista tekstinäytettä demonstroidakseen tekniikkaansa. Valinta osui tarinaan A Tale of Two Cities, koska Newmanin mukaan "teksti oli täydellinen, koska sillä oli niin monia eri muotoja" [14] .
New Scientist -lehti kirjoitti, että "tieteellinen yleisö oli kiehtonut". Feynman "käänsi idean pois päästään" ilman "valmistettuja teesejä", joten luennosta ei aluksi ollut painettua tekstiä. Visionary Ihailija toi mukanaan nauhurin, ja muokatun tekstin ilman Feynmanin vitsejä valmisteli Caltech julkaistavaksi [15] . Helmikuussa 1960 Caltech-lehti Engineering and Science julkaisi tämän puheen. The New Scientist -julkaisun otteiden lisäksi versiot painettiin The Saturday Review - ja Popular Science - julkaisuissa . Pian sanomalehdet ilmoittivat voiton ensimmäisessä kilpailussa [16] [17] . Luento sisältyi viimeisenä lukuna vuonna 1961 ilmestyneeseen kirjaan Miniaturization [18] .
Myöhemmin Eric Drexler otti Feynmanin käsityksen miljardista pienestä tehtaasta ja lisäsi kirjassaan Engines of Creativity: The Coming Era of Nanotechnology , että he pystyivät valmistamaan kopioita itsestään tietokoneen ohjauksessa ilman ihmisen ohjausta.
Feynmanin kuoleman jälkeen nanoteknologian historiallista kehitystä tutkivat tutkijat ovat tulleet siihen johtopäätökseen, että monet tällä syntyvällä alalla 1980- ja 1990-luvuilla olleet ihmiset eivät arvostaneet hänen rooliaan nanoteknologian tutkimuksen katalysaattorina. Chris Toumey, Etelä-Carolinan yliopiston kulttuuriantropologi, on luonut uudelleen Feynmanin puheen julkaisu- ja uusintapainoshistorian sekä luennon viittausluettelon tietokirjallisuudessa [19] .
Toomeyn vuoden 2008 artikkelissa "Reading Feynman into Nanotechnology" [20] hän löysi 11 versiota "Lots of Place" -julkaisusta sekä kaksi esimerkkiä Feynmanin läheisesti liittyvästä "Infinitesimal Machinery" -puheesta [21] , jota Feynman itse kutsui Plentyksi. of Room, Revisited (julkaistu nimellä Infinitesimal Machinery). Myös Toomeyn linkeissä on videoita tästä toisesta esityksestä. Nature Nanotechnology -lehti omisti tälle aiheelle numeron vuonna 2009 [22] [23] .
Toomey havaitsi, että Feynmanin puheilla oli vain vähän vaikutusta 20 vuoden aikana ensimmäisen julkaisun jälkeen, mitattuna tieteellisen kirjallisuuden viittausvaikutuksella, eikä juurikaan suurempaa vaikutusta vuosikymmenellä sen jälkeen, kun pyyhkäisytunnelimikroskooppi luotiin vuonna 1981. Kiinnostus tieteellisen kirjallisuuden luentoja kohtaan kasvoi merkittävästi 1990-luvun alussa. Tämä johtuu todennäköisesti siitä, että termi "nanoteknologia" sai merkittävää huomiota sen jälkeen, kun Drexler käytti sitä vuoden 1986 kirjassa Engines of Creativity: The Coming Era of Nanotechnology , jossa Feynmania lainattiin, ja oheisessa artikkelissa "Nanotechnology", joka julkaistiin myöhemmin samana vuonna suosittu tiedelehti Omni [24] [25] . Nanotechnologies - lehti ilmestyi vuonna 1989; kuuluisa Eigler-Schweitzer-koe ksenonatomien tarkkaa käsittelyä varten julkaistiin Nature -lehdessä huhtikuussa 1990; Tiede omisti nanoteknologialle erikoisnumeron marraskuussa 1991.
Toomeyn analyysi sisältää myös kommentteja nanoteknologioilta, jotka väittävät, että Feynmanin luento ei vaikuttanut heidän varhaiseen työhönsä, ja useimmat lukivat luennon myöhemmin.
Feynmanin asema Nobel-palkinnon saajana ja tärkeänä hahmona 1900-luvun tieteessä on auttanut nanoteknologian kannattajia ja tarjonnut tärkeän henkisen linkin menneisyyteen [2] . Tarkemmin sanottuna hänen auktoriteettinsa ja käsitteensä atomisesti tarkasta valmistuksesta vaikuttivat rahoituksen turvaamiseen nanoteknologian tutkimukselle, mistä on osoituksena presidentti Clintonin tammikuussa 2000 pitämä puhe, jossa vaadittiin liittovaltion ohjelmaa:
Ehdotettu budjetti sisältää 500 miljoonan dollarin tuen National Nanotechnology Initiativelle.Caltech ei ole uusi nanoteknologian alalla, joka mahdollistaa aineen manipuloinnin atomi- ja molekyylitasolla. Yli 40 vuotta sitten Caltechin työntekijä Richard Feynman kysyi: "Mitä tapahtuisi, jos voisimme järjestää atomit yksitellen haluamallamme tavalla?" [26]
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] Budjettini tukee suurta uutta kansallista nanoteknologia-aloitetta , jonka arvo on 500 miljoonaa dollaria. Caltechille ei ole vieras ajatus nanoteknologiasta, joka on kyky manipuloida ainetta atomi- ja molekyylitasolla. Yli 40 vuotta sitten Caltechin oma Richard Feynman kysyi: "Mitä tapahtuisi, jos voisimme järjestää atomit yksitellen haluamallamme tavalla?" [26] .Edustajainhuoneen toukokuussa 2003 hyväksymä nanoteknologian tutkimus- ja kehityslain versio sisälsi tutkimuksen molekyylivalmistuksen teknisestä toteutettavuudesta. Tämä ohjelma lakkautettiin vähemmän kiistanalaisen tutkimuksen rahoittamiseksi, mutta senaatti hyväksyi sen myöhemmin ja presidentti George W. Bush allekirjoitti lain 3. joulukuuta 2003 [27] .
Vuonna 1964 julkaistussa novellissa The Tree of Time Damon Knight käyttää ajatusta esteestä, joka rakennetaan atomi atomilta ("aikaeste").