“ Tam je spousta místa na dně: Pozvánka vstoupit do nového oboru fyziky” je přednáška fyzika Richarda Feynmana na výročním setkání Americké fyzikální společnosti na California Institute of Technology 29. prosince 1959 [1] . Feynman viděl možnost přímé manipulace s jednotlivými atomy jako silnější formu syntetické chemie než ty, které se v té době používaly. Ačkoli verze zprávy byly přetištěny v několika populárních časopisech, zůstaly většinou bez povšimnutí a nestimulovaly rozvoj koncepčních základů oboru. Od 80. let jej zastánci nanotechnologií citovali, aby ospravedlnili vědeckou platnost své práce.
Feynman zvažoval některé důsledky obecné schopnosti manipulovat s hmotou v atomovém měřítku. Zajímaly ho zejména možnosti výroby hustších počítačových obvodů a mikroskopů , které by mohly vidět věci mnohem menší, než je možné u rastrovacích elektronových mikroskopů . Tyto myšlenky byly později realizovány pomocí skenovacího tunelového mikroskopu , mikroskopu atomárních sil a dalších příkladů skenovací sondové mikroskopie a úložných systémů, jako je Millipede , postavených výzkumníky z IBM .
Feynman také navrhl, že je v zásadě možné vytvořit stroje v nanoměřítku , které „uspořádají atomy tak, jak chceme“ a provádějí chemickou syntézu pomocí mechanické manipulace.
Představil také myšlenku „ polykání doktora“, myšlenku, kterou připsal v eseji svému příteli a postgraduálnímu studentovi Albertu Hibbsovi . Tento koncept měl vytvořit malého, polykatelného chirurgického robota.
Jako myšlenkový experiment navrhl vyvinout sadu manipulátorů se čtvrtinou ramene podřízených rukám operátora, aby vytvořily jedno čtvrtinové obráběcí stroje, podobné těm, které se nacházejí v jakékoli strojírně. Tato sada malých nástrojů by pak byla použita malými ručičkami k vytváření a práci s deseti sadami ručiček a nástrojů v měřítku jedné šestnáctiny atd., což vyvrcholilo v miliardě malých továren provádějících masivně paralelní operace. Používá analogii pantografu jako způsob, jak zmenšit objekty. Tento nápad byl částečně očekáván, až do mikroměřítku, spisovatelem sci-fi Robert A. Heinlein ve své povídce „Waldo“ z roku 1942 [2] [3] .
Jak se rozměry zmenšují, musí se měnit konstrukce nástrojů, protože se mění relativní velikost různých sil. Gravitace ztratí svůj dřívější význam a van der Waalsovy síly, jako je povrchové napětí, se stanou důležitějšími. Feynman se o těchto problémech škálování zmínil během své přednášky. O tento myšlenkový experiment se zatím nikdo nepokusil, ale určité typy biologických enzymů a enzymových komplexů (zejména ribozomy ) fungují chemicky v podstatě stejným způsobem, jak to viděl Feynman [4] [5] . Feynman ve své přednášce také zmínil, že z dlouhodobého hlediska by mohlo být lepší použít sklo nebo plast, protože jejich větší homogenita by se vyhnula problémům na velmi malých měřítcích (kovy a krystaly jsou rozděleny do oblastí, kde převažuje struktura mřížky) [6] . To by mohl být dobrý důvod k výrobě strojů a elektroniky ze skla a plastu. V současné době existují elektronické součástky vyrobené z obou materiálů. K dispozici jsou kabely z optických vláken , které zesilují světelné pulzy v pravidelných intervalech pomocí skla dopovaného prvkem vzácných zemin erbiem . Dopované sklo je řezáno do vlákna a čerpáno laserem pracujícím na jiné frekvenci [7] . Existují FETy vyrobené z polythiofenu (polymer vytvořený skupinou Alana Heegera ), který se po oxidaci stává elektrickým vodičem. Do roku 2016 z hlediska mobility elektronů plast zaostával za křemíkem pouze 20krát [8] [9] .
Na schůzce Feynman ukončil svůj rozhovor dvěma problémy a nabídl odměnu 1 000 dolarů tomu, kdo je jako první vyřeší. Prvním úkolem bylo vytvořit malý motor ( nanomotor ), který k Feynmanovu překvapení dokončil v listopadu 1960 absolvent Caltechu William McLellan , pečlivý řemeslník, který používal tradiční nástroje [10] . Motor splňoval všechny Feynmanovy požadavky, ale nepoužíval navrhované nové technologie. Druhým problémem byla schopnost udělat znaky tak malé, že celá Encyclopædia Britannica mohla být vytištěna na špendlíku, což odpovídalo lineárnímu měřítku 1 : 25 000 . [11] [12 ] [13] . Newmanův vedoucí, R. Fabian Pease, znal Feynmanovu přednášku, četl ji v roce 1966; nicméně další postgraduální student v laboratoři, Ken Polasko, který ji nedávno četl, byl iniciátorem účasti na procesu. Newman hledal náhodný vzorek textu, aby demonstroval svou technologii. Volba padla na Příběh dvou měst, protože podle Newmana byl „text dokonalý, protože měl tolik různých podob“ [14] .
Časopis New Scientist napsal, že „vědecké publikum bylo fascinováno“. Feynman „vymotal myšlenku z hlavy“ bez „připravených tezí“, takže zpočátku neexistoval žádný tištěný text přednášky. Vizionářský obdivovatel s sebou přinesl magnetofon a upravený přepis, bez Feynmanových vtipů, připravil k publikaci Caltech [15] . V únoru 1960 publikoval tento projev časopis Caltech Engineering and Science . Kromě výňatků z The New Scientist byly verze otištěny v The Saturday Review and Popular Science . Brzy noviny oznámily vítězství v první soutěži [16] [17] . Přednáška byla zařazena jako poslední kapitola do knihy Miniaturizace z roku 1961 [18] .
Eric Drexler později převzal Feynmanův koncept miliardy malých továren a ve své knize Engines of Creativity: The Coming Era of Nanotechnology dodal , že mohou vyrábět své kopie pod kontrolou počítače, bez kontroly lidského operátora.
Od Feynmanovy smrti došli vědci zabývající se historickým vývojem nanotechnologií k závěru, že jeho roli při katalýze nanotechnologického výzkumu mnoho lidí zabývajících se touto rodící se oblastí v 80. a 90. letech 20. století nedocenilo. Chris Toumey, kulturní antropolog na University of South Carolina, znovu vytvořil publikační a dotiskovou historii Feynmanova projevu, stejně jako seznam citací přednášky v literatuře faktu [19] .
V Toomeyho článku z roku 2008 „Reading Feynman into Nanotechnology“ [20] našel 11 verzí publikace „Lots of Place“ a také dva příklady Feynmanovy úzce související řeči „Infinitesimal Machinery“ [21] , kterou sám Feynman nazval Plenty of Room, Revisited (publikováno jako Infinitesimal Machinery). Také v Toomeyho odkazech jsou videa z tohoto druhého představení. Časopis Nature Nanotechnology věnoval tomuto tématu vydání v roce 2009 [22] [23] .
Toomey zjistil, že Feynmanovy projevy měly malý dopad během dvaceti let po prvním zveřejnění, měřeno citačním dopadem ve vědecké literatuře, a ne mnohem větší dopad v desetiletí poté, co byl v roce 1981 vytvořen rastrovací tunelový mikroskop. Zájem o přednášky v odborné literatuře výrazně vzrostl na počátku 90. let. Je to pravděpodobně proto, že výrazu „nanotechnologie“ se dostalo značné pozornosti po jeho použití Drexlerem v knize Engines of Creativity: The Coming Era of Nanotechnology z roku 1986 , ve které byl citován Feynman, a v doprovodném článku nazvaném „Nanotechnology“, publikovaném později v roce 1986. téhož roku v populárně vědeckém časopise Omni [24] [25] . Časopis Nanotechnologies vyšel v roce 1989; slavný Eigler-Schweitzerův experiment pro přesnou manipulaci s atomy xenonu byl publikován v Nature v dubnu 1990; Věda věnovala speciální číslo nanotechnologii v listopadu 1991.
Toomeyho analýza také zahrnuje komentáře od nanotechnologů, kteří tvrdí, že Feynmanova přednáška neovlivnila jejich ranou práci a většina z nich si přednášku přečetla později.
Feynmanovo postavení laureáta Nobelovy ceny a významné osobnosti vědy 20. století pomohlo zastáncům nanotechnologií a poskytlo důležité intelektuální spojení s minulostí [2] . Přesněji řečeno, jeho autorita a koncept atomově přesné výroby hrály roli při zajišťování financování nanotechnologického výzkumu, jak dokládá projev prezidenta Clintona z ledna 2000, který požadoval federální program:
Navrhovaný rozpočet zahrnuje 500 milionů dolarů na podporu National Nanotechnology Initiative.Caltech není nováčkem v oblasti nanotechnologií, které umožňují manipulaci s hmotou na atomové a molekulární úrovni. Před více než 40 lety si zaměstnanec Caltechu Richard Feynman položil otázku: "Co by se stalo, kdybychom dokázali uspořádat atomy jeden po druhém tak, jak chceme?" [26]
Původní text (anglicky)[ zobrazitskrýt] Můj rozpočet podporuje novou významnou národní nanotechnologickou iniciativu v hodnotě 500 milionů dolarů. Caltechu není cizí myšlenka nanotechnologie, schopnosti manipulovat s hmotou na atomové a molekulární úrovni. Před více než 40 lety se Richard Feynman z Caltechu zeptal: "Co by se stalo, kdybychom dokázali uspořádat atomy jeden po druhém tak, jak je chceme?" [26] .Verze zákona o výzkumu a vývoji nanotechnologií schválená Sněmovnou reprezentantů v květnu 2003 zahrnovala studii technické proveditelnosti molekulární výroby. Tento program byl zrušen, aby se zajistilo financování pro méně kontroverzní výzkum, ale později byl schválen Senátem a podepsán prezidentem Georgem W. Bushem 3. prosince 2003 [27] .
V The Tree of Time , povídce publikované v roce 1964, Damon Knight používá myšlenku bariéry, která má být postavena atom po atomu ("časová bariéra").