" There's Plenty of Room at the Bottom: An Invitation to Enter a New Field of Physics" är en föreläsning som hålls av fysikern Richard Feynman vid American Physical Societys årsmöte vid California Institute of Technology den 29 december 1959 [1] . Feynman såg möjligheten att direkt manipulera enskilda atomer som en kraftfullare form av syntetisk kemi än de som användes vid den tiden. Även om versioner av rapporten trycktes om i flera populära tidskrifter, gick de i stort sett obemärkt förbi och stimulerade inte utvecklingen av fältets konceptuella grunder. Sedan 1980-talet har förespråkare för nanoteknik citerat honom för att motivera den vetenskapliga giltigheten av deras arbete.
Feynman övervägde några av implikationerna av den allmänna förmågan att manipulera materia på atomär skala. Han var särskilt intresserad av möjligheterna att göra tätare datorkretsar och mikroskop som kunde se saker mycket mindre än vad som är möjligt med svepelektronmikroskop . Dessa idéer implementerades senare med avsökningstunnelmikroskopet , atomkraftmikroskopet och andra exempel på avsökningssondmikroskopi och lagringssystem som tusenfotingen , byggt av forskare vid IBM .
Feynman föreslog också att det i princip var möjligt att skapa maskiner i nanoskala som "arrangerar atomer som vi vill" och utför kemisk syntes genom mekanisk manipulation.
Han introducerade också idén om att " svälja doktorn", en idé som han tillskrev i en uppsats till sin vän och doktorand Albert Hibbs . Detta koncept var att skapa en liten, sväljbar kirurgisk robot.
Som ett tankeexperiment föreslog han att man skulle utveckla en uppsättning kvartsarmsmanipulatorer som är underordnade operatörens händer för att skapa en fjärdedels verktygsmaskiner, liknande de som finns i vilken maskinverkstad som helst. Denna uppsättning små verktyg skulle sedan användas av små händer för att skapa och arbeta med tio uppsättningar av en sextondels skala händer och verktyg, etc., vilket kulminerade i en miljard små fabriker för att utföra massivt parallella operationer. Han använder pantografanalogin som ett sätt att krympa föremål. Denna idé förutsågs delvis, ner till mikroskalan, av science fiction-författaren Robert A. Heinlein i hans 1942 novell "Waldo" [2] [3] .
När dimensionerna blir mindre måste konstruktionen av verktygen förändras eftersom den relativa storleken på de olika krafterna förändras. Tyngdkraften kommer att förlora sin tidigare betydelse, och van der Waals krafter, såsom ytspänning, kommer att bli viktigare. Feynman nämnde dessa skalningsproblem under sitt föredrag. Ingen har ännu försökt sig på detta tankeexperiment, men vissa typer av biologiska enzymer och enzymkomplex (särskilt ribosomer ) fungerar kemiskt på ungefär samma sätt som Feynman [4] [5] såg det . Feynman nämnde också i sin föreläsning att det på sikt kan vara bättre att använda glas eller plast, eftersom deras större homogenitet skulle undvika problem i mycket små skalor (metaller och kristaller är indelade i regioner där gallerstrukturen dominerar) [6] . Detta kan vara en bra anledning att göra maskiner och elektronik av glas och plast. För närvarande finns det elektroniska komponenter gjorda av båda materialen. Fiberoptiska kablar finns tillgängliga som förstärker ljuspulser med jämna mellanrum med hjälp av glas dopat med det sällsynta jordartsmetallelementet erbium . Det dopade glaset skärs in i fibern och pumpas av en laser som arbetar med en annan frekvens [7] . Det finns FETs gjorda av polytiofen (en polymer skapad av Alan Heegers grupp ), som blir en elektrisk ledare när den oxideras. År 2016, när det gäller elektronrörlighet, släpade plasten efter kisel med endast 20 gånger [8] [9] .
På mötet avslutade Feynman sitt samtal med två problem och erbjöd ett pris på 1 000 dollar till den första personen som löste dem. Den första uppgiften var att skapa en liten motor ( nanomotor ), som, till Feynmans förvåning, färdigställdes i november 1960 av Caltech-utexaminerade William McLellan , en noggrann hantverkare som använde traditionella verktyg [10] . Motorn uppfyllde alla Feynmans krav, men använde inte den föreslagna nya tekniken. Det andra problemet var möjligheten att göra tecknen så små att hela Encyclopædia Britannica kunde tryckas på huvudet av en nål, motsvarande en linjär skala på 1 : 25 000. [11] [12 ] [13] . Newmans handledare, R. Fabian Pease, var bekant med Feynmans föreläsning efter att ha läst den 1966; dock var en annan doktorand i labbet, Ken Polasko, som nyligen hade läst den, initiativtagaren till att delta i försöket. Newman letade efter ett slumpmässigt urval av text för att demonstrera sin teknik. Valet föll på A Tale of Two Cities eftersom, enligt Newman, "texten var perfekt eftersom den hade så många olika former" [14] .
Tidningen New Scientist skrev att "den vetenskapliga publiken var fascinerad." Feynman "vridde idén ur huvudet" utan "förberedda teser", så det fanns ingen tryckt text av föreläsningen först. Den visionära beundraren tog med sig en bandspelare, och en redigerad utskrift, utan Feynmans skämt, förbereddes för publicering av Caltech [15] . I februari 1960 publicerade Caltech-tidskriften Engineering and Science detta tal. Förutom utdrag från The New Scientist trycktes versioner i The Saturday Review och Popular Science . Snart tillkännagav tidningar seger i den första tävlingen [16] [17] . Föreläsningen ingick som det sista kapitlet i 1961 års bok Miniaturization [18] .
Eric Drexler tog senare Feynmans koncept om en miljard små fabriker och lade till i sin bok Engines of Creativity: The Coming Era of Nanotechnology att de kunde producera kopior av sig själva under datorkontroll, utan mänsklig operatörskontroll.
Sedan Feynmans död har forskare som studerar den historiska utvecklingen av nanoteknik dragit slutsatsen att hans roll i att katalysera nanoteknologisk forskning inte uppskattades av många människor som var involverade i detta begynnande område på 1980- och 1990-talen. Chris Toumey, en kulturantropolog vid University of South Carolina, har återskapat publicerings- och omtryckshistorien för Feynmans tal, såväl som föreläsningens citatlista i facklitteraturen [19] .
I Toomeys 2008-artikel "Reading Feynman into Nanotechnology" [20] hittade han 11 versioner av publikationen "Lots of Place" samt två exempel på Feynmans närbesläktade "Infinitesimal Machinery"-tal [21] , som Feynman själv kallade Plenty av Room, Revisited (publicerad som Infinitesimal Machinery). I Toomeys länkar finns också videor av denna andra föreställning. Tidskriften Nature Nanotechnology ägnade ett nummer åt detta ämne 2009 [22] [23] .
Toomey fann att Feynmans tal hade liten inverkan under de tjugo åren efter den första publiceringen, mätt som citeringspåverkan i den vetenskapliga litteraturen, och inte mycket mer genomslagskraft under årtiondet efter att det skanande tunnelmikroskopet skapades 1981. Intresset för föreläsningar i vetenskaplig litteratur ökade markant i början av 1990-talet. Detta beror sannolikt på att termen "nanoteknologi" fick stor uppmärksamhet efter att den användes av Drexler i boken Engines of Creativity: The Coming Era of Nanotechnology från 1986 , där Feynman citerades, och i en medföljande artikel med titeln "Nanotechnology", publicerad senare i samma år i den populärvetenskapliga tidningen Omni [24] [25] . Nanotechnologies magazine dök upp 1989; det berömda Eigler-Schweitzer-experimentet , för exakt manipulation av xenonatomer, publicerades i Nature i april 1990; Science ägnade ett specialnummer åt nanoteknik i november 1991.
Toomeys analys innehåller också kommentarer från nanoteknologer som hävdar att Feynmans föreläsning inte påverkade deras tidiga arbete, och de flesta av dem läste föreläsningen senare.
Feynmans position som nobelpristagare och en viktig figur inom 1900-talets vetenskap har hjälpt anhängare av nanoteknik och gett en viktig intellektuell länk till det förflutna [2] . Närmare bestämt spelade hans auktoritet och koncept av atomärt exakt tillverkning en roll för att säkra finansieringen för nanoteknologisk forskning, vilket framgår av president Clintons tal i januari 2000 där han uppmanade till ett federalt program:
Den föreslagna budgeten inkluderar 500 miljoner dollar i stöd för National Nanotechnology Initiative.Caltech är inte nytt inom området nanoteknik, vilket tillåter manipulation av materia på atomär och molekylär nivå. För mer än 40 år sedan ställde Caltech-anställde Richard Feynman frågan: "Vad skulle hända om vi kunde ordna atomer en efter en som vi vill att de ska göra?" [26]
Originaltext (engelska)[ visaDölj] Min budget stöder ett stort nytt nationellt nanoteknikinitiativ , värt 500 miljoner dollar. Caltech är inte främmande för idén om nanoteknik förmågan att manipulera materia på atomär och molekylär nivå. För över 40 år sedan frågade Caltechs egen Richard Feynman: "Vad skulle hända om vi kunde ordna atomerna en efter en som vi vill ha dem?" [26] .Den version av Nanotechnology Research and Development Act som antogs av representanthuset i maj 2003 inkluderade en studie av den tekniska genomförbarheten av molekylär tillverkning. Detta program avskaffades för att säkerställa finansiering för mindre kontroversiell forskning, men antogs senare av senaten och undertecknades i lag av president George W. Bush den 3 december 2003 [27] .
I The Tree of Time , en novell publicerad 1964, använder Damon Knight idén om en barriär som ska byggas atom för atom (en "tidsbarriär").