«Внизу полным-полно места»: Как Фейнман заложил основу нанотехнологий

Сформулировано видение нанотехнологий

Дата: 29 декабря 1959 г.
Место: Пасадена, Калифорния
Ключевая фигура: Ричард Фейнман

В один из декабрьских дней Ричард Фейнман выступил в Калифорнийском технологическом институте с, казалось бы, забавной лекцией — и тем самым задумал целую новую область физики.

В своем выступлении под названием «Там, внизу, полным-полно места» он описал колоссальный потенциал, который мог бы быть реализован, если бы ученые научились манипулировать материей и контролировать ее на «микроскопическом уровне».

Насколько микроскопическом? Фейнман отмел как нечто незначительное даже передовые достижения своего времени, например, написание молитвы «Отче наш» на булавочной головке.

«Но это ерунда; это самый примитивный, робкий шажок в том направлении, о котором я хочу говорить. Тот мир, что внизу, ошеломляюще мал», — заявил Фейнман. Вместо этого он предположил, что на той же булавочной головке можно уместить все 24 тома Британской энциклопедии, и элегантно доказал, что для этого действительно достаточно места, чтобы текст оставался читаемым.

Далее он исследовал возможности целого ряда тогда еще футуристических идей: электронных микроскопов, способных манипулировать отдельными атомами, ультракомпактного хранения данных, миниатюрных компьютеров и мощных биологических машин, которые можно проглотить, после чего они отправятся в органы, вроде сердца, найдут дефекты и исправят их крошечными скальпелями. Он предложил несколько путей создания таких инноваций, включая манипулирование светом и ионами.

Завершил лекцию Фейнман, предложив два вознаграждения по 1000 долларов каждое: первому, кто уменьшит текст книги в 25 000 раз так, чтобы его можно было прочесть с помощью электронного микроскопа, и тому, кто создаст электромотор объемом не более 1/64 кубического дюйма (около 0,4 мм³).

Вторая награда была вручена уже в следующем году инженеру Уильяму Маклеллану, создавшему мотор весом 250 микрограммов из 13 деталей. В поздравительном письме Фейнман пошутил, что Маклеллану не стоит «начинать писать мелко», иначе он решит и первую задачу и будет ждать вторую тысячу долларов. «Я не собираюсь выплачивать вторую премию. С тех пор, как я написал ту статью, я женился и купил дом!» — написал физик. Первый же вызов был покорен лишь в 1985 году, когда выпускник Стэнфорда Томас Ньюман уменьшил первую страницу классического романа Диккенса «Повесть о двух городах». За вторую же премию Фейнман, в конце концов, заплатил.

Сегодня лекция Фейнмана в Калтехе считается знаковым событием, положившим начало эре нанотехнологий. Однако сам термин «нанотехнологии» появился лишь 15 лет спустя, когда ученый Норио Танигути опубликовал работу о манипулировании материалом на атомном уровне.

В той статье 1974 года Танигути описал нанотехнологии как «процесс разделения, объединения и деформации материалов одним атомом или одной молекулой». Многие историки науки теперь полагают, что эта область развивалась по своей собственной траектории, и хотя прозорливая лекция Фейнмана была вдохновляющей, она не стала непосредственным двигателем будущих инноваций. До 1980 года на нее ссылались менее десяти раз.

Но независимо от того, двигала ли она прогресс напрямую, многие предсказания Фейнмана с тех пор сбылись. Сканирующий туннельный микроскоп манипулировал отдельными атомами ксенона в 1990 году. Компьютеры, мощнее тех, о которых он говорил, теперь помещаются у нас в кармане, а не занимают целые комнаты. И действительно, были созданы крошечные наноботы, способные восстанавливать поврежденные кровеносные сосуды, — почти как те «проглатываемые хирурги», о которых мечтал гениальный физик в далеком 1959 году.