Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности - Линн Фостер

Предваряя публикацию, хотелось бы сделать несколько замечаний по истории самого текста, составленного на основе видеозаписи лекции Фейнмана в известной Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) в калифорнийском городе Пасадена. В принципе, лекцию «Инфинитезимальные машины» можно было поместить и в начале книги, используя в качестве своеобразного введения в нанотехнологию, так как в ней Фейнман комментирует некоторые вопросы, затронутые в речи «Внизу полным-полно места» 1959 года. В отличие от этой ставшей знаменитой речи предлагаемая читателю лекция долгое время оставалась фактически неизвестной и забытой до 1993 года, когда благодаря усилиям и инициативе сотрудников Калтеха и JPL удалось разыскать запись и издать ее в полном виде [155] .

Особой благодарности за сохранение, изучение и обработку текста, а также публикацию лекции заслуживают издатель Вильям Триммер и профессор Стив Сентуриа, стараниями которых удалось воссоздать лекцию, сохранив научную ценность и личное обаяние выступления Р. Фейнмана. Кроме того, необходимо подчеркнуть, что данная лекция вовсе не является повторением продающейся видеозаписи телевизионной лекции Р. Фейнмана под названием «Крошечные машины» (Tiny Machines), снятой в 1984 году калифорнийской студией Big Sur специально для ненаучной аудитории (художники, артисты и т. д.).

Разумеется, читатель легко уловит связь между предлагаемым текстом и знаменитой речью Фейнмана, однако лекция позволяет нам проследить ход мыслей великого физика и особенности его отношения к тому, что позднее будет названо нанотехнологиями. Кроме того, живая речь автора позволяет, хотя бы частично, передать обаяние личности и стиля Фейнмана, которое всегда завораживало аудиторию.

Очень важно отметить, как менялось отношение автора к вычислительной технике. Стоит вспомнить, что интерес Фейнмана к вычислительной математике относится еще к годам его работы над первой атомной бомбой в рамках знаменитого «Манхеттенского проекта» в годы Второй мировой войны. В те годы вычислительные машины еще не были созданы, и громоздкие математические вычисления осуществлялись огромной командой из людей-вычислителей, вооруженных арифмометрами. Предложенные Фейнманом новые методы параллельных расчетов позволили значительно повысить эффективность и производительность вычислений и ускорить решение важнейших технических задач. В 1959 году, когда была произнесена речь «Внизу полным-полно места», в полупроводниковой технике широко применялись транзисторы, но в вычислительной технике еще использовались вакуумные лампы, запись на магнитных барабанах и т. п. Возможно поэтому Р. Фейнман уделял тогда мало внимания конкретным проблемам развития кибернетики. Однако 1983 год, когда была записана предлагаемая беседа, может быть отнесен уже к совершенно иной «эпохе», для которой характерно появление персональных компьютеров, развитие первых сетей и нарастание «агрессивных» тенденций закона Мура. Неудивительно, что Фейнман в 1983 году уделил гораздо больше внимания проблемам развития вычислительной техники, тем более что время записи «Инфинитезимальных машин» относится к созданию известного годового курса «Физика вычислительных процессов», который Фейнман читал в Калтехе (совместно с Калдером Мидом и Джоном Хопфильдом). Стоит вспомнить, что до этого Мид и Хопфильд пытались организовать этот учебный курс в 1981–1982 гг. (поскольку сам Фейнман лечился от рака), однако результаты были настолько малоутешительными, что рассматривался вопрос о его отмене. Лишь кратковременное возвращение Фейнмана к активной деятельности и его настойчивость позволили сохранить и расширить курс, что подчеркивает контекст записи этой лекции [156] . Помещая текст «Инфинитезимальные машины» в конце книги, я надеюсь привлечь внимание читателей к богатству идей нанотехнологии, а также просто напомнить о ярком и интересном выступлении блестящего физика и популяризатора науки Р. Фейнмана.

В заключение мне хотелось бы особо отметить деятельность составителя данного сборника не только в издании этой книги, но и в развитии нанотехнологий. Линн Форстер долгие годы выступал в качестве организатора конференций, семинаров и исследований по нанотехногии на самом разном уровне. В предлагаемой читателю книге ему удалось собрать квалифицированных авторов, которые на достаточно высоком уровне, но в популярной и доступной форме представляют общую картину исследований в нанотехнологиях. Книга написана легко, и ее с пользой и удовольствием могут прочитать читатели с самым разным уровнем подготовки вплоть до людей, которым просто интересно понять, что скрывается за постоянными упоминаниями о нанотехнологиях и наноустройствах. Мне бы хотелось выразить особую благодарность Линну Форстеру за его деятельность по пропаганде нанотехнологии вообще и сложную работу по сбору материалов для данной книги в частности.

Майкл Кригер Caltech’63 Willenken Wilson Loh & Stris

Глава 20 Инфинитезимальные машины

Ричард Фейнман

Запись беседы с Ричардом Фейнманом 23 февраля 1983 года в Лаборатории реактивного движения (Пасадена, Калифорния). Печатается с разрешения IEEE Log Number 9210135.

Беседа начинается с вводных слов друга и коллеги Р. Фейнмана, известного физика Ала Хибса.

Я с удовольствием предлагаю вам лекцию «Инфинитезимальные машины», прочитанную моим учителем и старым другом Ричардом, который почти не нуждается в представлении. Он получил образование в Массачусетском технологическом институте (МТИ) и Принстоне, где получил ученую степень в 1942 году. Многие из вас наверняка слышали о его чудачествах и особых талантах. В годы Второй мировой войны он работал в Лос-Аламосе, где прославился умением разгадывать коды и шифры замков. Позднее в Корнелльском университете он экспериментировал с вращающимися обручами, а в Калифорнийском технологическом институте стал известен в качестве барабанщика, умеющего отбивать сложные ритмы южноамериканских и тихоокеанских мелодий. В том же Калтехе он занимался также разгадыванием иероглифов древних майя и выступал в качестве художника, специализировавшегося на изображении обнаженных женщин и т. д. Не стоит и напоминать, что он был большим любителем утренних пробежек трусцой.

Ричард с успехом занимался множеством дел, но Нобелевскую премию ему присудили только по физике. Он уверяет, что не помнит точной даты, но полагает, что это произошло примерно в 1965 году. Для любого другого человека такая забывчивость показалась бы кокетством или странностью, но его знакомые склонны доверять этой фразе, поскольку Ричард никогда не страдал излишней скромностью. Раз говорит, что забыл – значит действительно забыл!

Когда Дик Дэвис попросил меня провести беседу, он ничего не сказал о видеокамере и всем остальном, а просто предложил мне представить, что я разговариваю с приятелями. Мне и в голову не приходило, что приятелей будет так много! Мне было бы легче, если бы я мог рассказать вам много интересных вещей, но в действительности, конечно, я смогу поведать не очень многое, даже если буду говорить долго.

20.1. Мысли о лекции «Внизу полным-полно места»

Когда в 1960 году я выступил с речью, озаглавленной «Внизу полным-полно места» и посвященной будущим технологиям изготовления разнообразных миниатюрных объектов, в сущности, я говорил об известных вещах. Дело в том, что множество важных понятий (например, числа, информация или вычислительные процессы) вообще никак не связаны с конкретными размерами чего-либо. Никто не мешает записать число очень маленькой цифрой, составленной, например, из атомов (я упоминаю атом, потому что невозможно представить себе более миниатюрный элемент для записи!). Из этого сразу следовало, что мы можем научиться записывать огромный объем информации в очень малых физических формах, что, кстати, и произошло затем за весьма короткое время.

Меня много раз просили еще раз поговорить обо всем этом и высказать свое мнение о происшедших переменах, поэтому тему беседы можно обозначить очень просто – возвращение к лекции «Внизу полным-полно места».

Как я и говорил в 1960 году, мы вполне можем обозначить цифру или любой знак комбинацией всего из нескольких атомов. В принципе, нам хватило бы для записи даже одного атома, однако давайте представим себе, что мы имеем две пригоршни разных типов атомов, например, золота и серебра. Сейчас каждый школьник знает, что этого достаточно для записи, поскольку мы можем просто обозначать цифру 1 отдельным сгустком атомов золота, а цифру 0 – сгустком атомов серебра. Для наглядности представьте себе, что эти атомы имеют форму маленьких красивых кубиков, вдоль ребра которых можно уложить всего около сотни атомов. Располагая последовательно такие крошечные кубики, мы можем записать любое число или любую информацию в очень малом объеме пространства. Например, можно легко подсчитать, что содержание всех книг во всех библиотеках мира (включая картинки, графики и т. п.), записанное такими кубиками, не будет превышать по объему куб с ребром 1/20 дюйма, то есть пылинку, едва различимую невооруженным глазом.