Het is 29 december 1959. In het auditorium van het California Institute of Technology (Caltech) heeft een groep natuurkundigen van de American Physical Society zich verzameld. Het diner is afgerond en op het programma staat een lezing van één van de leden, Richard Feynman. De titel, There is Plenty of Room at the Bottom, zegt de aanwezigen weinig. Zou Feynman soms ingaan op de grote hoeveelheid slechte banen in de natuurkunde? De stemming is lacherig; niemand beseft dat wat ze gaan horen vele jaren later baanbrekend genoemd zou worden.
Creatieve geest
In feite zou Feynman in zijn lezing niets anders doen dan zijn fantasie de vrije loop laten. Hoewel de Amerikaanse natuurkundige op dat moment nog niet de grootheid is die hij zou worden (hij had zijn Nobelprijs bijvoorbeeld nog niet gehad), stond hij binnen de wetenschap bekend als een groot intellect met een zeer creatieve geest. Die reputatie bewees Feynman in zijn lezing: hij liet de aanwezigen kennismaken met het idee dat niets in de natuur het verbiedt om enkele atomen en moleculen te manipuleren.
Dat liet de zaal niet onberoerd. Enkele atomen bewerken? Een paar jaar eerder waren atomen pas voor het eerst met een microscoop gezien. Het voorstellingsvermogen van Feynman was revolutionair voor die tijd. Het controleren van materie op atomaire schaal is de essentie van wat we nu nanotechnologie noemen. Wat Feynman deed, en daarmee was hij zijn tijd ver vooruit, was als eerste een technologie beschrijven die pas jaren later zou uitgroeien tot één van de meest ‘sexy’ vakgebieden in de wetenschap. Feynman wordt zodoende wel als de grondlegger van de nanotechnologie gezien.
Voorspellende gave
Even wat voorbeelden van zijn indrukwekkende voorspellende gave. Feynman zag in dat ‘miniaturisatie’ – het almaar kleiner maken van elektronische onderdelen – zeer belangrijk zou worden in toekomstige computers. Hij dacht dat we in staat moesten zijn informatie op atomair niveau op te slaan, bijvoorbeeld door met een bundel elektronen letters te ‘etsen’. Tegenwoordig kennen we dit als e-beam-lithografie. De grootte van elektronische componenten zou volgens Feynman op den duur slechts 100 atomen bedragen. Samsung ontwikkelde dit jaar computergeheugens met draadjes van die dikte.
Verder is het bijzonder hoezeer Feynman besefte waar je aan moest denken als je werkende onderdelen zou willen maken op atomaire schaal. Hij voorzag de afwezigheid van de zwaartekracht en gaf aan welke materialen je het beste kon gebruiken. Hij realiseerde zich bovendien dat materialen op atomaire schaal hele andere eigenschappen kunnen hebben. Dat is één van de uitgangspunten van de nanotechnologie van nu.
Dankzij of ondanks?
Dat Feynman in theorie de basis legde voor de huidige nanotechnologie is indrukwekkend. Maar gaf Feynman daarmee ook daadwerkelijk de aanzet tot het vakgebied? Met andere woorden: danken we het bestaan van het vakgebied nanotechnologie aan Feynman of hadden we ook zonder zijn beroemde lezing nu nanotechnologie gehad? Om die vraag te beantwoorden moeten we kijken in hoeverre Feynman wetenschappers heeft geïnspireerd die daadwerkelijk de eerste stappen maakten in de nanotechnologie.
Wellicht goed om te weten is dat Feynman zijn lezing niet alleen uitsprak, maar ook publiceerde in het tijdschrift Engineering and science, in februari 1960. In de jaren erna verscheen het ook in andere bladen en tijdschriften. Wetenschappers konden dus, in theorie, ook decennia later nog steeds kennis nemen van Feynmans visie.
Citaties van ‘Plenty of room’
Het aantal citaties in wetenschappelijke literatuur geeft een goede indicatie voor hoe belangrijk de lezing van Feynman werd gevonden door andere wetenschappers. Dus: hoe vaak verwees een wetenschapper in een publicatie over nieuw onderzoek naar de lezing van Feynman? Chris Toumey, antropoloog aan de Universiteit van South Carolina, zocht dat in 2005 uit. In het artikel Apostolic Succession (toevallig of niet ook gepubliceerd in het blad Engineering and science) beschrijft hij zijn resultaten. Zie ook deze tabel.
Uit de tabel blijkt dat pas in 1992 het aantal citaties voor het eerst boven de tien uit komt. In de periode 1980-1990 is het aantal citaties op een paar handen te tellen, terwijl deze periode nu net cruciaal was voor de opkomst van nanotechnologie. In dit decennium werden de Scanning Tunneling Microscope (STM) en Atomic Force Microscope (AFM) uitgevonden en werden voor het eerst losse atomen gemanipuleerd door Don Eigler en Erhard Schweizer. Deze drie mijlpalen bewezen dat het bekijken en controleren van materie op de nanoschaal mogelijk was: door velen gezien als doorslaggevend voor de opkomst van nanotechnologie. Maar aan Feynman werd bij de vindingen niet gerefereerd.
Toumey vroeg ook de mensen achter deze drie uitvindingen of ‘Plenty of room’ hun werk had beïnvloed of geïnspireerd. Unaniem zeiden ze dat dit niet het geval was. Gerd Binnig en Heinrich Rohrer, de uitvinders van de STM, zeiden zelfs pas van de lezing van Feynman gehoord te hebben ná hun ontdekking. Ook vroeg Toumey aan huidige grote namen uit de nanotechnologie, zoals James Tour en George Whitesides, of zij misschien beïnvloed waren door Feynman. Maar ook zij gaven allemaal aan dat hier geen sprake van was. De invloed van Feynman lijkt dus – in eerste instantie – nihil.
Faam in jaren negentig
Opmerkelijk is dat ‘Plenty of Room’ in de jaren negentig ineens de nodige faam kreeg, gezien de toename aan wetenschappelijke citaties. Die ‘wederopstanding’ wordt vaak toegewezen aan Eric Drexler. Deze Amerikaanse wetenschapper maakte nanotechnologie halverwege de jaren tachtig met zijn boek Engines of Creation bij een groot publiek bekend en was naar eigen zeggen sterk beïnvloed door Feynmans visie. Drexlers voornaamste doel, het bouwen van moleculaire machines, was eigenlijk niets anders dan een concrete uitbreiding van Feynmans ideeën.
Drexlers werk werd nogal eens controversieel gevonden door andere wetenschappers. Met de door hem bedachte term grey goo – doelend op losgeslagen nanobots die de aarde zouden verslinden – zou hij het publiek onnodig bang maken. Desalniettemin was Drexler van grote invloed op de opkomst van nanotechnologie en liet hij geen moment onverlet om te benadrukken hoezeer Feynman in zijn ogen aan de basis stond van die nanotechnologie. Dat bracht ‘Plenty of Room’ weer in de schijnwerpers van het vakgebied.
Oorsprong met autoriteit
Sindsdien lijkt ‘Plenty of Room’ vast meubilair in beschrijvingen van nanotechnologie: het heeft zich een vaste plaats verworven in de geschiedenisboeken. Is er eigenlijk een verklaring dat de wetenschap zich zo blijft vastklampen aan Feynmans lezing? Een mogelijkheid, volgens Toumey, is dat iemands wetenschappelijke werk meer prestige krijgt als je het koppelt aan een genie als Feynman. De beroemde natuurkundige zou wellicht gebruikt worden om het bestaan van het vakgebied te rechtvaardigen.
Nog altijd bewondert menig wetenschapper de verbeelding waarmee Feynman het bestaan van iets als nanotechnologie kon voorspellen. De nanotechnologie is dan misschien wel onafhankelijk van hem ontstaan, maar het vakgebied kan toch niet zonder Feynman. En alleen al daarom vindt niemand het erg om ‘Plenty of Room’ als het allereerste begin van de nanotechnologie te bestempelen.
Profiel: Richard Feynman (1918 – 1988)
Trustech Innovation Technology
Richard Feynman wordt wel gezien als de op één na grootste natuurkundige van de twintigste eeuw, na Albert Einstein. In 1965 ontving de Amerikaan de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn werk in de quantumelektrodynamica (QED), die het gedrag van geladen deeltjes beschrijft. Hij bedacht de beroemde Feynman-diagrammen: grappige krabbeltjes en pijltjes die botsingen en andere interacties tussen deeltjes uitbeelden. Ook was hij beroemd door zijn deelname aan het Manhattan-project. Feynman was een energieke, aimabele man die met een door velen gewaardeerde passie en humor over wetenschap sprak. Minder bekend zijn de brandkasten die hij probeerde te kraken, zijn enthousiasme in het bongo spelen en zijn buitengewone interesse in het vrouwelijk schoon. Hij overleed aan een zeldzame vorm van kanker.
Eén van zijn bekendste quotes:
“I think it’s safe to say that nobody understands quantum mechanics.”
Bronnen:
- Chris Toumey, Apostolic Succession, Engineering & Science 2005
- Rice University Class, The Early History of Nanotechnology, 2007
- V.T. Yadugiri & R. Malhorta, ‘Plenty of room’ – fifty years after the Feynman lecture, Current Science, 10 oktober 2010
- Philip Ball, Feynman fancy, Chemistry World, januari 2009