Реальность квазикристаллов окончательно доказана

Все реже случается так, что вся Нобелевская премия достается только одному человеку, особенно в области науки. С тех пор, как Альфред Нобель учредил ежегодную премию своего имени, открытия высочайшего научного уровня в наши дни в одиночку практически не делаются. Более того, в науке получил устойчивое хождение термин «коллаборация», представляющий собой коллектив из тысяч человек, работающих над решением одной проблемы. Нобелевский комитет так и не решил, что с этим делать.

Однако в нынешнем году комитет в качестве исключения решил премию по химии отдать целиком Дэниэлу Шехтману из технологического института в Хайфе, за открытие квазикристаллов. Это решение вызвало у ряда химиков недоумение, так как первая статья об открытии в 1984 году была подписана 4 авторами, причем Джон Кан и Дэнис Гратиас внесли в работу вклад, достаточный для того, чтобы их проигнорировали.

Нобелевский комитет часто допускает подобные ошибки. Но на этот раз случай несколько иной. Премию Шехтману, скорее всего, дали не только за квазикристаллы, но и за упорство в отстаивании открытия, игнорируемого всем научным сообществом.

История данного открытия может служить образцом упорства. А ее началом стало утро 8 апреля 1982 года, когда сотрудник Национального института технологий и стандартов США Дэниэл Шехтман, сделал сплав из алюминия и магния и резко его охладив, поместил сплав под электронный микроскоп, который в те времена был еще новинкой, чтобы убедиться, осталось ли в этом нагретом сплаве что-нибудь от кристаллической структуры. И она действительно осталась, но в таком виде, который с математической точки зрения не мог быть никак.

Дэниэл увидел яркие точки, которые образовали идеальные круги по 10 точек на круг. И сказал на иврите: «Такого в принципе не может быть!»

И его можно понять. Представьте себе, что вам необходимо постелить на кухне пол плитками одинаковой формы. Если плитки прямоугольные, шестиугольные или треугольные – это сделать будет легко. Но пятиугольными плитками пол не выложить – обязательно останутся пустые места. Приблизительно та же картина и с кристаллическими решетками – их структура поддерживается точно теми же законами симметрии. Атомы группируются вокруг каждого узла решетки в узоры, иногда довольно причудливые, но их всегда будет кратно трем, шести или четырем. Но никак не пяти и не семи.

Однако новый электронный микроскоп неизменно показывал все ту же невозможную теоретически картинку – круги, состоящие из десяти точек. Но и это было еще не все – кристалл получался вызывающе неправильной структуры, рисунок точек, образовавшийся вокруг узлов, был, что уже вообще было абсолютным нонсенсом. Когда после бесчисленных перепроверок Шехтман убедился в повторяемости картины, он решился рассказать об открытии своим коллегам, и те подняли его на смех.

«Просто у тебя получился двойной кристалл», – говорили ему. Но и этот вариант он проверил со всех возможных сторон и отбросил, то есть был абсолютно уверен в том, что прав именно он. Ему показывали кристаллографические таблицы, как какому-нибудь неграмотному, начальник посоветовал почитать учебник для студентов по кристаллографии, но Шехтман упорно стоял на своем мнении.

И тогда его просто уволили. В 1983 году Дэниэл возвращается в Израиль, где ему предложили профессорское место в Технионе. Там Шехтман и обосновался и продолжил сражаться за свое открытие. В то время против него были практически все. В 1984 году он послал статью о своих квазикристаллах, как он сам их назвал, в журнал Physical Review Letters, однако ее сразу же вернули. Он послал туда же эту статью снова, на этот раз подписанную тремя его единомышленниками, внесшими в исследования серьезный вклад. Статью все-таки опубликовали, но огонь критики разгорелся с еще большей силой. И это было понятно – открытие было бомбой, которая не понравилась никому. Особенно близко к сердцу принял это Линус Паулинг, двойной нобелевский лауреат, обрушившийся на Шехтмана всем своим авторитетом.

Но со временем ситуация начала меняться. Некоторые химики «вдруг» вспомнили, что у них были аналогичные результаты, которые просто были отброшены по причине очевидной недостоверности. Для многих ученых статья Шехтмана и его коллег стали самым настоящим дежавю. За дело взялись и математики, которые уже давно предпринимали попытки подобраться к решению систем мозаичных апериодичных структур, подобных тем, о которых говорил Шехтман. Сэр Роджер Пенроуз, знаменитый математик, внес свою лепту в разрешение этой загадки. В середине 70-х он из простого любопытства придумал апериодическую мозаику, в основе которой находились два пересекающихся ромба. Его работа и усилия Шехтмана и привели к решению этой проблемы.

Открытие квазикристаллов само по себе является вполне соответствующим нобелевскому уровню. Химики уверены, что это весьма неожиданный взгляд на строение кристаллов, который позволяет по-новому взглянуть на химию мира. Практики, проведав о способности квазикристаллов быть чем-то вроде брони для материала, находящегося внутри них, в том числе стали, быстро научились их использовать: в лезвиях для бритья и т.п.; сегодня во многих лабораториях ведутся исследования по использованию квазикристаллов для изготовления самых разных товаров – от дизельных моторов до покрытий для сковородок. Но главный вывод, сделанный Шехтманом, заключался в другом.

«Вся эта история доказала мне, что хороший ученый – скромный ученый, который в состоянии прислушиваться к разным новостям науки, даже если они неожиданны и не вписываются в существующие схемы. Ведь сегодня открытия могут быть в большинстве случаев только неожиданными, иначе их бы сделали уже давно».

По материалам ng.ru