Реальность квазикристаллов доказана

Упорство Дэниэла Шехтмана вознаграждено.
Фото Reuters

В практике присуждения Нобелевских премий все реже и реже случается так, чтобы весь приз достался одному человеку. Наука сильно изменилась с тех пор, как Альфред Нобель поставил подпись под своим завещанием, открытия высокого уровня в наши дни практически никогда не делаются в одиночку. Больше того, в науке появилось слово «коллаборация», означающее коллектив из тысячи, а то и нескольких тысяч человек. Нобелевский комитет не знает, что с этим делать.

В этом году комитет решил в качестве исключения премию по химии не делить и отдать ее всю целиком Дэниэлу Шехтману из Техниона – иначе Израильского технологического института в Хайфе – за открытие квазикристаллов. У некоторых химиков это вызвало недоумение, поскольку первая статья об этом открытии, появившаяся в 1984 году в журнале Physical Review Letters, была подписана четырьмя авторами, двое из которых (помимо самого Шехтмана) – Дэнис Гратиас и Джон Кан – внесли в работу слишком большой вклад, чтобы их можно было проигнорировать.

Как известно, Нобелевский комитет довольно часто делает ошибки подобного рода. Однако здесь другой случай, и, по мнению корреспондента «НГ», в этот раз Нобелевский комитет поступил не только разумно, но и мудро. Премию Шехтману, думается, дали не столько за сами квазикристаллы, сколько за упорство в отстаивании своей позиции против всего мира.

История этого открытия – настоящая сага об упорстве. Началась она утром 8 апреля 1982 года, когда Шехтман, тогда сотрудник американского Национального института стандартов и технологий, сделал сплав из магния и алюминия, резко охладил его и поместил под электронный микроскоп, тогда еще новинку, чтобы посмотреть, осталось ли что-нибудь в этом сплаве от кристаллической структуры. Кристаллическая структура осталась, но такая, которой чисто математически не может быть вообще.

Он увидел яркие точки – атомы, – которые были собраны в идеальные круги по десять точек на круг. И сказал на иврите: Eyn chaya kazo, что означает «Такого не может быть в принципе!»

Чтобы понять теоретическую невозможность того, что увидел Шехтман, представьте, что вам надо выложить пол на кухне плитками одинаковой формы. Это возможно сделать, если плитки квадратные, треугольные или шестиугольные. Пятиугольниками пол не выложить – всегда останутся пустые места. С кристаллическими решетками та же самая история – их структура подчиняется тем же законам симметрии. Атомы вокруг каждого узла решетки группируются в некие узоры, порой весьма причудливые, и число их должно быть кратно трем, четырем или шести. Но не пяти.

Но электронный микроскоп раз за разом показывал одну и ту же теоретически невозможную картинку – круги из десяти точек. И это бы еще ничего – кристалл у Шехтмана получался вызывающе неправильным, и мозаика точек вокруг узлов его кристаллической решетки не повторялась – в каждом из них получался немножко другой узор из атомов, что уже вообще не входило ни в какие рамки. Когда после многочисленных проверок и перепроверок Шехтман решился рассказать о своем открытии коллегам, его подняли на смех.

«Дураку ясно, что у тебя просто двойной кристалл» (то есть две кристаллические структуры, проникающие одна в другую), – говорили ему. Но эту версию он уже проверил и отбросил, он был стопроцентно уверен в своей правоте. Ему, как неграмотному, показывали кристаллографические таблицы, начальник предложил почитать учебник по кристаллографии, но Шехтман стоял на своем.

Тогда его уволили. В 1983 году Дэниэл Шехтман вернулся в Израиль и получил профессорскую позицию в Технионе, где продолжил свою борьбу за открытие. Все были против него, и летом 1984 года он послал в журнал Physical Review Letters статью о, как он их назвал, квазикристаллах, но ее тут же вернули. Он не сдался и снова послал туда же статью еще раз, подписанную кроме него и всеми тремя его единомышленниками, внесшими в его работу действительно серьезный вклад. В конце концов статья все-таки вышла, но поначалу это только подбавило бензина в костер критики, и без того безумно полыхающий. Это была бомба, которая никому не понравилась. Особенно ухудшил ситуацию двойной нобелевский лауреат Линус Паулинг, напавший на Шехтмана всей мощью своего авторитета.

Но ситуация стала изменяться. Некоторые химики вспомнили, что и у них были такие же результаты, отброшенные за явной недостоверностью, – для многих заявления Шехтмана и коллег стали настоящим дежавю. Вступили в дело и математики, которые давно уже пытались подобраться к системам апериодичных мозаичных структур, подобных тем, которые видел Шехтман. Знаменитый математик сэр Роджер Пенроуз тоже внес в разрешение этой загадки лепту своей работой середины 70-х – из чистого любопытства он придумал тогда апериодическую мозаику с основой из двух пересекающихся ромбов. Его работа и загадка, заданная Шехтманом, в конце концов привели к решению проблемы.

Открытие квазикристаллов вполне укладывается в нобелевский уровень. Химики утверждают, что это новый и очень неожиданный взгляд на строение кристаллов, новый способ изучать химию мира. Практики, узнав об свойстве квазикристаллов служить чем-то вроде брони для мягкого материала, который они окружают, в том числе стали, начали использовать их в производстве бритвенных лезвий и т.п.; во многих лабораториях мира сейчас ведутся эксперименты по применению квазикристаллов при изготовлении различных товаров – от покрытий для сковородок до дизельных двигателей. Однако главный вывод, который сделал Шехтман и о котором он рассказал в традиционном телефонном интервью с руководителем сайта nobelprize.org, заключался совсем в другом.

«Эта история показала мне, – сказал он, – что хороший ученый – это скромный ученый, кто-то, кто будет прислушиваться к научным новостям, даже если они совсем неожиданны. Потому что сегодняшние открытия могут быть только неожиданными, иначе они были бы сделаны уже очень давно. Что-нибудь новое, то, что не позволено признанными сегодня законами┘ они должны прислушиваться к этому».