Едва ли има друго откритие, което се е сблъскало с толкова скептицизъм и подигравки, преди да спечели широко признание, както откритието на квазикристалите на израелския учен Дан Шехтман.
Днес той е носител на Нобелова награда за химия, а откритието му е общопризнато за фундаментален пробив. Тази година той ще бъде и най-именитият гост на Софийския фестивал на науката 2017 г.
Когато през април 1982 г. младият Дан Шехтман (Dan Shechtman) попада на една нова кристална химична структура, която изглежда нарушава законите на природата, колегите му се подиграват, обиждат и дори го изхвърлят от изследователската му група.
Години наред констатациите му са глас в научната пустиня. Въпреки това той се оказва прав. И през октомври 2011 г. получава най-добрата реабилитация - Нобелова награда за химия.
Урокът
"Един добър учен е скромен и внимателен, а не такъв, който е 100% сигурен в това, което е прочел в учебниците", коментира Шехтман.
Срамежливият, тогава 70-годишен Шехтман, заяви след като получi Нобеловата си награда, че никога не се е съмнявал в констатациите си и се счита само за последния от дългата редица учени, които разширяват своята област, оспорвайки конвенционалното знание и биват отхвърлени от статуквото заради това.
През 1982 г. Шехтман открива това, което сега се нарича "квазикристал" - атоми, подредени в закономерности, които дотогава изглеждат забранени от природата.
"Бях изхвърлен от изследователската си група. Те казаха, че им нося срам заради това, което казвам", си спомня той. "Никога не съм го приемал лично. Знаех, че съм прав, а те грешат".
Откриването "промени из основи начина, по който химиците си представят твърдата материя", заявяват от Шведската кралска академия на науките при връчването на наградата от 1.5 милиона долара.
Квазикристалите - забранената симетрия
Стафан Нурмарк (Staffan Normark), постоянен секретар на Шведската кралска академия, отбелязва, че Шехтман е един от малкото Нобелови лауреати, които могат да кажат точно датата на постижението си.
На 8 април, 1982 г., по време на отпуск от Националното бюро по стандартите във Вашингтон, Шехтман първи наблюдава кристали с форма, която повечето учени смятат за невъзможна.
Откритието е свързано с идеята, че кристалната форма може да се завърти определен брой пъти и ще изглежда по един и същ начин. Квадратът съдържа симетрия от 4-ти порядък, например, ако го завъртите на 90 градуса, една четвърт оборот, той ще изглежда по същия начин.
Според класическата кристалоградфия осите на симетрия могат да са само от 3 -, 4 - и 6-ти порядък и оси от друг порядък са невъзможни. Възможностите са три за запълване на равнина с правилни фигури чрез транслация: това са правилен триъгълник, квадрат и правилен шестоъгълник.
 |  |  |  |
|---|---|---|---|
| 3-ти порядък | 4-ти порядък | 5-ти порядък ? | 6-ти порядък |
Положението изглежда безнадежно - правилните петоъгълници имат ъгли 108°. Ако се опитате да наредите плочник с правилни петоъгълници, три не запълват възела до 360°, тъй като 3 х 108° = 324° , а и четири се припокриват, защото 4 х 108° = 432° . Добре, наистина няма други решения, което било ясно още на древните гърци, но Шехтман е намерил кристал, който може да се завърти на една пета от пълния оборот и все пак ще изглежда по същия начин.
Оксфордският професор Роджър Пенроуз, чието основно занимание била квантовата механика, открива няколко мозайки с петоъгълна ротационна симетрия като тази на схемата долу, но никой не е допускал, че такава подредба може да съществува извън математическите "забави".
"Казах на всеки, който е готов да слуша, че имам материал с петоъгълна симетрия. Хората просто ми се изсмяха", заявява в профила си в своя университет Шехтман.
Шехтман е помолен да напусне поста си в изследователската група и се премества в друга в рамките на Националното бюро за стандарти. В крайна сметка е принуден да се завърне в Израел, където намира друг колега, с когото да работят по статия, описваща явлението. Статията първо е отхвърлена, но най-накрая се публикува през ноември 1984 г. и предизвиква скандал в научния свят.
Добре, Дани, сега си говорим
Апериодични мозайки, като тези на Пенроуз, са помогнали на учените да разберат на какво приличат квазикристалите на атомно ниво.
Дифракционна електронна картина на квазикристал Ho-Mg-Zn. Снимка: Ron Lifschitz, Cornell University
След откритието на Шехтман учените произвеждат други видове квазикристали в лабораторни условия. През 1987 г. негови приятели от Франция и Япония успяват да отгледат кристали, достатъчно големи, за да може да се провери с рентгенови лъчи това, което Шехтман е открил с електронен микроскоп.
Открити са и естествено срещащи се минерални образци в квазикристали в метеорит от руска река.
 Метеоритът от Чукотка - единственият засега природен образец на квазикристал. Снимка: Paul J. Steinhardt |
Природни квазикристали са намерени в планините Коряк в Чукотка, в Даления Изток на Русия. Човекът, който пръв е намерил проба през 1979 г. е Валери Крячко, който е бил изпратен да търси платина в глинестото корито на приток на река Хатирка. Той не успял да намери платина, но се върнал с "няколко скални отломъка с метални фази". Пробата квазикристал е сред тях. Тези първи находки предизвикали вълна на интерес към далечните планини. |
"В този момент си представих, че общността казва: Добре, Дани, сега си говорим. Сега те разбираме. Сега приемаме това, което си намерил", заявява пред репортери Шехтман след получаването на Нобеловата си награда.
Шехтман отбелязва, че никога не се е поколебал дори в лицето на най-острата критика от два пъти носителя на Нобелова награда Линус Паулинг, който никога не приема заключенията на Шехтман.
Снимка с електронен микроскоп на квазикристал силициев композит: Quasicrystals from nanocrystals, Alfons van Blaaderen (чертичката е 2 микрона)
"Той декларира: "Дани Шехтман говори глупости. Няма такова нещо като квазикристал, има само квази-учени", заяви Шехтман. "Той наистина бе голям учен, но не е прав. Това не е първият път, когато не е прав".
Битката на Шехтман "принуди учените да преосмислят своята концепция за самия характер на материята", отбелязва Шведската академията.
Нанси Джаксън (Nancy Jackson), президент на Американското химично общество, нарича пробива на Шехтман "едно от тези големи научни открития, които излизат срещу правилата".
"Когато има откритие, което променя конвенционално познание на 200 години, това е нещо наистина забележително", заявява физикът Пол Стайнхард (Paul Steinhardt) от Принстънския университет, който въвежда термина "квазикристал" и се занимава теоретично по темата преди Шехтман да докладва, че ги е намерил в реалността.
Днес квазикристалите са произвеждани многократно в лаборатории, а една шведска компания ги прилага в един от най-издръжливите видове стомана, които сега се използват в продукти като ножчета за бръснене и хирургични инструменти за операции на очите. Квазикристалите са и обект на изследване за употребата им в нови материали, които преобразуват топлината в електричество.
Източник:
Israeli wins chemistry Nobel for quasicrystals (Update 3)
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари