Кристалл, которого не могло быть: как один снимок переписал учебники 💡
Кристалл, которого не могло быть: как один снимок переписал учебники 💡 8 апреля 1982 года материаловед Даниэль Шехтман увидел на дифракционной картине узор, который по всем учебникам существовать не мог: атомы в сплаве выстроились с симметрией пятого порядка. 🔬 Кристалл — это не просто красивый камень. В строгом смысле это вещество, где атомы уложены в решётку, повторяющуюся через равные шаги. Такая укладка, как паркет, допускает повороты на 180°, 120°, 90° и 60°, но не на 72° — то есть не на одну пятую круга. Пятилучевую симметрию кристаллографы считали геометрически невозможной, и это было закреплено каталогом из 230 разрешённых пространственных групп. Шехтман тогда работал в командировке в Национальном бюро стандартов США. Он быстро охладил расплав алюминия с марганцем и снял дифракцию: электроны, проходя через образец, оставляли яркие пятна, расположенные кольцом с тем самым запрещённым поворотом. Реакция была предсказуемой: результат объявили артефактом — ошибкой приготовления, грязью в образце. Против выступил Лайнус Полинг, уже нобелевский лауреат: он настаивал, что это не новый тип кристалла, а двойникование — несколько обычных кристаллов, сросшихся так, что их узоры складываются в обманчивую картинку. Помогла математика, существовавшая независимо от снимка. Роджер Пенроуз показал, что плоскость можно замостить плитками, которые никогда не повторяются, но обладают симметрией пятого порядка. Пол Стейнхардт и Дов Левин рассчитали, как такая укладка рассеивает волны, — предсказанная картина совпала с фотографией Шехтмана. В 1984 году вышла статья с соавторами, Блехом, Гратиасом и Каном, с названием-оксюмороном: «Металлическая фаза с дальним ориентационным порядком и без трансляционной симметрии». Дальше была не победа, а медленная работа научной машины. В 1992 году Международный союз кристаллографии переписал само определение кристалла, включив туда структуры с квазипериодическим порядком — тем самым, для которого Левин и Стейнхардт придумали слово «квазикристалл». В 2011 году Шехтман получил Нобелевскую премию по химии: комитет прямо назвал его открытие крайне спорным, но заставившим химию сменить парадигму. ⚙️ Квазикристаллы оказались не музейным курьёзом: крошечные квазикристаллические частицы в стали мешают двигаться дислокациям — дефектам, по которым металл «течёт» и ломается. По формулировке Нобелевского комитета, такая сталь крепка, не корродирует и годится для лезвий и хирургических инструментов. Находили их и в природе — в метеоритах, в фульгуритах (стеклянных трубках, сплавленных ударом молнии) и даже в материалах после ядерных испытаний. А вот антипригарные покрытия для посуды и изоляция проводов в источниках упоминаются скорее как перспектива: подтверждённого массового бытового применения у них пока нет. Итог вернулся к началу: снимок 1982 года, который автору предлагали считать ошибкой, заставил переопределить слово «кристалл» и принёс Нобелевскую премию. Упрямство здесь оказалось не чертой характера, а методом — единственным способом проверить невозможное было довести образец до состояния, когда отговорки заканчиваются. Что, по-вашему, труднее — заметить «невозможный» результат или годами доказывать, что это не ошибка? #физика #технологии