Всё в мире взаимосвязано, даже если мы этого на первый взгляд не замечаем

Наука и жизньНаука

Уловить общую картину мира

Записала Наталия Лескова

Академик М. В. Алфимов в течение своей жизни в науке занимался разными вроде бы вещами, но считает, что на самом деле они связаны между собой. Всё в мире взаимосвязано, даже если мы этого на первый взгляд не замечаем. Уловить эту связь — вероятно, и есть смысл нашего существования, так рассуждает Михаил Владимирович.

В последние годы М. В. Алфимов возглавляет Центр фотохимии РАН, который с 2016 года входит в состав ФНИЦ «Кристаллография и фотоника», — сначала в качестве директора, теперь — научного руководителя. Фундаментальные исследования Центра базируются на двух платформах — компьютерном предсказательном моделировании и эксперименте. Фундаментальные исследования направлены на конструирование и создание супрамолекулярных структур — сложных систем из двух или более молекул, обладающих совокупностью заданных свойств. На основе этих структур возможно создание материалов и устройств с принципиально новыми свойствами. В 2018 году коллектив, возглавляемый академиком Алфимовым, получил Государственную премию за разработку фотоактивных супрамолекулярных устройств и машин.

Академик Михаил Алфимов.

На стыке физики и химии

Я окончил Московский физико-технический институт, кафедру нобелевского лауреата Николая Николаевича Семёнова. Поэтому по своему первичному образованию я, конечно, физик. Но область науки, которой я занимаюсь, — фотоника молекул и супрамолекулярных систем — это и физика, и химия. Современное исследование не делится на простые научные дисциплины. Учёный, как правило, хочет понять всю совокупность процессов, протекающих в объекте исследования, а для этого необходимо применять разные методы, нужны специалисты с разными компетенциями. Ну и, конечно, часто требуется модификация объекта — его химического состава и строения. Поэтому среди моих сотрудников всегда были коллеги-физики, компетенции которых позволяли им изучать физические процессы — поглощение и излучение света, электронные и колебательные переходы в молекулах. Но с самого начала появились и химики, которые синтезировали и модифицировали нужные молекулы. Вообще-то учёных интересует не только то, как устроен объект и какие у него свойства, но и нельзя ли на основе полученного знания сделать что-либо полезное — и для себя, и для других. В связи с этим я вспоминаю слова Монтеня: «Наука — это великое украшение и чрезвычайно полезное орудие».

Если говорить упрощённо, супрамолекула — это «большая молекула», точнее — комплекс, состоящий из двух или более молекул. Этот комплекс образуется благодаря слабым взаимодействиям электромагнитной природы между молекулами и их частями. Основной вопрос, на который мы хотим найти ответ, — как химический состав и строение объекта связаны с эффективностью физических и химических превращений в нём.

В объектах, которые мы исследуем, имеются ансамбли молекул разного масштаба, и часто ансамбли меньшего масштаба встроены в структуры большего масштаба. Такое иерархическое строение напоминает русскую матрёшку. В живых организмах иерархические структуры широко распространены. Они встречаются в органах зрения и обоняния, сухожилиях, волосах и т. д. На макроуровне объекты исследования могут быть жидкими и твёрдыми, аморфными или кристаллическими. Но исходные «кирпичи» для строительства объектов — это органические молекулы.

Молекулы — особое состояние материи. Молекула образована атомами, связанными друг с другом сильными ковалентными связями. Именно поэтому, как правило, строение молекулы и её свойства слабо зависят от среды, в которую погружена молекула. Кстати, молекула — тоже пример многомасштабной иерархической структуры, составленной из атомов.

Свет и молекулы

Когда молекулы поглощают свет, они переходят в электронно-возбуждённое состояние. Время жизни возбуждённых молекул лежит в диапазоне от 1 секунды до 1 пикосекунды, то есть 10-12 секунды. «Поймать» молекулу в короткоживущем состоянии удаётся оптическими методами с высоким временны(м разрешением, вплоть до 50 фемтосекунд (1 фемтосекунда — 10-15 с).

Первыми объектами наших исследований, начатых ещё в 60-е годы прошлого века, стали растворы полиароматических молекул, интенсивно поглощающих свет. Такие молекулы относят к красителям. Причём растворы красителей могут быть как жидкими, так и твёрдыми. Твёрдые растворы получаются, например, в полимерах, которые при застывании переходят в стеклообразное состояние. Мы выяснили, что в ряде случаев поведение молекул красителя при возбуждении светом сильно зависит от растворителя!

Конечно, мы были не первыми, кто изучал фотохимию красителей в растворах, но оказалось, что ранее установленные закономерности выполняются только при условии использования узкого класса растворителей. Как только мы расширили класс растворителей, стали заметны значительные отклонения от общих закономерностей. Например, в некоторых растворителях для тех красителей, которые мы изучали, не соблюдался закон С. И. Вавилова о независимости квантового выхода излучения от частоты возбуждающего света.

В начале 1970-х мы завершили цикл исследований свойств фотоактивных органических молекул в растворах, установив основные закономерности многих наблюдаемых явлений, и построили теоретические модели, хорошо описавшие эксперимент. Однако методов исследования быстрой динамики возбуждённых молекул у нас не было. В то время приборы такого типа ещё только разрабатывались в разных лабораториях мира. Мы также приступили к созданию экспериментальной установки. Она была изготовлена, и с её помощью впервые в мире были выполнены пикосекундные исследования фотохромных красителей. Фотохромных — то есть таких, которые обратимо меняют свой цвет при поглощении света.

Тогда же мы создали экспериментальные образцы фотохромных материалов для защиты органов зрения человека от интенсивного светового излучения, подобрали структуру молекулы и полимера так, чтобы исключить потери энергии и обеспечить с эффективностью, близкой к 100%, «почернение» стекла. В результате оно оставалось непрозрачным в течение требуемого времени. Очки из таких материалов, по функции напоминающие очки-хамелеоны, которые всем сегодня знакомы, стали моей первой прикладной разработкой. Стендовые испытания показали, что они могут защитить зрение даже от светового излучения при ядерном взрыве.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

33 способа исправить последствия десяти лет войны с собой 33 способа исправить последствия десяти лет войны с собой

Индульгенция за бесцельно прожженные годы

Men’s Health
TRD – три крутые буквы TRD – три крутые буквы

Что такое Toyota Racing Development и с чем его едят?

Maxim
25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины 25 вещей, которые на самом деле ненавидят женщины

Эта статья поможет тебе прожить чуть более счастливую и долгую жизнь

Maxim
От Рокфеллера до Сент-Экзюпери: 10 известных людей, пропавших без вести От Рокфеллера до Сент-Экзюпери: 10 известных людей, пропавших без вести

Бесследное исчезновение человека всегда оставляет больше вопросов, чем ответов

РБК
Меньше и дороже: как грузинский кризис и новые акцизы изменят винные полки супермаркетов Меньше и дороже: как грузинский кризис и новые акцизы изменят винные полки супермаркетов

Возможный запрет на импорт грузинского вина и новость о повышении винных акцизов

Forbes
«Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью «Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью

Как женщины одновременно получают МВА, делают карьеру и воспитывают детей

Forbes
Картина маслом Картина маслом

Наталья Маслова полностью изменила облик квартиры на Таганке

AD
7 неожиданных вещей, вызывающих неприятный запах изо рта (не только еда) 7 неожиданных вещей, вызывающих неприятный запах изо рта (не только еда)

От этих вещей ты не ждал такого подвоха

Playboy
Сестры и братья вайнеры Сестры и братья вайнеры

Блогеры зарабатывают миллионы на рекламе в Instagram

Forbes
Михаил Трухин и Анна Нестерцова: Михаил Трухин и Анна Нестерцова:

Почему Михаил Трухин и Анна Нестерцова стабильно "разводятся" раз в месяц

Караван историй
Созданы клеточные пластыри из стволовых клеток для лечения ишемии Созданы клеточные пластыри из стволовых клеток для лечения ишемии

Коллаборация ученых МГУ разработала метод восстановления тканей после ишемии

Популярная механика
30 горячих фото Яны Кошкиной, на которые можно смотреть целый день 30 горячих фото Яны Кошкиной, на которые можно смотреть целый день

Яна Кошкина: откровенные фото

Playboy
Золотой ребенок. Как помочь себе экономить на детях — и почему они скажут за это «спасибо» Золотой ребенок. Как помочь себе экономить на детях — и почему они скажут за это «спасибо»

Советский лозунг «все лучшее детям» вреден для семейного бюджета

Forbes
Жители Орла, Казани и других городов — о любимых местах Жители Орла, Казани и других городов — о любимых местах

Местные жители рассказывают о местах, куда они первым делом ведут гостей города

РБК
Женщина, которая поет Женщина, которая поет

6 июля на московском фестивале «Ласточка» выступит американская певица LP

Grazia
Гляжу в тебя, как в зеркало: новый «Король Лев» оказался бледной тенью оригинала Гляжу в тебя, как в зеркало: новый «Король Лев» оказался бледной тенью оригинала

Рассказываем, как студия Disney зарабатывает на чувстве ностальгии

Playboy
8 Инстаграм-аккаунтов качков, которые заставят тебя побежать в спортзал 8 Инстаграм-аккаунтов качков, которые заставят тебя побежать в спортзал

Аккаунты крутых качков, которые демонстрируют результаты своих тренировок

Playboy
Финтех-стартап Revolut нашел нового финансового директора Финтех-стартап Revolut нашел нового финансового директора

Новым финансовым директором британского стартапа Revolut станет Дэвид Маклин

Forbes
9 самых ожидаемых фильмов 2021 года (от «Джона Уика 4» до «Отряда самоубийц 2») 9 самых ожидаемых фильмов 2021 года (от «Джона Уика 4» до «Отряда самоубийц 2»)

Увидев этот список, ты начнешь считать дни до премьеры

Playboy
Porsche Cayenne Coupé: проба руля (мы ждали этого момента) Porsche Cayenne Coupé: проба руля (мы ждали этого момента)

Думаете, в Цуффенхаузене проворонили тренд?

Playboy
Жизнь на фоне Жизнь на фоне

Чернобыль: что осталось за рамками нашумевшего сериала

Огонёк
Голая правда Голая правда

Кая Скоделарио этим летом удирает от аллигаторов и прыгает тройные тулупы

Vogue
It-girl: как женщине стать «своей» в мире программирования It-girl: как женщине стать «своей» в мире программирования

«Женщина в IT — как морская свинка: и не морская, и не свинка

Forbes
С чем носить велосипедки – 5 простых решений С чем носить велосипедки – 5 простых решений

Велосипедки – must-have лета-2019

Cosmopolitan
Пропавшая девушка Пропавшая девушка

В прошлом году актриса Фань Бинбин перестала появляться на публике

Tatler
«Последняя надежда на импичмент»: выступление спецпрокурора Мюллера в сенате обошлось без сенсаций «Последняя надежда на импичмент»: выступление спецпрокурора Мюллера в сенате обошлось без сенсаций

Роберт Мюллер дал показания о расследовании вмешательства России в выборы США

Forbes
Полный комплект Полный комплект

Собираясь на отдых в жаркие страны, продумайте, что взять с собой в поездку

StarHit
«Тур де Франс»: велосипеды, машины и 250 чизбургеров «Тур де Франс»: велосипеды, машины и 250 чизбургеров

В Париже завершился «Тур де Франс»

РБК
Как программист из Праги стал миллиардером благодаря бесплатному антивирусу Avast Как программист из Праги стал миллиардером благодаря бесплатному антивирусу Avast

Как скромному чеху удалось создать компанию, которая конкурирует с гигантами?

Forbes
Вкусный гид по Италии Вкусный гид по Италии

В Италию надо приезжать во всеоружии, изучив все кулинарные традиции

Лиза
Открыть в приложении