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

Порция суши Порция суши

Самые-самые острова мира

Maxim
Глава ЦБ отказалась разрешить всем подряд покупать акции Apple и Google Глава ЦБ отказалась разрешить всем подряд покупать акции Apple и Google

Брокеры попросили регулятор разрешить инвесторам покупать иностранные акции

Forbes
Миру вирус! Миру вирус!

Статья, после которой начнешь уважать вирусы: ты состоишь из них наполовину

Maxim
Выйти из зоны отпуска. 8 летних приключений, которые перевернут ваше сознание Выйти из зоны отпуска. 8 летних приключений, которые перевернут ваше сознание

Предлагаем этим летом стряхнуть пыль не с книги, а с самих себя

Forbes
В астрономическом раю В астрономическом раю

Заметки пулковского астронома о путешествии в Чили, в обсерватории ESO

Наука и жизнь
Рейтинг самых успешных молодых российских художников возглавил поджигатель деревень Данила Ткаченко Рейтинг самых успешных молодых российских художников возглавил поджигатель деревень Данила Ткаченко

Пятерка самых успешных признанных и самых успешных молодых российских художников

Forbes
Сказка о геологе Джеке Шмитте, который стал астронавтом и побывал на Луне Сказка о геологе Джеке Шмитте, который стал астронавтом и побывал на Луне

Рассказы о науке

Наука и жизнь
Какие часы носить в августе? Какие часы носить в августе?

История часового дела началась, разумеется, с механизмов

GQ
Оденься как звезда на самый громкий опен-эйр года Оденься как звезда на самый громкий опен-эйр года

27 июля в московских «Лужниках» состоится опен-эйр Europa Plus Live

Cosmopolitan
Рукотворный кризис. Что пошло не так с московскими выборами? Рукотворный кризис. Что пошло не так с московскими выборами?

История с московскими выборами

Forbes
Дом — место силы: как он влияет на наше психоэмоциональное состояние Дом — место силы: как он влияет на наше психоэмоциональное состояние

В «своем» пространстве можно отдохнуть и подзарядиться после тяжелого дня

Psychologies
10 приложений, которые помогут решить все типичные проблемы россиянина 10 приложений, которые помогут решить все типичные проблемы россиянина

Эти приложения помогут во всех ежедневных заботах и сэкономят тебе деньги

Playboy
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
Все равно ему водить Все равно ему водить

Адама Драйвера любят и режиссеры, и кинокритики, и даже фанаты «Звездных войн»

Glamour
Ребенок и роботы: волноваться или нет? Ребенок и роботы: волноваться или нет?

Как роботостроение поможет ребенку найти друзей и освоить профессии будущего

СНОБ
Королева Марго Королева Марго

Марго Робби давно знала, что однажды сядет и напишет письмо Квентину Тарантино

Glamour
Рейтинг мультипекарей: какой лучше купить Рейтинг мультипекарей: какой лучше купить

Разобраться, какой мультипекарь выбрать, бывает непросто

CHIP
13 небанальных эмодзи, с помощью которых можно намекнуть девушке на интим 13 небанальных эмодзи, с помощью которых можно намекнуть девушке на интим

Небанальные смайлики, с помощью которых твой намек на интим будет оригинальным

Playboy
Сны наяву Сны наяву

Спальня — личное пространство, в её оформлении присутствует бессознательное

SALON-Interior
Ни слова о «Лошарике». Как федеральные телеканалы рассказали о гибели 14 моряков в Баренцевом море Ни слова о «Лошарике». Как федеральные телеканалы рассказали о гибели 14 моряков в Баренцевом море

Как федеральные телеканалы освещают пожар на подлодке в Баренцевом море

Forbes
Основателю Baring Vostok Майклу Калви продлили домашний арест Основателю Baring Vostok Майклу Калви продлили домашний арест

Бизнесмен Майкл Калви пробудет под домашним арестом как минимум до 13 октября

Forbes
16 незаслуженно пропущенных фильмов 2015-го 16 незаслуженно пропущенных фильмов 2015-го

Мы отобрали для тебя реально замечательные кинокартины 2015 года

Maxim
Что делать в Москве в этот уик-энд? Что делать в Москве в этот уик-энд?

Планы на ближайшие выходные

GQ
Заоблачные гонорары вселенной Marvel: как шесть актеров из «Мстителей» заработали $340 млн Заоблачные гонорары вселенной Marvel: как шесть актеров из «Мстителей» заработали $340 млн

Финал кинофраншизы «Мстители» стал одним из самых кассовых фильмов в истории

Forbes
Роман с камнем Роман с камнем

Планируя каникулы у моря, многие спорят, где провести лето

Robb Report
Укладываем проводку в доме: как правильно выбрать провод? Укладываем проводку в доме: как правильно выбрать провод?

Разбираемся в классификации проводов и выбираем кабель под свои нужды

CHIP
Мириться или расставаться? Мириться или расставаться?

Жизнь часто подбрасывает нам головоломки

Psychologies
У болезни простые законы: Оксане очень нужна твоя помощь У болезни простые законы: Оксане очень нужна твоя помощь

Прямо сейчас ты можешь помочь Оксане

Cosmopolitan
Святой Грааль Индианы Джонса Святой Грааль Индианы Джонса

«Индиана Джонс и последний крестовый поход» таит немало сведений о Граале

Дилетант
Боишься летать на самолете? 6 лайфхаков, которые помогут успокоиться Боишься летать на самолете? 6 лайфхаков, которые помогут успокоиться

Бояться — это нормально, но страх можно победить!

Playboy
Открыть в приложении