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

Мечта из голубых кирпичиков Мечта из голубых кирпичиков

Модель суперкара Bugatti Chiron, почти целиком построенная из кубиков Lego

Популярная механика
5 фактов о «Фольксваген-Гольф», о которых ты вряд ли знал 5 фактов о «Фольксваген-Гольф», о которых ты вряд ли знал

«Фольксваген-Гольф» полон сюрпризов и открытий

Maxim
Миру вирус! Миру вирус!

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

Maxim
13 самых душераздирающих финалов в кинематографе 13 самых душераздирающих финалов в кинематографе

Эти фильмы становятся все печальнее с каждым просмотром

Maxim
Борис Эйфман: «Западные деятели балета более рациональны, а у нас все идет от эмоций» Борис Эйфман: «Западные деятели балета более рациональны, а у нас все идет от эмоций»

Загадочная русская душа – лэндмарк не слабее русского балета

GQ
Моя прелесть Моя прелесть

У жадности плохая репутация — ее даже внесли в список смертных грехов

Добрые советы
Рейтинг мультипекарей: какой лучше купить Рейтинг мультипекарей: какой лучше купить

Разобраться, какой мультипекарь выбрать, бывает непросто

CHIP
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
Объемный шоутех Объемный шоутех

Как новые технологии меняют индустрию развлечений

Forbes
Как вытащить и заменить батарею ноутбука? Как вытащить и заменить батарею ноутбука?

Как заменить батарею ноутбука?

CHIP
Сергей Щукин. Коллекционер Сергей Щукин. Коллекционер

История жизни коллекционера искусства Сергея Щукина

Караван историй
(Не) время признаваться в любви (Не) время признаваться в любви

У многих встает вопрос: когда уже пора открыто признаться партнеру в любви

Psychologies
Какой он — неаполитанский квартал из романов Элены Ферранте Какой он — неаполитанский квартал из романов Элены Ферранте

Сергей Кумыш попробовал попасть внутрь «Неаполитанского квартета» Элены Ферранте

РБК
О чем важно знать, если ваш близкий пережил серьезную психическую травму О чем важно знать, если ваш близкий пережил серьезную психическую травму

Как протянуть любимому человеку руку помощи

Psychologies
«Наш мир — гигантский мозг»: участник списка Forbes Давид Ян об опутавшей людей нейросети и читающих мысли роботах «Наш мир — гигантский мозг»: участник списка Forbes Давид Ян об опутавшей людей нейросети и читающих мысли роботах

Давид Ян о том, как искусственный интеллект поможет бухгалтеру Зинаиде

Forbes
«Как так вышло, что эти китайцы богаты на протяжении нескольких поколений?». Отрывок из бестселлера «Безумно богатые азиаты». «Как так вышло, что эти китайцы богаты на протяжении нескольких поколений?». Отрывок из бестселлера «Безумно богатые азиаты».

Дебютный роман Кевина Квана

Forbes
Бесполый разум. Как нейробиология доказала, что не бывает «женского» и «мужского» мозга Бесполый разум. Как нейробиология доказала, что не бывает «женского» и «мужского» мозга

Отрывок из книги «Гендерный мозг» нейробиолога Джины Риппон

Forbes
Самолет-беглец: самая нелепая катастрофа советского истребителя Самолет-беглец: самая нелепая катастрофа советского истребителя

Тридцать лет назад на дом в деревушке Беллегем упал советский истребитель МиГ-23

Популярная механика
««Яндекс» это, безусловно, коснется»: в Госдуме предложили ограничить иностранное владение крупными IT-компаниями ««Яндекс» это, безусловно, коснется»: в Госдуме предложили ограничить иностранное владение крупными IT-компаниями

Антон Горелкин предложил ограничить иностранное владение информресурсами

Forbes
«Мы превратимся в киборгов». Президент бизнес-школы «Сколково» Андрей Шаронов о будущем образования «Мы превратимся в киборгов». Президент бизнес-школы «Сколково» Андрей Шаронов о будущем образования

Интервью с президентом московской школы управления «Сколково» Андреем Шароновым

Forbes
Полоса препятствий Полоса препятствий

«СтарХит» раскрывает секреты нового сезона шоу «Форт Боярд»

StarHit
Почему на «Очень странные дела» по-прежнему не жалко потратить выходные Почему на «Очень странные дела» по-прежнему не жалко потратить выходные

Действие третьего сезона сериала «Очень странные дела» происходит в 1985 году

РБК
23 забытых блокбастера 2000-х 23 забытых блокбастера 2000-х

Все эти фильмы занимали первое место в американском прокате, но куда они делись?

Maxim
Бактерии не виноваты: большинство пневмоний вызваны вирусами и не лечатся антибиотиками Бактерии не виноваты: большинство пневмоний вызваны вирусами и не лечатся антибиотиками

Меньше трети случаев воспаления легких вызвано бактериальными инфекциями

Forbes
MAXIM рецензирует полезный канадский фильм «Как отмыть миллион» MAXIM рецензирует полезный канадский фильм «Как отмыть миллион»

Рецензия на фильм «Как отмыть миллион»

Maxim
Правда или действие: пошлые вопросы девушке (очень много идей) Правда или действие: пошлые вопросы девушке (очень много идей)

«Правда или действие» — очень классная игра для двоих и более человек

Playboy
«У мейкапа — огромный потенциал»: что знаменитые мужчины говорят о макияже и предрассудках сегодня «У мейкапа — огромный потенциал»: что знаменитые мужчины говорят о макияже и предрассудках сегодня

Цитаты о мужском макияже, уходе за кожей и предрассудках на этот счет

Esquire
Книжка с картинками: как учить английский по комиксам Книжка с картинками: как учить английский по комиксам

Почему комиксы могут быть лучше учебников и как учить по ним английский язык

Psychologies
Починить Родину Починить Родину

Знаменитый монумент на Мамаевом кургане ждет капитальный ремонт

Огонёк
Правила для скутеров Правила для скутеров

Появятся ли в России правила движения для электросамокатов и гироскутеров?

АвтоМир
Открыть в приложении