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

Вести из лабораторий Вести из лабораторий

Фосфолипиды для устранения нефтяных пятен и фотоотклик двумерных материалов

Наука и жизнь
Еще раз о депрессии: почему она возникает и как победить Еще раз о депрессии: почему она возникает и как победить

О депрессии сказано немало, но едва ли новый разговор на эту тему будет лишним

Psychologies
Под ветвями вишни... Под ветвями вишни...

Рассказ для любителей фантастики «Под ветвями вишни...»

Наука и жизнь
Специи, которые стоит добавить в свой рацион Специи, которые стоит добавить в свой рацион

Какие приправы использовать, чтобы избавиться от вздутия живота и снизить вес

Vogue
Алексеевцы Алексеевцы

Русская революция пришла в образе бунта тыловых гарнизонов

Дилетант
Удар по Мадуро. WSJ узнала об отзыве консультантов «Ростеха» из Венесуэлы Удар по Мадуро. WSJ узнала об отзыве консультантов «Ростеха» из Венесуэлы

Россия сократила число своих военных специалистов в Венесуэле

Forbes
Тест ноутбука Dell Alienware m15: легкий и тонкий игровой монстр Тест ноутбука Dell Alienware m15: легкий и тонкий игровой монстр

Тест игрового ноутбука с графическим чипом GeForce RTX 2080 Max-Q

CHIP
Яна Расковалова о сексуальности и самоцветах Яна Расковалова о сексуальности и самоцветах

«Украшения должны украшать!» — считает создательница Yana Jewellery

Vogue
Жители бурятского села пожаловались Путину на связанную с «Ростехом» компанию. Она начала проверку Жители бурятского села пожаловались Путину на связанную с «Ростехом» компанию. Она начала проверку

Видеообращение жителей таежного бурятского поселка Россошино к Владимиру Путину

Forbes
Марка аксессуаров, за которой стоит следить: очень странные очки Percy Lau Марка аксессуаров, за которой стоит следить: очень странные очки Percy Lau

Солнцезащитные очки из Китая — для творческих натур, рейверов и просто смелых

Esquire
Как решиться рожать после потери ребенка? Как решиться рожать после потери ребенка?

Снова стать мамой после потери ребенка решаются далеко не все и не сразу

Psychologies
Как вернуться из отпуска и не впасть в депрессию: важное руководство Как вернуться из отпуска и не впасть в депрессию: важное руководство

Еще 300 дней душной работы и сможешь отправиться в следующий отпуск!

Playboy
Адвокат Валерий Зинченко: Почему правовая информация из интернета может быть опасна для бизнеса и здоровья Адвокат Валерий Зинченко: Почему правовая информация из интернета может быть опасна для бизнеса и здоровья

Наравне с телемедициной популярность набирает онлайн-юриспруденция

СНОБ
Ты принимаешь душ слишком часто, считают ученые Ты принимаешь душ слишком часто, считают ученые

В среднем человек тратит два года своей жизни на мытье

Maxim
10 ядов животного мира с крайне специфическим действием 10 ядов животного мира с крайне специфическим действием

Яд – эффективная вещь, когда нужно справиться с превышающим по размеру существом

Популярная механика
Просить или требовать? Просить или требовать?

Как научиться общаться без агрессии

Домашний Очаг
9 вопросов, которые ты никогда не должен задавать молодоженам перед свадьбой 9 вопросов, которые ты никогда не должен задавать молодоженам перед свадьбой

Лишние вопросы молодоженам, лишенные такта и здравого смысла

Playboy
Ускоряем интернет: как установить Wi-Fi репитер Ускоряем интернет: как установить Wi-Fi репитер

Есть два пути установки WLAN-репитера: автоматически либо вручную

CHIP
Поющая в темноте Поющая в темноте

Му­за Лар­са фон Три­е­ра Шар­лот­та Генс­бур встре­ти­лась с GQ в Нью-Йор­ке

GQ
Еще один из рода Виндзор Еще один из рода Виндзор

Ее Величество Елизавета II за дворцовыми дверями просто лучшая на свете Гэн-Гэн

Караван историй
Предприниматель Дарья Лисиченко — о Konkovo market, аренде и брендах Предприниматель Дарья Лисиченко — о Konkovo market, аренде и брендах

О большой переделке ТК «Коньково» в Konkovo market

РБК
Зачем люди «покоряют» Эверест и почему гибнут в очереди на восхождение Зачем люди «покоряют» Эверест и почему гибнут в очереди на восхождение

Что заставляет людей взбираться на тысячи метров вверх

Популярная механика
Вот бы Крис Хемсворт забыл про гель для волос и вспомнил про галстуки Вот бы Крис Хемсворт забыл про гель для волос и вспомнил про галстуки

Крис Хемсворт – прирожденный борец со злом

GQ
Джоан Осборн, Дайдо и еще 6 музыкантов, которых прославила одна песня Джоан Осборн, Дайдо и еще 6 музыкантов, которых прославила одна песня

Есть музыканты, главный хит которых мы узнаем с первых нот

РБК
Что означают наряды героинь во втором сезоне «Большой маленькой лжи» Что означают наряды героинь во втором сезоне «Большой маленькой лжи»

Рассказывает художник по костюмам Аликс Фридбер

Vogue
Время страстей человеческих Время страстей человеческих

Обнаженные пластилиновые человечки Татьяны Бродач покорили Милан и Париж

Vogue
Кризис среднего возраста у вас в генах Кризис среднего возраста у вас в генах

Ученые пытаются противостоять возрастным изменениям в организме человека

СНОБ
Как правильно бриться классическим станком Как правильно бриться классическим станком

Как больше не страдать от раздражений на коже

GQ
Как отформатировать карту памяти с защитой от записи Как отформатировать карту памяти с защитой от записи

Мы поможем удалить файлы с карты памяти, защищенной от записи

CHIP
Плавники и турбины: расцвет и закат американского автомобильного барокко Плавники и турбины: расцвет и закат американского автомобильного барокко

Откуда на автомобилях взялись гигантские плавники и ракетные сопла?

Maxim
Открыть в приложении