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

Кедры решают все Кедры решают все

О людях, которым белочки в тайге помидорчики выращивают

Maxim
Мириться или расставаться? Мириться или расставаться?

Жизнь часто подбрасывает нам головоломки

Psychologies
Квантовое превосходство Квантовое превосходство

В IT сложилась предреволюционная ситуация

Популярная механика
Мини-печь: альтернатива духовке Мини-печь: альтернатива духовке

Сегодня расскажем, что такое ростер, он же мини-печь

CHIP
Как пережить разрыв с девушкой за 24 часа (или даже быстрее) Как пережить разрыв с девушкой за 24 часа (или даже быстрее)

После разрыва лучше глубоко вздохнуть, выдохнуть и... взять себя в руки

Playboy
Лавапокалипсис. Почему вулканы, опаснее для человечества, чем астероиды и пандемии Лавапокалипсис. Почему вулканы, опаснее для человечества, чем астероиды и пандемии

Оказывается, вулканы давно держат зло на все человечество

Maxim
Почти 40% россиян не хотят видеть Путина у власти после 2024 года Почти 40% россиян не хотят видеть Путина у власти после 2024 года

После пенсионной реформы президент перестал быть неуязвим для критики

Forbes
Три секрета, чтобы стать лучшими бабушкой и дедушкой Три секрета, чтобы стать лучшими бабушкой и дедушкой

Как бабушка и дедушка вы можете обнаружить, что многие вещи вам не подвластны

Psychologies
Повара спасают Россию Повара спасают Россию

Инвентаризация кухни амбассадоров zero waste, осознанности и ответственности

Собака.ru
#инструктаж: как выбрать бокал для вина #инструктаж: как выбрать бокал для вина

Мы изучили всевозможные виды бокалов для вина

РБК
8 функций Яндекс.Почты, о которых ты скорее всего не знаешь 8 функций Яндекс.Почты, о которых ты скорее всего не знаешь

Изобретатели порой делают удобные и привычные вещи еще удобнее. Например почту

Maxim
Он ушел: почему мы обвиняем в крушении отношений другую женщину Он ушел: почему мы обвиняем в крушении отношений другую женщину

Неверность партнера — одна из самых болезненных причин расставаний

Psychologies
Кто управляет российским футболом? Кто управляет российским футболом?

Рассказываем о восьми людях, без которых нельзя представить футбол в России

GQ
Мобильная экономия Мобильная экономия

7 полезных мобильных приложений для снижения расходов

Лиза
«Главное — найти жену хорошую». Как миллиардеры воспитывают своих детей «Главное — найти жену хорошую». Как миллиардеры воспитывают своих детей

Правила воспитания топовых миллиардеров России и мира

Forbes
IT без иностранцев: как депутат Горелкин напугал «Яндекс», Mail.Ru и «Мегафон» IT без иностранцев: как депутат Горелкин напугал «Яндекс», Mail.Ru и «Мегафон»

Законопроект об информационно значимых интернет-ресурсах

Forbes
Новый этап перехода на онлайн-кассы будет стоить малому бизнесу до 13 млрд рублей Новый этап перехода на онлайн-кассы будет стоить малому бизнесу до 13 млрд рублей

На работу с онлайн-кассами должны были перейти около 400 000 предпринимателей

Forbes
«Конфетка» для Ротенберга: яхтенная марина, которую поручил построить в Крыму Путин, подорожала вдвое «Конфетка» для Ротенберга: яхтенная марина, которую поручил построить в Крыму Путин, подорожала вдвое

Расходы на создание яхтенной марины мирового уровня выросли вдвое

Forbes
Как завоевать сердце мужчины? Советы итальянца Марко Праццоли Как завоевать сердце мужчины? Советы итальянца Марко Праццоли

Истина стара, как мир: «Путь к сердцу мужчины лежит через его желудок!»

Cosmopolitan
Модные планы на выходные. 20–21 июля Модные планы на выходные. 20–21 июля

Много гастрономических и культурных развлечений на выходные 20–21 июля

Vogue
«Его равнодушие задевало»: миллиардер Леонид Богуславский о матери, отчиме Андрее Вознесенском и YouTube, который заменил поэзию «Его равнодушие задевало»: миллиардер Леонид Богуславский о матери, отчиме Андрее Вознесенском и YouTube, который заменил поэзию

Бизнесмен Леонид Богуславский сделал подарок своей матери

Forbes
Танковый бой под Прохоровкой: что же там происходило Танковый бой под Прохоровкой: что же там происходило

Битва советских и фашистских танков в сражении под Прохоровкой в июле 1943 года

Maxim
В здоровом теле В здоровом теле

Звездный тренер о том, как помогала худеть Валерии

StarHit
Алла Сараева: Нужно ли заменить «Архипелаг ГУЛАГ» Библией в школьной программе Алла Сараева: Нужно ли заменить «Архипелаг ГУЛАГ» Библией в школьной программе

Олег Смолин поддержал инициативу добавить в школьную программу тексты из Библии

СНОБ
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
Афиша на выходные 26-28 июля Афиша на выходные 26-28 июля

Большие фестивальные выходные

Forbes
5 привычных мест для купания, где тебя поджидает опасность (это не шутки) 5 привычных мест для купания, где тебя поджидает опасность (это не шутки)

Не позволь веселью закончиться трагедией!

Playboy
Страхи Центробанка: почему не стоит ждать от регулятора мягких формулировок Страхи Центробанка: почему не стоит ждать от регулятора мягких формулировок

Что стоит за решением ЦБ снизить ключевую ставку

Forbes
Как правильно гладить кошку с точки зрения науки Как правильно гладить кошку с точки зрения науки

Современная наука на страже счастья человеческого! (и кошачьего)

Maxim
Неудобная правда Неудобная правда

Американец и швед сняли самую честную экранизацию катастрофы на АЭС в Чернобыле

Дилетант
Открыть в приложении