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

Синтез транзисторов на основе нанотрубок ускорили в тысячу раз Синтез транзисторов на основе нанотрубок ускорили в тысячу раз

Исследователи предложили методы быстрого синтеза энергоэффективных транзисторов

N+1
Поставить горе на паузу: чем это чревато Поставить горе на паузу: чем это чревато

Народная мудрость гласит, что горе нужно проплакать

Psychologies
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Шойгу рассказал об обстоятельствах гибели подводников Шойгу рассказал об обстоятельствах гибели подводников

Погибшие подводники после возникновения пожара задраили люки

Forbes
Всё ясно! Всё ясно!

Что-то беспокоит, но не поймешь что?

Cosmopolitan
Кейт Буш Кейт Буш

Правила жизни певицы Кейт Буш

Esquire
Второй китайский стелс-истребитель J-31 появится через год Второй китайский стелс-истребитель J-31 появится через год

Работа над истребителем J-31 идет в полном соответствии с графиком

Популярная механика
Марка, за которой стоит следить: авангард от грузинского бренда Situationist Марка, за которой стоит следить: авангард от грузинского бренда Situationist

Ираклий Русадзе теперь создает бодрую гендерно-нейтральную одежду

Esquire
Ален Делон, Марлон Брандо и еще 7 мужчин — легенд кино XX века Ален Делон, Марлон Брандо и еще 7 мужчин — легенд кино XX века

Как сложились судьбы легенд кино XX века в кино и за кадром

РБК
Стесняюсь спросить: 10 важных вопросов трихологу (врачу, который лечит волосы и кожу головы) Стесняюсь спросить: 10 важных вопросов трихологу (врачу, который лечит волосы и кожу головы)

Уход за волосами и кожей головы — это не только хороший шампунь

Esquire
В лабиринтах альтернативной истории В лабиринтах альтернативной истории

Имеют ли право на жизнь иные варианты развития известных исторических событий?

Наука и жизнь
Ваша мотивация: как не отступать от ЗОЖ Ваша мотивация: как не отступать от ЗОЖ

О том, как найти свою мотивацию, рассказывает популярный ЗОЖ-блогер

Домашний Очаг
Жизнь после цинандали: как запрет грузинского вина изменит ландшафт винной отрасли Жизнь после цинандали: как запрет грузинского вина изменит ландшафт винной отрасли

Доля винного рынка, которая приходится на Грузию — 15,5%

Forbes
Time составил список 25 самых влиятельных знаменитостей в интернете. В него вошли Меган Маркл, Карди Би и даже Time составил список 25 самых влиятельных знаменитостей в интернете. В него вошли Меган Маркл, Карди Би и даже

Журнал Time оценил влияние знаменитостей на социальные медиа

Esquire
Жуков, Солженицын, Горбачева и другие люди из СССР на обложке Time Жуков, Солженицын, Горбачева и другие люди из СССР на обложке Time

Кто из СССР и по какому поводу побывал на обложке американского еженедельника

РБК
Что такое апсайклинг и зачем вообще переделывать старые вещи Что такое апсайклинг и зачем вообще переделывать старые вещи

Почему многие дизайнеры переделывает старые вещи и продают как новые

Esquire
Неделя потребления: бронзовые часы от Zenith и яхта для принцессы Неделя потребления: бронзовые часы от Zenith и яхта для принцессы

Конец июля радует новинкой от Zenith и флагманской яхтой Princess Yachts

Forbes
«Не надо нам тыкать». Инспекторы ГИБДД рассказали, как с ними общаться «Не надо нам тыкать». Инспекторы ГИБДД рассказали, как с ними общаться

Эксперты рассказали об особенностях общения с инспекторами ГИБДД

РБК
Психолог — о том, как научиться принимать свое тело Психолог — о том, как научиться принимать свое тело

Что именно стоит понимать под бодипозитивом и как найти поддержку у окружающих

РБК
Люди делятся странными причинами прекратить дружбу раз и навсегда (здесь 12 самых диких) Люди делятся странными причинами прекратить дружбу раз и навсегда (здесь 12 самых диких)

О самых странных и мелких причинах, по которым люди заканчивали дружбу

Playboy
Дорого и страшно: почему банки не спешат внедрять биометрию Дорого и страшно: почему банки не спешат внедрять биометрию

Технология сбора биометрических данных должна появиться во всех банках

Forbes
Возможен ли бизнес на Луне: от фантастики до реальности Возможен ли бизнес на Луне: от фантастики до реальности

Какие перспективы для лунного бизнеса видят писатели-фантасты

Популярная механика
Будь скромным и открытым: 5 советов для безупречной репутации Будь скромным и открытым: 5 советов для безупречной репутации

Главные критерии «хорошей репутации» в современном бизнесе

Forbes
Ударил автопробегом по бездорожью: как министр Орешкин путешествует на «Ладе» по России Ударил автопробегом по бездорожью: как министр Орешкин путешествует на «Ладе» по России

Что министр экономического развития увидел в поездке из Москвы в Тольятти

Forbes
Есть ли у ЦБ шанс вернуть 290 млрд рублей с экс-владельцев банка «Открытие»? Есть ли у ЦБ шанс вернуть 290 млрд рублей с экс-владельцев банка «Открытие»?

В деле банка «Открытие» будет выбрана стратегия «нельзя выиграть — затяни»

Forbes
Пять самых страшных сериалов на Netflix Пять самых страшных сериалов на Netflix

Страшные сериалы, которые стоит смотреть дома под одеялом

Vogue
Вашей бабушке это понравится: зачем рестораны создают собственные фермы Вашей бабушке это понравится: зачем рестораны создают собственные фермы

Анна Кукулина рассказывает историю любви шеф-поваров к фермерскому делу

Forbes
Как спастись с подводной лодки: «Комсомолец» и другие Как спастись с подводной лодки: «Комсомолец» и другие

Кто не знает выражения «Куда ты денешься с подводной лодки?»

Популярная механика
Пьер Карден, Оливье Тискенс и другие модные выставки на август Пьер Карден, Оливье Тискенс и другие модные выставки на август

В Нью-Йорке, Лондоне и французском Кале

Vogue
Рихтер Рихтер

Замоскворечье — из тех редких московских районов, в которых уцелел дух города

Seasons of life
Открыть в приложении