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

Парусные самолёты: бывает и такое! Парусные самолёты: бывает и такое!

Как летательные аппараты оснастили парусом

Популярная механика
Светлана Капанина: «Неталантливых людей не бывает» Светлана Капанина: «Неталантливых людей не бывает»

Сейчас уже сложно кого-то удивить женщиной в «мужской» профессии

Psychologies
Миру вирус! Миру вирус!

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

Maxim
Все равно ему водить Все равно ему водить

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

Glamour
6 главных причин споров, из-за которых молодожены ссорятся в первый год брака 6 главных причин споров, из-за которых молодожены ссорятся в первый год брака

Главные причины споров в первый год брака и способы их решения

Playboy
«Фуфло» и «мусор»: как в «ФК Открытие» перед санацией оценивали бумаги структур Минца на 34 млрд рублей «Фуфло» и «мусор»: как в «ФК Открытие» перед санацией оценивали бумаги структур Минца на 34 млрд рублей

Теперь эта сделка — в центре судебного разбирательства в Лондоне

Forbes
Вице-президент США станет миллионером благодаря пенсии Вице-президент США станет миллионером благодаря пенсии

Основную часть активов вице-президента Майка Пенса составляет его пенсия

Forbes
Тест фитнес-браслета Smarterra FitMaster Pulsar: больше, чем спорт Тест фитнес-браслета Smarterra FitMaster Pulsar: больше, чем спорт

Мы протестировали фитнес-браслет FitMaster Pulsar

CHIP
«Пора покупать машины поменьше». Осенью парковки станут короче «Пора покупать машины поменьше». Осенью парковки станут короче

Сделать места для парковки короче и уже по всей России позволят новые стандарты

РБК
«Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью «Мой сын не понимает, как женщина может сидеть дома и вообще не работать»: 5 историй о том, как совместить МВА и семью

Как женщины одновременно получают МВА, делают карьеру и воспитывают детей

Forbes
«Все выдумки не стоят естества…» «Все выдумки не стоят естества…»

На свете есть немало людей, уверенных, что небо над нами бороздят НЛО

Наука и жизнь
Звездный час Звездный час

Спортсмен из Казахстана запустил мировой флешмоб

StarHit
7 странных правил этикета разных стран мира (плюнули – значит, уважают) 7 странных правил этикета разных стран мира (плюнули – значит, уважают)

Вот тебе несколько наставлений перед грядущими путешествиями

Playboy
Как ухаживать за кожей вокруг глаз и когда необходима блефаропластика Как ухаживать за кожей вокруг глаз и когда необходима блефаропластика

Современные методики омоложения области вокруг глаз

РБК
Выжимаем соки из ПК: разгон видеокарты Выжимаем соки из ПК: разгон видеокарты

Как повысить производительность компьютерного железа

CHIP
Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь Место силы. Как устроены «Патрики» и сколько здесь стоит счастливая жизнь

Москва — один из самых неоднородных мегаполисов мира

Forbes
5 японских правил питания 5 японских правил питания

Что японцы едят на самом деле и как они это делают

Psychologies
Ванкувер, Канада Ванкувер, Канада

Эта история полна клюквы, но ты должен в нее поверить

Maxim
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
Санкции на $1 млрд: Россия подготовила ответ Грузии Санкции на $1 млрд: Россия подготовила ответ Грузии

Госдума попросит президента и правительство ввести новые санкции против Грузии

Forbes
Приходят чужие штрафы: в ГИБДД объяснили, что делать Приходят чужие штрафы: в ГИБДД объяснили, что делать

Автомобилистка два года получала штрафы из-за машины с такими же номерами

РБК
Будущее российского пива. Чем закончится диалог пивоваров с государством Будущее российского пива. Чем закончится диалог пивоваров с государством

Пивоваренная отрасль следит за финалом дискуссии вокруг реестра производителей

Forbes
Одноэтапная имплантация: плюсы и минусы, показания и противопоказания, цены Одноэтапная имплантация: плюсы и минусы, показания и противопоказания, цены

Отсутствие зубов — проблема физиологическая и психологическая одновременно

Cosmopolitan
Вселенная вибрирующих струн. Как выглядит подлинная реальность с точки зрения физика-теоретика Вселенная вибрирующих струн. Как выглядит подлинная реальность с точки зрения физика-теоретика

В МГУ начал работу Институт теоретической и математической физики

Русский репортер
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Рост выплат россиян по кредитам и государству достиг рекордного с 2014 года уровня Рост выплат россиян по кредитам и государству достиг рекордного с 2014 года уровня

Расходы россиян на выплаты государству и текущее потребление растут

Forbes
Как молодая мать в декрете создала бизнес с выручкой 2,5 млрд рублей в год Как молодая мать в декрете создала бизнес с выручкой 2,5 млрд рублей в год

Закрытый клуб распродаж детских товаров Mamsy начинался как семейный проект

Forbes
Женщина-Тор и новый Блэйд: Marvel раскрыла планы на будущее Женщина-Тор и новый Блэйд: Marvel раскрыла планы на будущее

Просто сенсационные заявления от Кевина Файги

Playboy
Мираж Netflix. Почему глобальные видеосервисы ждет мрачное будущее Мираж Netflix. Почему глобальные видеосервисы ждет мрачное будущее

Цифровые, онлайн и мобильные каналы и ресурсы становятся основными

Forbes
Рыбный четверг: где найти свежие морепродукты в Москве Рыбный четверг: где найти свежие морепродукты в Москве

Лучшие места для любителей морских гадов

Forbes
Открыть в приложении