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

Заповедные новости Заповедные новости

Новости заповедников: орланы-белохвосты, разорение гнезд и амурская тигрица

Наука и жизнь
Я наберу Я наберу

В рассказе «Я наберу» реальность — вместилище для ужасных событий

Esquire
Будьте здоровы Будьте здоровы

Розмарин против болезни Альцгеймера, тимелевые — против рака

Знание – сила
Встать на рейд Встать на рейд

Маршрут для легендарного Севастополя и его окрестностей

Лиза
Убить Лумумбу Убить Лумумбу

Патрис Лумумба был одним из самых мужественных лидеров своего поколения

Знание – сила
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
Родители тоже плачут: почему детям полезно видеть наши слезы Родители тоже плачут: почему детям полезно видеть наши слезы

Детям может быть полезно видеть, что мы испытываем разные эмоции

Psychologies
Хоумскулинг: кому он подходит и как выстроить режим Хоумскулинг: кому он подходит и как выстроить режим

Формат семейного обучения позволяет ребенку получать знания в своем темпе

Psychologies
Звезда Звезда

Дэвид Харбор о собственном приключении на Обратную сторону — и обратно

Esquire
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
4 крутые опции, которые могут появиться в автомобилях уже совсем скоро 4 крутые опции, которые могут появиться в автомобилях уже совсем скоро

Например, интерактивная карта свободных парковочных мест по всему городу

CHIP
50 фактов об исследовании Луны: от первых зондов и “Аполлонов” до наших дней 50 фактов об исследовании Луны: от первых зондов и “Аполлонов” до наших дней

В этом году исполняется 50 лет с момента первой высадки человека на Луну

Популярная механика
Автопром без льгот: автомобили резко подорожают в 2019-м Автопром без льгот: автомобили резко подорожают в 2019-м

В ближайшие время автомобили могут подорожать на 3-10%

РБК
Выхожу искать Выхожу искать

Где можно встретить будущего партнера

Psychologies
Диджей-инвестор: как Стив Аоки заработал $30 млн за год на музыке, моде и киберспорте Диджей-инвестор: как Стив Аоки заработал $30 млн за год на музыке, моде и киберспорте

Стив Аоки за год дает сотни концертов, но источник его дохода — не только музыка

Forbes
Тест Samsung Galaxy A40: качественный и компактный смартфон среднего класса Тест Samsung Galaxy A40: качественный и компактный смартфон среднего класса

Смартфон Samsung Galaxy A40 является в высшей степени компактным и легким

CHIP
«Траст» пошел за Минцами: банк плохих долгов подал в Лондоне первый иск к бенефициарам «московского кольца» «Траст» пошел за Минцами: банк плохих долгов подал в Лондоне первый иск к бенефициарам «московского кольца»

Банк «Траст» подал иск к бенефициарам О1 Group

Forbes
Миллиардер, бросивший вызов Трампу. Как Том Стейер заработал $1,6 млрд Миллиардер, бросивший вызов Трампу. Как Том Стейер заработал $1,6 млрд

Соперником Трампа на выборах 2020 года может стать миллиардер Том Стейер

Forbes
Где есть и пить в Бал-Харбор — самом изысканном районе Майами-Бич Где есть и пить в Бал-Харбор — самом изысканном районе Майами-Бич

Ресторанный обозреватель выбрал самые достойные заведения Майами-Бич

РБК
Вам-то хорошо! Вам-то хорошо!

Зависть помогает объяснить любые неудачи и... прийти к оглушительному успеху

Добрые советы
Обзор смартфона INOI kPhone 4G: создан для детей Обзор смартфона INOI kPhone 4G: создан для детей

INOI kPhone 4G: устройство, адаптированное под нужды ребенка и родителей

CHIP
Ольга Шатерникова: Ольга Шатерникова:

Гонщица Ольга Шатерникова соревнуется с мужчинами на равных

Cosmopolitan
«Я никогда не жила так легко и счастливо, как в 50» «Я никогда не жила так легко и счастливо, как в 50»

Почему в 50 можно и нужно жить счастливо

Psychologies
6 находок думающих родителей: сценарии идеального вечера с ребенком 6 находок думающих родителей: сценарии идеального вечера с ребенком

Несколько способов интересно провести вечер с ребенком, не выходя из дома

Psychologies
Как программист из Праги стал миллиардером благодаря бесплатному антивирусу Avast Как программист из Праги стал миллиардером благодаря бесплатному антивирусу Avast

Как скромному чеху удалось создать компанию, которая конкурирует с гигантами?

Forbes
Собирать компьютер VS покупать готовый: плюсы и минусы вариантов Собирать компьютер VS покупать готовый: плюсы и минусы вариантов

Рассмотрим преимущества и недостатки самостоятельной и готовой сборок ПК

CHIP
«Компаниями управляют нарциссы, в отношениях царит двуличие»: почему бизнес-литература не применима к реальной жизни «Компаниями управляют нарциссы, в отношениях царит двуличие»: почему бизнес-литература не применима к реальной жизни

Почему невозможно научиться управлять бизнесом, даже читая множество бизнес-книг

Forbes
Козырная Марта Козырная Марта

Остров Мартас-Винъярд, где отдыхают американские акулы бизнеса и шоу-бизнеса

Tatler
«Всё из-за Иришки!»: российские звезды устроили смешную травлю Леди Гаги «Всё из-за Иришки!»: российские звезды устроили смешную травлю Леди Гаги

Звезды и обычные пользователи устроили настоящий флешмоб в Instagram Леди Гаги

Cosmopolitan
Голливуд охвачен тревогой: публика все реже посещает кинотеатры Голливуд охвачен тревогой: публика все реже посещает кинотеатры

Статистика показывает массивное падение сборов кинокомпаний

Maxim
Открыть в приложении