Десятилетиями квазикристаллы отвергались как математическая причуда — структуры настолько странные, что, казалось бы, не могли существовать в природе. Сегодня эти «невозможные» материалы обнаруживаются в самых неожиданных местах: от полигонов испытаний атомных бомб до метеоритов, бросая вызов нашему пониманию того, как формируется и эволюционирует материя. История их открытия — это не только научный прорыв, но и напоминание о том, что вселенная часто отказывается подчиняться четкой категоризации.
Долгое Неприятие Невозможного
Кристаллы, строительные блоки нашего материального мира, всегда подчинялись строгим правилам симметрии. На протяжении веков ученые верили, что существует лишь 230 различных кристаллических структур, каждая из которых основана на повторяющихся атомных узорах. Эта структура исключала структуры с «запрещенными» симметриями, такими как пятикратный или семикратный порядок вращения, поскольку они не могли соединяться без пробелов или перекрытий.
Идея о том, что такие структуры могут существовать, впервые была предложена в 1983 году физиком Полом Штайнхардтом и его студентом Довом Левином. Их теория предполагала, что квазикристаллы могут образовывать твердые тела с не повторяющимися атомными узорами, создавая своего рода «диссонанс в пространстве». Первоначально это вызвало скептицизм, но в 1984 году материаловед Даниэль Шехтман доказал их правоту, синтезировав в лаборатории сплав с пятикратной симметрией. В 2011 году за это была присуждена Нобелевская премия, хотя многие по-прежнему рассматривали квазикристаллы как неустойчивые аномалии, ограниченные контролируемыми условиями.
За Пределами Лаборатории: Квазикристаллы в Дикой Природе
Штайнхардт не был удовлетворен. Он верил, что если квазикристаллы могут образовываться в лабораторных условиях, то они должны существовать и в природе. В сотрудничестве с геологом Лукой Бинди они начали искать эти материалы в реальном мире. Одно из их первых открытий было сделано на метеорите под названием Хатыркит, найденном в отдаленном регионе Сибири. Этот метеорит содержал первый в мире природный квазикристалл, доказавший, что такие структуры могут образовываться вне лаборатории.
Команда продолжила расширять границы, изучая экстремальные среды, в которых квазикристаллы могут выжить. Важным осознанием стало то, что высокоэнергетические события, такие как удары астероидов или взрывы, могут создавать необходимые условия для их формирования. Это привело их к неожиданному источнику: остаткам первого испытания атомной бомбы, известным как «тринити». Образцы, собранные на полигоне Тринити, содержали не только стекло, но и первый квазикристалл, созданный человеком, образовавшийся под воздействием интенсивного тепла и ударных волн взрыва.
Неожиданная Стабильность Квазикристаллов
На протяжении многих лет предполагалось, что квазикристаллы по своей природе нестабильны и со временем разрушатся, превратившись в обычные кристаллические структуры. Однако недавние исследования опровергают это представление. Используя новые методы моделирования, ученые показали, что некоторые квазикристаллы могут быть действительно стабильными и способны существовать миллиарды лет. Эта стабильность в сочетании с их уникальной атомной структурой делает их ценными свидетельствами насильственных событий, которые их создали.
Новое Окно в Космическую Историю
Открытие квазикристаллов имеет последствия, выходящие далеко за рамки материаловедения. Они могут служить маркерами космических ударов во время формирования планет, предоставляя подсказки о ранней истории Солнечной системы. Исследователи теперь изучают образцы метеоритов и даже миссий «Аполлон», надеясь найти доказательства квазикристаллов, которые могли бы рассказать больше об условиях на древних небесных телах.
Поиски продолжаются: ученые просеивают микрометеориты, вулканическое стекло и даже образцы из Антарктиды, где космическая пыль накапливается во льду. Конечная цель состоит не только в том, чтобы найти больше квазикристаллов, но и понять, как они формируются, что они могут рассказать нам о вселенной и почему эти «невозможные» структуры оказываются на удивление распространенными.
Продолжающиеся открытия показывают, что квазикристаллы — это не просто научная диковинка, а фундаментальная часть естественного мира, ожидающая обнаружения в самых неожиданных местах.
