Знание-сила, 2008 № 08 (974) - [19]
Да и специалистов по математическому моделированию таких процессов, надо признать, вниманием не балуют. А напрасно: расчеты, которые здесь требуются, очень близки к переднему краю вычислительной науки. И делать их могут пока немногие. Одним словом, цели пока не определены и движение к ним пока не организовано.
Можно ли двигаться без всего этого? Можно! Символом нанотехнологий является молекула фуллерена (рис.2). Она по своей геометрии представляет обычный футбольный мяч, сшитый из 12 правильных пятиугольников и 20 правильных шестиугольников. Это вещество было названо в честь американского архитектора и инженера Бакминстера Фуллера.
Рис. 2. Молекула фуллерена
Удивительная геометрическая структура приводит к замечательным физическим свойствам. Эти молекулы обладают очень большой прочностью: они не разрушаются, даже сталкиваясь с преградой со скоростью 104 метра в секунду. Это позволяет использовать их в качестве смазки. С другой стороны, их геометрия дает возможность с помощью структур такого типа упаковать отдельные атомы или молекулы, что может иметь принципиальное значение для микробиологии и медицины. Кроме того, они могут быть основой для высокотемпературных сверхпроводников.
Фуллеренов достаточно много в природе, они содержатся в газовой саже, в чугуне. Но, чтобы их можно было использовать, рассматривать с точки зрения технологии, надо иметь возможность производить их много и дешево. Это научились делать, испаряя графит в гелиевой атмосфере. Парадоксальный, неожиданный ход исследователей, потребовавший многих усилий и удостоенный Нобелевской премии по химии, присужденной в 1996 году Р. Смоли, Р.Керлу и Г. Крото. Но не очевидно, что следующие шаги не будут даваться так же трудно.
В нанонауке иногда открываются двери в сказку. Но нужно дать себе труд увидеть эти двери и зайти в них. Вечной мечтой, сказочным объектом была «шапка-невидимка» или «эльфийский плащ» в западной традиции. В 1968 году профессор Московского физико-технического института В.Г.Веселаго опубликовал в «Успехах физических наук» статью о гипотетических материалах, у которых диэлектрическая проницаемость ε и магнитная проницаемость μ меньше нуля. Скорость электромагнитной волны пропорциональна √εμ, и если оба множителя под корнем отрицательны, то волна вполне может распространяться. Такие «левые среды» обладают удивительными свойствами. Помните из школы закон преломления sinα/sinβ = n1/n2, а и в — углы падения и преломления, nj и n2 — показатели преломления? Так вот, для левых сред этот показатель может быть отрицателен. Это означает, что, комбинируя обычные и левые материалы, мы можем заставить лучи огибать предмет, то есть создать шапку- невидимку (рис. 3).
До 2000 года эту работу и другие исследования подобного жанра, выполненные в нашей стране, рассматривали как забавный теоретический курьез. Однако в 2000 году английские ученые Дж. Пендри и Дж. Смит создали такие объекты, назвав их метаматериалами. Для них эффективные значения ε и μ отрицательны. Добиться этого удается, создавая на наномасштабах неоднородности, сравнимые с длиной волны. Разумеется, речь вначале идет об эффективной прозрачности для волн с определенной длиной в простейшей, стационарной, довольно громоздкой конфигурации.
Но двери в сказку уже открылись! Начался бум теоретических и экспериментальных работ. Математики, оптики, материаловеды увидели объекты своих исследований с совершенно другой стороны. Усилиями одного из энтузиастов этого молодого направления Э.Т.Кренкеля был создан сборник классических отечественных и зарубежных работ по новой тематике с тем, чтобы наши ученые поскорее включились в этот захватывающий поиск. Но ... Российский фонд фундаментальных исследований не поддержал издания книги, как не представляющей особого интереса. Наверно, уже действительно произошел переход от «шумихи» к «неразберихе». Ну а в науке, как и во многих других областях, «кто не успел, тот опоздал».
Подводя итог, можно сказать, что пока неясно, насколько трудным и тернистым будет путь нанонауки, но уже понятно, что без четкой постановки задачи и разумной организации мы сможем всерьез затруднить движение по этой дороге.
Рис. 3. Принцип «шапки-невидимки»
Лучше договариваться о запрещении вооружений, которые еще не создали.
Замечание М.В. Келдыша на семинаре
Технологии меняют мир и делают реальностью прежде немыслимое. История начала Первой мировой войны, к примеру, показывает, что англичане весьма уверенно чувствовали себя в наступившем ХХ веке. Они полагали, что Германия просто не имеет технологических возможностей начать войну. Ей не хватило нитратов для производства взрывчатки и каучука для изоляции проводов. Англичане монополизировали соответствующие ресурсы на мировом рынке и считали, что все держат в руках. Но. очень скоро была выполнена работа Ф. Габера по синтезу аммиака из воздуха (Нобелевская премия по химии за 1918 год) и изобретена резина. Технологические возможности появились, и они были немедленно использованы.
Высокие технологии самым тесным образом связаны с военными проектами. И дело не в агрессивности ученых. Просто в этой сфере отношение цена/качество может быть очень большим. Чтобы получить преимущества в вооруженной борьбе, многие страны готовы внедрять новинки с переднего края науки.
