Тайны открытий XX века
Шрифт:
Впрочем, пока заботы нанотехнологов довольно будничны. «Микроскопические» успехи здесь принимаются на ура. Весной 2000 года японские ученые из компании NEC изготовили переключатель размером менее 10 нанометров. Переключение осуществляется с помощью отдельных электронов. Незадолго до этого немецкий физик Райнер Кассинт продемонстрировал самое маленькое в мире сопло, чей диаметр в тысячи раз меньше диаметра человеческого волоса.
Однако сказанное не означает, что у нанотехнологии пока нет особых перспектив. Так, химическая нанотехнология уже сейчас созрела для промышленного применения. Поверхности различных материалов можно покрывать наночастицами, содержащими всего несколько сотен атомов или молекул. Эти частицы в тысячи раз меньше живой клетки. Их нельзя удалить; их сила сцепления слишком велика. Они меняют свойства подложки, придавая необычайную прочность и стойкость обычным материалам; те могут стать, например, пуленепробиваемыми.
Как подчеркивает физик Ю. Свидиненко на страницах журнала «Наука и жизнь», «нанообъекты (например, наночастицы металлов), как правило, имеют физические и химические свойства, отличные от свойств более крупных объектов из того же материала и от свойств отдельных атомов». Например, температура плавления частиц золота размером 5 — 10 нанометров на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 кубический сантиметр.
Наука и промышленность возлагает большие надежды на наноматериалы. Они тверды, жестки, прочны и обладают особыми оптическими свойствами. Нанопорошок из крохотных шариков, трубочек и иголок является основой создания прозрачной керамики, плоских телеэкранов и электропроводящих полимерных пленок. Наночастицы, окруженные слоем органического материала, образуют чрезвычайно стойкие лаки. Мельчайший порошок диоксида титана особенно эффективно защищает дерево, кожу и продукты питания от ультрафиолетового излучения. Поверхность столовой ложки такого порошка примерно равна поверхности футбольного поля. Магнитизированные наночастицы целенаправленно разрушают раковые опухоли.
Нанопродукты — огромный технологический рынок будущего. Они найдут применение буквально во всех отраслях хозяйства: оконные стекла, которые нельзя разрисовать краской; стекла очков, что не поцарапать; противопожарные стекла, способные превратиться при сильном нагревании в изоляционный материал, что выдержит даже залп огнемета; самоочищающиеся покрытия, к которым не будет приставать грязь и вода; наноструктуры вместо традиционных транзисторов. И все же, по мнению экспертов, главной областью их применения станет создание новых «думающих» материалов на основе наночастиц.
«Эволюции потребовались миллиарды лет, чтобы от мельчайших структур перейти к сотворению таких макроскопических систем, как человек, — пишет Фриц Приц из Стэнфордс-кого университета. — Нам потребуются всего десятилетия, чтобы вернуться к мельчайшим объектам».
Кстати, в последнее время все больше интереса вызывает идея использовать фрагменты молекулы ДНК в качестве остова, к которому в строго определенных местах биохимическими методами будут прикрепляться различные наноструктуры.
Несомненно, развитие нанотехнологии благотворно скажется и на развитии фундаментальной физики. Исследование поведения отдельных атомов и взаимодействия их с другими атомами поможет оценить справедливость тех или иных теорий, поверить их практикой. Возможно, это объяснит загадочную природу твердых тел.
«По своей сути нанотехнология является междисциплинарной областью, — отметил в интервью «Известиям» ученый секретарь Совета при президенте РФ по науке и высоким технологиям Михаил Ковальчук. — Многие специалисты считают, что развивать масштабные междисциплинарные исследования сейчас способны только США и Россия». Однако если в США еще в 2000 году была принята государственная программа по развитию нанотехнологии, то в России подобной программы нет.
2.1. ЗЕМЛЯ СТАЛА ЛУНОЙ!
Это случилось более четырех миллиардов лет назад. Небывалый удар потряс Землю. Целая планета рухнула на нее. В небо взметнулось множество глыб. От Земли отломился кусок. Обломки отлетели и стремительно соединились. Так возникла Луна. Нам повезло: без Луны на земном шаре никогда не развились бы высшие формы жизни. Без нее не было бы нас. Но лишь в начале XXI века мы узнали тайну рождения Луны.
Фея вновь наносит удар
Около 4,4 миллиардов лет назад Земля еще формировалась. Минуло всего 150 миллионов лет с тех пор, как она возникла из протопланетного облака. Уже образовались массивное ядро из железа и никеля, легкая оболочка из силикатов…
Размеренность геологических процессов нарушило событие космическое. К Земле приблизилась Фея — планета размером с Марс. Она зацепила Землю боком, и та… лопнула. В этот момент поверхность нашей планеты раскалилась до 10 тысяч градусов по Цельсию и превратилась в кипящее месиво. В течение часа Земля светилась ярче Солнца. В небо взметнулось огромное облако пыли; постепенно оно сгущалось, сливаясь с обломками Феи. Из этого облака через несколько десятков тысячелетий сформировалось новое небесное тело: Луна, наш спутник.
Первые сто миллионов лет Луна была покрыта вязким, густым слоем магмы. Однако под действием гравитации вещество Луны перемешивалось: легкие элементы поднимались на поверхность, образуя лунную кору, а минералы, содержащие железо и магний, опускались в недра планеты.
Очевидно, все это время в окрестности Луны и Земли кружило множество затвердевших глыб. Они еще долго падали на поверхность обеих планет. Эпоха около 4,4 — 4,0 миллиардов лет назад носит название «эпохи великой космической бомбардировки». Тогда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов.
…За последние полтора века появились две основные гипотезы, объяснявшие происхождение Луны. По одной, Земля захватила пролетавшее мимо небесное тело, и оно стало послушно кружить возле нашей планеты (Гарольд Юри). Однако вероятность такого события почти равна нулю. Подругой, Земля и Луна возникли одновременно из протопланетного облака (Евгения Рускол). Но почему тогда возле Марса и Венеры не появилось своей Луны? Непонятна и аномалия железа: Земля содержит почти 35 процентов железа, Луна — всего 5 процентов. И вот — удар, катастрофа. Взгляд на природу Луны изменился.
Изменился — и совпал с некоторыми гипотезами, которыми прежде пренебрегали. Так, в 1961 году Е. Эпик, а в 1974 году Дж. Вуд и X. Митлер предполагали вторичное образование Луны из многочисленных обломков разрушенной протопланеты. В начале 1990-х годов свою гипотезу формирования Луны обнародовали российские академики С.А. Ушаков и О.Г. Сорохтин. По их расчетам, Луна образовалась за счет разрушения более крупной планеты — Протолуны. Она была захвачена Землей с близлежащей орбиты и под действием мощной приливной силы стала разрушаться. «В какие-то промежутки времени вокруг молодой Земли, возможно, существовали кольца вращающихся мелких метеоритных тел, подобных кольцам Сатурна… Большая часть плотного железного ядра Протолуны устремилась к Земле. Луна осталась без чугуна». Новая теория родилась не на пустом месте. В течение Ряда лет экипажи кораблей «Аполлон» и советские межпланетные станции серии «Луна» доставили на Землю 382 килограмма лунной породы. Ее свойства поразительно напоминали свойства земной породы. Содержание изотопов было одинаково. Уже в 1982 году Э. Рингвуд показал «геохимическую общность лунного вещества с веществом земной мантии» (О.Г. Сорохтин). Именно эта общность убедила ученых в том, что происхождение Луны и Земли одинаковое. За миллионы лет состав Луны почти не изменился; она лишь немного «засорилась» метеоритной пылью. Теперь о той «бомбардировке» напоминают только многочисленные лунные кратеры и моря.