Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества - Пол Стейнхардт

Соответствие оказалось почти идеальным: Al63Cu24Fe13 (63 % алюминия, 24 % меди и 13 % железа). Красиво ограненный синтетический квазикристалл Цая в форме додекаэдра и крошечные зерна в образце природного хатыркита имели в точности одинаковый состав и расположение атомов.

Эти два вещества прибыли в Принстон с противоположных концов света. Один из них был синтезирован в японской лаборатории, другой создан природой и привезен из Италии. А теперь выяснилось, что они почти в точности одинаковы. Невозможно.

Мы с Лукой при участии Яо Наня и Питера Лу подготовили статью под названием “Открытие природных квазикристаллов”, которую отправили в Science – ведущий журнал для представления новых научных результатов. Я знал, что нам придется подождать несколько месяцев, чтобы узнать, принята ли статья к публикации.

В тот момент мне следовало бы радоваться, что нам наконец-то удалось найти природный квазикристалл – достичь цели, к которой я стремился десятилетиями. Но вместо этого я ощущал странное неудовлетворение. Меня мучило чувство, что природа все еще хранит некую тайну, касающуюся этого образца хатыркита, которую еще предстоит раскрыть.

Я не мог понять, в чем конкретно причина этого ощущения, и понятия не имел, сколько пройдет времени, прежде чем я в нем разберусь. Просто было сильнейшее чувство, что приключение только начинается.

Глава 10

Когда вы говорите “невозможно”

Я громко постучал в высокую дубовую дверь со стеклянной табличкой “Проф. Л. Холлистер”. Это должна была быть первая из множества моих встреч с прославленным геологом, и я понятия не имел, чего ожидать.

Я знал, что Линкольн – эксперт в петрологии, изучении происхождения и состава горных пород. Еще я знал, что он бескомпромиссный исследователь с широким кругом интересов и любимец принстонского кампуса. Но я не мог и предположить, что вскоре он станет одним из наших самых сильных критиков и поставит под сомнение обоснованность всего нашего проекта.

Линкольн сделал карьеру, бросая вызовы общепринятым представлениям и в итоге доказывая свою правоту. Когда он только начинал работать по своей специальности в 1960-х годах, все признавали, что минералы в метаморфических породах имеют однородный состав, поскольку образуются при высоких температурах и давлениях. Но Линкольн смог объяснить, почему это не так. Как один из первых геологов, получивших камни, доставленные с Луны, он показал, что некоторые минералы в лунных лавах, образовавшиеся, как считалось, на большой глубине под высоким давлением, на самом деле сформировались в быстро остывающих лавах на поверхности. Он также значительно продвинул наше понимание континентальной коры, проведя серию исследований в отдаленных регионах Британской Колумбии, Аляски и Бутана.

Успех Линкольна на протяжении всей карьеры основывался на его навыках выживания в дикой природе и жестком, деловом подходе к работе в лаборатории. Я знал, что нет лучшего эксперта, который помог бы мне выяснить, как образовался наш природный квазикристалл.

Искусственные квазикристаллы стали обычным явлением по всему миру с тех пор, как Ан-Пан Цай в 1987 году синтезировал первый идеальный образец Al63Cu24Fe13. Но Цай работал в тщательно контролируемых лабораторных условиях, начиная с правильного соотношения различных металлов и заканчивая тщательно регулируемой скоростью охлаждения их смеси. В результате его команда создала идеальные искусственные образцы, вроде того, что изображен внизу слева. Напротив, квазикристаллы, которые мы обнаружили во флорентийском образце, были сформированы природой в совершенно неконтролируемой среде и спрессованы вперемешку с другими минералами, как видно на изображении справа. Белые точки соответствуют расположению квазикристаллов, а серые и черные – других кристаллических минералов.

Элементный состав природного квазикристалла был таким же, как у синтетического, и оба они имели примерно одинаковую бездефектную структуру. Мы словно смотрели на пару близнецов, появившихся, однако, у разных родителей в далеких частях света. Как это случилось? Я жаждал это узнать.

Когда Линкольн открыл мне дверь и поздоровался, первой моей мыслью было: он действительно выглядит как настоящий геолог. Ростом под метр восемьдесят, с загорелой кожей, седеющими волосами и грубоватым, по-мужски красивым лицом, Линкольн казался готовым в любой момент схватить рюкзак и отправиться в очередное путешествие.

Физически он был настолько в форме, что, не упомяни он сам о скором выходе на пенсию, я бы и не догадался, что ему уже семьдесят. Он сказал, что пакует вещи, чем и объяснялся царивший кругом беспорядок: всюду были разбросаны карты, микроскопы и крупные образцы горных пород.

Линкольн пригласил меня в свой внутренний кабинет, где было место, чтобы присесть, и в течение следующих тридцати минут я излагал ему свою историю. Я рассказал о том, как мы впервые разработали теорию квазикристаллов, об открытии синтетических версий в лаборатории и о моих поисках природного образца, которые начались в 1980-х годах и завершились меньше недели назад открытием, сделанным в Принстонском центре визуализации и анализа.

А потом я задал ему вопрос, который с того самого момента не давал мне покоя: каким образом природа это сделала?

Линкольн, прищурившись, взглянул на меня. Позже я узнал, что все его ученики очень хорошо знали этот прищур, как и то, что этот, как они говорили, “холлистеровский взгляд” непременно означает неприятности.

Он, должно быть, сделал поправку на то, что я физик-теоретик, который, очевидно, практически ничего не знает о геологии. Холлистеровский взгляд постепенно смягчился, когда Линкольн начал осторожно сообщать мне плохие новости.

– То, с чем вы пришли… – произнес он, сделав долгую драматическую паузу, – невозможно!

– Подождите! – Я порывисто перебил его.

Я слышал это слово десятилетиями и хотел объясниться.

– Квазикристаллы определенно возможны, – напомнил я ему. – Мы изготовили их в лаборатории, в том числе те, которые имеют тот же состав, что и природный образец, только что нами обнаруженный.

Явно изо всех сил сдерживаясь, Линкольн немного повысил голос:

– Меня не беспокоят квазикристаллы, – сказал он с напором. – Я никогда о них не слышал, но то, что вы объяснили, звучит нормально. Меня беспокоит то, что, по вашим словам, и квазикристалл, и кристалл хатыркита содержат металлический алюминий. Алюминий имеет очень сильное сродство к кислороду. На Земле полно алюминия, но он не металлический. Он весь связан с кислородом.

Как только алюминий связывается с кислородом, он перестает блестеть и теряет электропроводность металлического алюминия.

– Насколько мне известно, ни одного образца металлического алюминия или сплава, его содержащего, никогда не видели в природе. Вы думаете, что ваш камень имеет естественное происхождение. Но к сожалению, это, вероятно, просто отходы с алюминиевого завода.

Весь металлический алюминий, встречающийся в повседневной жизни, получен искусственно путем выделения металлического алюминия из оксида алюминия.

Заявление Линкольна звучало как приговор. На этом месте большинство геологов, уважая его репутацию, слыша строгий тон его голоса и понимая все сказанное, поблагодарили бы его за совет и тут же закончили свое расследование.

Однако перед ним