Из чего это сделано? Удивительные материалы, из которых построена современная цивилизация

Я запомнил, что материал был прозрачным, но странно переливался, подобно голограмме на драгоценном камне: материал-призрак. Ничего похожего я раньше не видел. Я даже рискнул предположить, что его нашли в космическом корабле инопланетян. Спустя некоторое время я уже сомневался, а был ли он вообще. Потом в припадке паранойи подумал, что кто-то залез в мой мозг и внушил, что это был всего лишь плод воображения. Каждый раз по дороге в кафе и обратно я твердил себе: «Я действительно видел это». Почему-то я испытывал собственнические чувства по отношению к тому материалу. Беспокоился даже, не испортят ли его в лаборатории. Это был переломный момент, после которого я осознал, что мне придется уйти.

Второй раз я увидел его лишь через несколько лет. Я вернулся в Великобританию и возглавил группу исследователей, занимающихся материаловедением в Королевском колледже Лондона. Однажды, когда я сидел дома и сочинял поздравительную открытку для своего брата Дэна, по телевизору шел анонс новости об успешной миссии НАСА, в ходе которой 2 января 2004 года удалось собрать образцы космической пыли с кометы 81Р/Вильда. И тут в новостях показали МОЙ МАТЕРИАЛ! Не мой, разумеется, в прямом смысле этого слова, но тот самый, которым я так отчаянно желал завладеть. «Так он все-таки инопланетный!» – торжественно сообщил я своей пустой квартире и кинулся к компьютеру, чтобы узнать больше. Я решил, что ученые добывают этот материал в космосе. И ошибся.

Он оказался веществом под названием аэрогель. Я сделал неправильный вывод: аэрогель не добывали в космосе, а использовали для сбора космической пыли. Впрочем, я не оставил своих размышлений и продолжал копать информацию. В итоге я выяснил, что у аэрогеля земное, хотя и довольно темное происхождение. В тридцатые годы прошлого века его изобрел некто Сэмюел Кистлер, американский химик. Причем действительным предметом любопытства ученого было желе. То есть как это – желе?

Кистлер задался вопросом, что же такое желе, которое нельзя назвать ни жидким, ни твердым. В конечном счете он решил, что это жидкость, заключенная в твердой тюрьме с тончайшими, практически невидимыми сетками вместо решеток. В съедобном желе ячейки сетки состоят из длинных молекул желатина, который получают из белка коллагена, образующего прочнейшую соединительную ткань – сухожилия, хрящи и кожу. В воде молекулы желатина разбухают и соединяются в преграду, которая не дает жидкости вытекать. В общем, желе похоже на пузырь с водой, только воду удерживает не внешняя оболочка, а внутренняя структура.

Внутри каждой ячейки жидкость удерживается поверхностным натяжением – той самой силой, которая делает воду влажной на ощупь, образует капли и позволяет им липнуть к предметам. Силы поверхностного натяжения внутри ячеек достаточно велики, чтобы не дать воде вытечь из желе, но слишком слабы, чтобы совершенно ее обездвижить, – вот почему желе дрожит и вот почему оно так странно ведет себя во рту: желе почти на 100 % состоит из воды, и, как только оно нагревается до 35 °C, внутренние желатиновые сетки тают, высвобождая воду. Но простое объяснение – вода, пойманная в крепкие сети, – не устроило Сэмюела Кистлера. Он хотел знать, насколько целостна и самодостаточна желатиновая структура. Иными словами, если бы нашелся способ удалить всю воду, сможет ли этот внутренний каркас существовать сам по себе? Чтобы ответить на этот вопрос, Кистлер провел серию экспериментов, результаты которых опубликовал в 1931 году в статье «Сплошные пористые аэрогели и желе» в журнале Nature. Вот что он пишет в преамбуле:

«Непрерывность жидкости, пропитывающей желе, доказывают процессы диффузии, синерезиса и ультрафильтрации. Тот факт, что такая жидкость может быть заменена другой, причем совершенно иного рода, ясно свидетельствует о том, что гелевая структура способна существовать независимо от жидкости, в которую погружена».

Кистлер хочет сказать, что, согласно результатам экспериментов, жидкость в желе представляет собой единое целое, а не разделена на части, и может быть заменена другой жидкостью. По его мнению, это доказывает, что твердый внутренний каркас желе действительно может существовать сам по себе, независимо от жидкости. Он также использует более общий термин «гель» вместо «желе», относя свои выводы к целому ряду желеобразных материалов, занимающих место между безусловно твердыми и безусловно жидкими веществами: от геля для волос и крепкого куриного бульона до цемента, в котором внутренний каркас-сетку составляют фибриллы силиката кальция.

Кистлер отмечает, что еще никому не удавалось отделить жидкость в желе от внутреннего каркаса: