Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества

Рисунок демонстрирует наличие значительных пустот между икосаэдрами, когда большое их число соединяется вместе в соответствии с идеями Блеха. Мы с Довом столкнулись с той же проблемой, когда пытались строить кластеры из пенопластовых шариков и каркасной проволоки. Мы уже знали, что пустые зазоры представляют собой большую проблему, поскольку в реальности они пустыми не остаются. Нет никакой возможности помешать атомам двигаться и заполнять зазоры в процессе остывания жидкости. А затем эти атомы начнут оказывать колоссальное давление на икосаэдрические кластеры и разрушать их аккуратное выравнивание. Это было одной из причин, по которой мы с Довом в итоге отвергли идею использования икосаэдрических кластеров в качестве строительных блоков. В нашей квазикристаллической модели использовались ромбоэдры, которые можно упаковывать без всяких зазоров.

Затем Блех сделал еще одно грубое упрощение. Поскольку у него не было конкретного представления о том, как именно атомы могут заполнять пустоты, он мог лишь приближенно рассчитать дифракционную картину, которая порождалась бы атомами, собранными в икосаэдрические кластеры. Без всякого обоснования он просто не стал учитывать вклад атомов, заполняющих пустоты. Шехтман и Блех были впечатлены тем, что дифракционная картина на качественном уровне походила на ту, которую Шехтман наблюдал под электронным микроскопом для образца Al₆Mn.

Однако и в этих вычислениях была проблема. В отличие от нашей квазикристаллической теории, модель Шехтмана – Блеха не была квазипериодической. Они предполагали, что кластеры икосаэдрической формы разбросаны случайно. Но случайное распределение икосаэдрических кластеров не могло породить четких дифракционных точек. На тот момент было непонятно, демонстрируют ли зерна Al₆Mn, которые изучал Шехтман, четкие дифракционные точки или нет. Так что Шехтман и Блех решили игнорировать этот вопрос.

Вместо этого они написали статью, излагающую экспериментальные результаты Шехтмана и их объяснение на основе модели Шехтмана – Блеха, и весной 1984 года направили ее в Journal of Applied Physics.

Статья была сразу отклонена. Редактор не счел убедительными ни экспериментальные результаты, ни саму теорию и не передал статью на рецензирование ученым, которые дали бы свои замечания.

Мы с Довом все еще ничего не публиковали. Так что Шехтман с Блехом были совершенно не в курсе нашей работы. Они не имели представления о том, что мы с Довом располагаем досконально разработанной теорией, свободной от недостатков их модели, и что наша работа потенциально способна объяснить странности образца Al₆Mn. С другой стороны, поскольку статья Шехтмана и Блеха была отвергнута без рецензирования, и мы с Довом не знали о том, что содержалось в лабораторном журнале Шехтмана.

Если бы между нашими группами случилось хоть какое-то взаимодействие, то мы, вполне вероятно, объединили бы усилия и совместно представили бы теорию и эксперимент.

Однако история пошла по несколько иному пути.

Глава 5 Взгляните на нечто невероятное

В большинстве своем научные прорывы распознаются медленно, подобно силуэту корабля, постепенно проступающему в густом тумане. Однако открытие того, что квазикристаллы – это реальность, а не просто гипотетическая идея, было подобно вспышке. Мне посчастливилось наблюдать эту вспышку, и это был незабываемый опыт.

Йорктаун-Хайтс, Нью-Йорк, 10 октября 1984 года

Все началось совершенно непримечательным осенним днем. Получив отпуск в Пенсильванском университете, я на несколько месяцев перешел в Исследовательский центр IBM имени Томаса Дж. Уотсона чуть к северу от Нью-Йорка, где надеялся поработать в лаборатории с другими учеными над созданием первого в мире синтетического квазикристалла.

В тот день мой бывший коллега, гарвардский физик Дэвид Нельсон, должен был вести семинар в Центре и планировал ненадолго заглянуть в мой кабинет. Дов тоже собирался прийти – мы планировали удивить Дэвида. Мне не терпелось поделиться нашей с Довом работой над безумной идеей о новой форме вещества, которая выросла из более ранней совместной работы с Дэвидом над быстро остужаемыми жидкостями.

Мы с Дэвидом не виделись несколько лет и тепло приветствовали друг друга. У него был все тот же отложившийся в моей памяти вид аккуратного мальчика, подчеркиваемый очками в проволочной оправе. Я давно предвкушал эту встречу, зная, как ему понравится то, что мы с Довом собирались ему показать.