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

Квазикристаллы существуют! Вот доказательство того, что безумная идея, над которой мы с Довом столько работали, в действительности не такая уж безумная!

Я знал, что это был исключительный момент. На какое-то время, пускай ненадолго, я был единственным человеком, который видел и экспериментальную, и теоретическую дифракционную картину. Я был единственным человеком на земле, который точно знал, что квазикристаллы только что стали научной реальностью.

Я приложил все силы к сохранению нейтрального выражения лица, чтобы задержать мгновение и еще немного посмаковать это ощущение. В следующий момент я вскочил со стула и, не говоря ни слова, пересек кабинет, чтобы взять со стола единственный лист бумаги, который я приготовил к этой встрече. Все еще стараясь подавить улыбку на лице, я медленно вернулся к сидящим Дэвиду и Дову.

– А вот, Дэвид, – сказал я как можно спокойнее, – удивительная вещь, которую мы хотели показать тебе .

В правой руке у меня был только что взятый со стола листок с рисунком дифракционных пиков, предсказанным нами с Довом для квазикристалла. В левой руке я держал препринт, раскрытый на странице с экспериментально полученной дифракционной картиной.

И эти два узора совпадали.

Посвященный в нашу работу Дов среагировал мгновенно:

– Боже правый!

Не знаю, о чем подумал Дэвид. Но у нас с Довом не было ни малейшего сомнения в том, что именно только что произошло. Две исследовательские группы, работавшие в лабораториях, разнесенных всего на 250 километров, и совсем ничего не знавшие друг о друге, умудрились абсолютно независимо совершить взаимодополняющие научные прорывы.

Мы с Довом изобрели теорию квазикристаллов, но у нас не было экспериментального доказательства. В статье Шехтмана был эксперимент, но не было теоретического объяснения. У каждой группы была часть деталей одного пазла. Собранные вместе, они являли собой важнейшее, можно даже сказать фундаментальное, открытие, касающееся устройства мира.

Дэвид начал расспрашивать о том, как нам удалось спрогнозировать дифракционную картину в виде снежинки. Мы с Довом пытались отвечать на его вопросы и подробно объяснять детали нашего исследования. Но, по правде говоря, мы едва сдерживались и буквально кипели от почти неконтролируемого возбуждения вплоть до конца встречи.

Мы с Довом ликовали, поскольку наша теория могла объяснить невозможный, казалось бы, экспериментальный результат. Но, к сожалению, это также означало, что у нас нет времени для торжества. Я сказал Дову, что нам нужно бросить все остальные дела и свести воедино результаты, накопленные нами за последние три года. Нужно было выделить самые важные моменты и написать короткую статью-анонс в Physics Review Letters . Затем необходимо было подготовить намного более обстоятельную статью с полным изложением результатов.

Я знал, что все это можно сделать быстро, поскольку мы уже завершили огромный объем исследований. Это был лишь вопрос определения приоритетов в подаче материала и выбора того, какие части и в каком порядке представлять.

Наша статья для Physics Review Letters начиналась с введения понятия “квазикристалл”. Мы объясняли, что квазикристаллы являются новой формой вещества с квазипериодическим упорядочением атомов и симметрией, которая долгое время считалась невозможной. Далее мы показывали, что твердые субстанции с такими свойствами имеют электронную дифракционную картину, полностью состоящую из четких брэгговских пиков. В ней нет размытых пиков и туманных облаков между ними. Мы объясняли, как устроены наши атомарные строительные блоки, ромбоэдры, и как работают придуманные нами правила совмещения, позволяющие атомам соединяться в квазипериодическую схему. Также мы представляли иллюстрации с предсказанными дифракционными картинами – кульминацией трех лет теоретических исследований.

Затем мы переключили внимание на результаты команды Шехтмана. Поскольку их статья еще не была отрецензирована и опубликована, оставался шанс, что их сплав окажется не квазикристаллом, а чем-то иным. Поэтому мы с Довом высказались осторожно, не делая утверждения о точном совпадении:

Мы показываем, что недавно наблюдавшаяся электронная дифракционная картина для алюмомарганцевого сплава очень близка к той, что дает икосаэдрический квазикристалл.

Менее чем через три недели после нашей судьбоносной встречи с Дэвидом Нельсоном мы с Довом подали в журнал свою статью с теоретическим объяснением устройства этой невероятной новой формы вещества. В заголовке мы формально представили научному сообществу ее название: “Квазикристаллы: новый класс упорядоченных структур”.

К этому моменту мы с Довом готовы были установить контакт с экспериментальной группой и рассказать им о наших поразительных новостях. Оказалось, однако, что Дэвид Нельсон уже написал Джону Кану в Национальное бюро стандартов и сообщил, что мы с Довом разработали потенциально связанную с их работой теорию. Так что мне не было нужды представляться. Мы быстро договорились с Джоном и его коллегой и соавтором французским кристаллографом Дэнисом Гратиасом об их визите к нам с Довом в Йорктаун-Хайтс.

Джон Кан оказался крупным мужчиной с приветливым лицом. Мы никогда прежде не встречались, но, хоть ему это было неведомо, я питал сильный профессиональный интерес к некоторым важнейшим, на мой взгляд, из его работ. Джон начал разговор с рассказа о своем опыте и в особенности о работе над малоизвестным феноменом, который называется “спинодальный распад” и встречается при затвердевании металлических жидкостей.

Джон упомянул как бы между делом, что слышал о космологе, который использовал эти идеи для разработки новой теории ранней Вселенной. Этим космологом был я. Он поинтересовался, слышал ли я об этом.

– Да, – ответил я, – действительно, есть у меня один знакомый космолог, который использует ваши экспериментальные результаты для разработки своих теорий. Так уж вышло, – добавил я с улыбкой, – что этим человеком случилось быть мне.

Теория спинодального распада Джона Кана действительно стала моим основным источником вдохновения при разработке новой инфляционной теории Вселенной, в которой вводилось понятие “изящного выхода” как способа прекращения первоначального взрывного инфляционного процесса.

– Для меня честь наконец с вами познакомиться, – сказал я ему.

После непродолжительной дискуссии о наших космических связях мы приступили к делу и провели следующие пять часов в оживленном сравнении наших заметок о квазикристаллах. Каждая команда рассказывала свои параллельные истории – экспериментальную и теоретическую, – которые, к общему восторгу, только что пересеклись с поистине судьбоносными последствиями.