• ,
    Лента новостей
    Опрос на портале
    Облако тегов
    crop circles (круги на полях) ufo ufo нло «соотнесенные состояния» АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ИСТОРИЯ Альтерверс Англия и Ватикан Атомная энергия Борьба с ИГИЛ Брайс Де Витт Внешний долг России Военная авиация Война Вооружение России Восточный ГМО Газпром. Прибалтика. Геополитика Два мнения о развитии России Дизельпанк Жизнь с точки зрения науки Информационные войны Историческая миссия России История История возникновения Санкт-Петербурга История оружия Источники энергии Космология Кризис мировой экономики Крым Культура. Археология. МН -17 Малороссия Мегалиты Металлы и минералы Народная медицина Наука Наука и религия Научные открытия Невероятные фото Нибиру Новороссия Оппозиция Оружие России Песни нашего века Подлинная история России Политология Природные катастрофы Пространство и Время Птах Реформа МВФ Роль России в мире Романовы Российская экономика Россия Россия и Запад Россия. Космические разработки. СССР США Синяя Луна Сирия Сирия. Курды. Старообрядчество Творчество наших читателей Украина Украина - Россия Украина и ЕС Философия русской иммиграции Холодная война Хью Эверетт Цветные революции Церковь и Власть Человек Экономика России Энергоблокада Крыма Юго-восток Украины борь будущее великаны. грядущая война информационная безопасность исламизм историософия история Санкт-Петербурга мгновенное перемещение в пространстве многомирие нло нло (ufo) общественное сознание оптимистическое приключения сказки социальная фантастика фальсификация истории фантастическая литература фашизм физика философия черный рыцарь юмор
    Архив новостей
    «    Август 2020    »
    ПнВтСрЧтПтСбВс
     12
    3456789
    10111213141516
    17181920212223
    24252627282930
    31 
    Август 2020 (406)
    Июль 2020 (1352)
    Июнь 2020 (1090)
    Май 2020 (1144)
    Апрель 2020 (1130)
    Март 2020 (1308)
    Реклама. Яндекс
    Реклама. Яндекс
    Погода
    Симметрия Жизни в кристаллах.

     – Ты можешь уподобить человеческую природу в отношении просвещенности и непросвещенности вот какому состоянию... Представь, что люди находятся в подземном жилище наподобие пещеры, где во всю ее длину тянется широкий просвет. С малых лет у них на ногах и на шее оковы, так что людям не двинуться с места, и видят они только то, что у них перед глазами, ибо повернуть голову они не могут из-за этих оков. Люди обращены спиной к свету, исходящему от огня, который далеко в вышине, а между светом и узниками проходит верхняя дорога, огражденная, представь, невысокой стеной, вроде той ширмы, за которой фокусники помещают своих помощников, когда поверх ширмы показывают кукол.
    ...
    – За этой стеной другие люди несут различную утварь, держа ее так, что она видна поверх стены; проносят они и статуи и всяческие изображения живых существ, сделанные из камня и дерева.
    ...
    – Разве ты думаешь, что находясь в таком положении, люди что-нибудь видят, свое или чужое, кроме теней, отбрасываемых огнем на расположенную перед ними стену пещеры?
    – Как же им видеть что-то иное, раз всю свою жизнь они вынуждены держать голову неподвижно?
    ...
    – Такие узники целиком и полностью принимали бы за истину тени проносимых мимо предметов.
     «Государство». Платон

     
    Продолжим развивать интереснейшую тему «Что такое жизнь…», начатую Главным редактором Гопманом, рассматривая различные аспекты этого явления в статьях этого цикла. Хоть любование тенями Платоновской пещеры дело, конечно, увлекательное, но всё-таки неистребимо желание познать настоящий Источник этой реальности. Надеюсь, эта статья на крохотную величину приблизит меня и читателей к некому новому пониманию. Итак, помолясь, приступим.

    В эзотерических доктринах установлена следующая цепочка развития жизни и сознания: камень->растение->животное->человек. Возьмём эту цепочку за разумную основу в дальнейших рассуждениях, вспомним, что всё, что нас окружает, устроено по «законам меры, числа и гармонии», и на этом покинем пределы эзотерики (дабы не унестись в эмпиреи) и обратимся к научным фактам и их осмыслению, ибо «..самые красивые и замечательные теории гибнут под давлением гнусных экспериментальных фактов». В нашем случае всё наоборот, но давайте по-порядку...
     

    «Правильные кристаллы»

    Ни у кого не вызывает сомнений наличие жизни в растениях, животных и человеке, хотя происхождение растений до сих пор не понятно, да и в их жизнедеятельности масса удивительных и пока необъяснимых загадок, о чём можно подробней ознакомится в статье «Растения – параллельный мир». Будем искать признаки жизни в камнях, а точнее в кристаллах, что почти одно и то же. Но что нам искать? Будем искать симметрии, о чём недвусмысленно говорит заголовок к статье!
    О важности симметрий в современной научной картине мира стоит поговорить особо в отдельной статье, мы же ограничимся цитатой из Википедии:

    Симметрия (симметрии) — одно из фундаментальных понятий в современной физике, играющее важнейшую роль в формулировке современных физических теорий. Симметрии, учитываемые в физике, довольно разнообразны, начиная с симметрий обычного трёхмерного «физического пространства» (такими, например, как зеркальная симметрия), продолжая более абстрактными и менее наглядными (такими как калибровочная инвариантность).
    Некоторые симметрии в современной физике считаются точными, другие — лишь приближёнными. Также важную роль играет концепция спонтанного нарушения симметрии.
    Исторически использование симметрии в физике прослеживается с древности, но наиболее революционным для физики в целом, по-видимому, стало применение такого принципа симметрии, как принцип относительности (как у Галилея, так и у Пуанкаре — Лоренца — Эйнштейна), ставшего затем как бы образцом для введения и использования в теорфизике других принципов симметрии (первым из которых стал, по-видимому, принцип общей ковариантности, являющимся достаточно прямым расширением принципа относительности и приведшего к общей теории относительности Эйнштейна).
    В 1918 году немецкий математик Нётер доказала теорему, согласно которой каждой непрерывной симметрии физической системы соответствует некоторый закон сохранения. Наличие этой теоремы позволяет проводить анализ физической системы на основе имеющихся данных о симметрии, которой эта система обладает. Из неё, например, следует, что инвариантность уравнений движения тела с течением времени приводит к закону сохранения энергии; инвариантность относительно сдвигов в пространстве — к закону сохранения импульса; инвариантность относительно вращений — к закону сохранения момента импульса.

    Итак, кристаллы очень симметричные объекты и очень хорошо исследованы, как казалось до конца прошлого века. Большой вклад в кристаллографию внёс русский минералог и математик Евграф Степанович Фёдоров (10.12.1853 — 21.05.1919). Он произвёл строгий вывод всех возможных пространственных групп, тем самым описал симметрии всего разнообразия кристаллических структур. В то же время, он фактически решил известную с древности задачу о возможных симметричных фигурах. В некотором смысле, Федоров завершил построение здания классической кристаллографии. Значение открытия Федорова можно проиллюстрировать тем, что все изученные до 80-х годов XX-го века кристаллические структуры укладывались в 230 открытых им пространственных групп. Все 230 групп разделяются на 32 класса. В каждом классе есть симметрия, оставляющая хотя бы одну точку пространства неподвижной. Количество элементов в классах колеблется от 1 до 28. Классы разделяются на системы (сингонии), которых всего 7.
    В 1912 г. немецкий физик-теоретик Макс Лауэ сделал смелое предположение: в качестве дифракционной решетки для рентгеновских лучей можно использовать кристалл. В том же 1912 г. предположение Лауэ экспериментально проверили два его студента — В.Фридрих и П.Книппинг. Они пропустили рентгеновские лучи через кристалл медного купороса и получили на фотопластинке набор равномерно расположенных светлых точек — дифракционную картину. Таким образом, строение кристаллов, стало объектом практического изучения. Возникла новая научная дисциплина — кристаллография. В 1914 г. Лауэ была присуждена Нобелевская премия по физике «за открытие дифракции рентгеновских лучей на кристаллах».

    Рис.1
    Началось интенсивное изучение разнообразных кристаллических структур. Накопленные результаты позволили создать общую картину, описывающую строение кристаллов.
    На основе дифракционных картин, снятых под различными углами и дополненных расчетом, удалось установить форму элементарных ячеек, которые заполняют пространство. Оказалось, что это вертикальные или наклонные бруски, у которых размеры ребер и углы наклона различны.

    Симметрия Жизни в кристаллах.

     Рис. 2

    В основаниях расположены квадраты, прямоугольники, ромбы или шестиугольники. Эти объемные конструкции, обычно мысленно располагают в структуре кристалла так, чтобы в вершинах оказались центры атомов. Такие элементарные ячейки, вплотную приложенные друг к другу, заполняют пространство.
    Для нескольких сотен тысяч соединений были определены формы элементарных ячеек, и во всех основаниях их многогранников располагались только упомянутые многоугольники. Не было ни одного случая, что бы оказались пяти- семи- или десятиугольники. Причина - такие ячейки не могут плотно заполнить пространство. Кристалл оказался объемной мозаикой. К плоским мозаикам мы ещё вернёмся в конце статьи, ибо они неразрывно связаны с искомыми симметриями.
     

    Запрещённая симметрия или «Этого просто не может быть!»

    В апреле 1982 г. Даниэль Шехтман  в Национальном институте стандартов и технологий (Гейтесберг вблизи Вашингтона), изучал строение сплава Al6Mn с помощью электронной дифракции. В процессе работы электронный пучок, проходя через образец, дает дифракционную картину, т.е. рассеивание электронов, внешне напоминающее рентгеновскую дифрактограмму, которая фиксируется на экране в виде точек. Картина, которую увидел Шехтман, поразила его: десять ярких точек, расположенных вокруг центральной точки.

    Симметрия Жизни в кристаллах.
    Рис. 3

    По его воспоминаниям, он даже произнес вслух: «Этого просто не может быть!». Прежде он никогда не видел подобную картину и сразу понял, что она противоречит законам кристаллографии. Десятиугольник, который увидел Шехтман, — это только часть объемной картины. Проведя через некоторое время съемки образца под различными углами и дополнив это стандартной математической обработкой, он сумел определить, как расположены атомы в кристалле.
    Оказалось, что они разместились в вершинах икосаэдра — многогранника, собранного из 20 правильных треугольников. Шехтман знал, что невозможно заполнить пространство икосаэдрами так, чтобы они плотно примыкали друг к другу, обязательно возникнут пустоты, чего в кристаллических телах не бывает. 
    Удивление Шехтмана только усилилось.  Итак, Шехтман получил отчетливую дифракционную картину из ярких точек. Если бы материал был не кристаллическим, а аморфным (например, как стекло), то вместо четких точек на экране было бы размытое беловатое пятно. Набор фиксированных точек означает, что имеется кристалл, следовательно, присутствует внутренний порядок. Но из икосаэдров невозможно построить периодически повторяющийся фрагмент, заполняющий пространство. Следовательно, возможен непериодический кристалл!— именно такой вывод сделал Шехтман.
    Многие ведущие ученые не приняли выводы Шехтмана, хотя все желающие лаборатории повторили его опыты и подтвердили результаты. Что было самым драматическим для Даниэля — это враждебное отношение выдающегося химика ХХ в. Лайнуса Полинга, дважды лауреата Нобелевской премии, считавшегося непререкаемым авторитетом в химии. На одной из конференций Американского химического общества (Полинг был его президентом), собравшей больше тысячи химиков, он сообщил: «Дэн Шехтман говорит ерунду. Не существует такого понятия, как квазикристаллы, есть только квазиученые».  Но, в конце концов, в 2011 году Шехтману была присуждена Нобелевская премия по химии за открытие квазикристаллов. 

    Симметрия Жизни в кристаллах.

    Рис. 5. Отдельные квазикристалы из различных сплавов

    После этого Международный союз кристаллографии изменил определение кристалла. Теперь так называют материалы с дискретной дифракционной картиной. Упоминание о периодичности было удалено, квазикристаллы официально вошли в семейство кристаллов. Тот самый сплав Al6Mn, с которого все началось, был назван в честь первооткрывателя шехтманитом.
    А что общего между кристаллами, нарушающими «разрешённые симметрии» и темой «Что такое Жизнь», спросите вы? А дело в том, что запрещённые в кристаллографии симметрии 5-го, 7-го и других порядков являются самыми распространёнными в живой природе. Можно сказать, что существует переходное звено между камнем и растением, обладающее общей симметрией.

     Рис. 6.

     Рис. 7.

    Кстати, растения тоже являются нарушителями симметрии, но только зеркальной. Используя в своём строительстве зеркально симметричные молекулы, они производят вещества только «правые» или «левые», но не их зеркальные аналоги. И мы с вами состоим только из «правильных» молекул, а потребление молекул из зазеркалья может причинить вред здоровью и даже привести к смерти (кому интересно, то почитайте литературу по теме «хиральность»).
     

    Мозаика Жизни

    Вернёмся к законам «числа и гармонии». Математики, как обычно, занимались любимым делом, которое, казалось, никак не связано с окружающей реальностью. Придумывали себе головоломки и с упоением решали их.
    В 1961 г. математик Хао Ванг высказал следующую гипотезу: любая мозаика из повторяющихся элементов всегда периодична. Но в 1966 г. его ученик, Роберт Бергер, доказал, что гипотеза Ванга неверна: Бергер создал непериодическую мозаику из 20 426 плиток, полностью замостив плоскость. Через некоторое время он, впрочем, сумел сократить их число до 104. Математики стали искать варианты мозаик, которые можно построить из меньшего количества плиток. В 1971 г. Рафаэль Робинсон предложил всего шесть плиток для непериодического замощения плоскости. К поиску в этом направлении подключился известный английский математик Роджер Пенроуз.
    В 1976 г. (очень вовремя, за шесть лет до открытия Шехтмана) Пенроуз достиг рекордного результата, он сумел создать непериодическую мозаику всего из двух плиток — утолщенного и утонченного ромбов строго определенных пропорций, да не просто пропорций а пропорций «золотого сечения» или 1,618…. Эта мозаика, собранная из зеленых и голубых ромбов, сразу стала широко известной.

    Симметрия Жизни в кристаллах.

    Рис. 8
    Мозаика эта упорядочена — узор распространяется в пяти направлениях от одного центра и в каждом из направлений строго воспроизводится. Этой мозаикой можно замостить бесконечную плоскость без зазоров. А что значит отсутствие периодичности? Дело в том, что невозможно выделить некий фрагмент узора и «охватить» его какой-либо фигурой, которая будет играть роль «кафельной плитки», т.е. периода. Эта мозаика непериодична, но упорядочена!
    Пенроуз также сумел доказать, что при использовании более двух типов ромбовидных «кафельных плиток» можно создавать непериодические мозаики с участием семи- или 11-лучевых звезд. Он детально описал принципы создания таких мозаик и отметил, что эта область содержит много трудных и нерешенных пока задач.

    Симметрия Жизни в кристаллах.

    Рис.9. Мозаики Пенроуза, собранные из плиток трех типов (слева) и из пяти. Каждый тип плитки имеет свою окраску

    Далее произошло знаменательное событие, на которое поначалу никто не обратил внимания. В 1982 г. (в тот же год, когда Шехтман сделал свое открытие) физики Алан Маккей и Роберт Амман взяли мозаику Пенроуза, мысленно расставили в ее вершинах условные атомы, преобразовали ее в пространственную конструкцию и рассчитали, какую дифракционную картину должна давать такая структура. Оказалось, что должны получиться светлые точки, расположенные по вершинам десятиугольника.
    Долгое время считалось, что квазикристаллы можно создать только искусственным путем. Но в 2009 г. ученые из Принстонского университета обнаружили их во фрагментах минерала хатыркита (еще в 1979 г. он был найден российским геологом Валерием Крячко на Корякском нагорье). Это открытие так же вызвало небольшую сенсацию. 

    Симметрия Жизни в кристаллах. 
    Рис.10. Образец минерала хатыркита (слева), элетронномикроскопический снимок природного квазикристалла (в середине), содержащегося в этом минерале, и фрагмент мозаики Пенроуза, которая удивительно напоминает полученный снимок.

    Примечательно, что возникший интерес к квазикристаллам вызвал новую волну в исследованиях историков и искусствоведов, изучающих древние орнаменты. Оказалось, что непериодические мозаики были известны по крайней мере за сотни лет до Пенроуза, а помогли в этом разобраться, естественно, математики. Они посмотрели свежим взглядом на узоры, покрывающие мечети в странах Азии (Афганистане, Иране, Ираке и Турции), построенные еще в Средневековье. Среди них, как оказалось, присутствовали пятиугольники и десятиугольники. Это первый признак того, что мозаика непериодическая, тщательный анализ подтвердил такие предположения.

    Симметрия Жизни в кристаллах.

    Рис.11. Древний орнамент, украшающий свод у входа в султанскую ложу в турецкой мечети. 1424 г (слева).  Непериодическая мозаика над входом в мечеть Дарб-и-Мам в Исфахане. 1453 г. (справа)

     

    Появление подобных узоров относят к XIII в., а в XV в. они широко распространились. Большинство специалистов полагает, что столь сложные орнаменты не могли возникнуть случайно в процессе работы мастера при отделке зданий. Из результатов анализа, проведенного современными исследователями, стало ясно, что в орнаментах были соблюдены те же принципы, которые столетия спустя сформулировал Пенроуз. По-видимому, уровень развития средневековой математики на востоке был значительно выше, чем считалось до сих пор, ведь придумать такой орнамент без специальных математических знаний практически невозможно.
    Интересно, что изменилась и терминология: под влиянием открытия Шехтмана все древние непериодические мозаики стали называть квазикристаллическими.

     

    Вместо заключения

    Хоть мы и занимались лишь тем, что разглядывали различные колеблющиеся тени, рисуемые нашим восприятием, но нам всё же удалось выявить весьма интересные взаимосвязи между совершенно различными явлениями нашего мира.

    В статье использованы материалы из статьи «Невозможные реальные кристаллы». М.М.Левицкий, Д.С.Перекалин, «ПРИРОДА»,  №9,  2012 г. 
    При копировании ссылка на «Территорию Свободной Стаи» очень желательна.
    PL
    Источник - ТСС .

    Комментарии:
    Информация!
    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
    Наверх Вниз