Пустыня — культурный символ и научный объект. Именно так ее видит израильский профессор Евгений Кац. Сфера его научных интересов — технологии преобразования солнечной энергии в электричество.
Но работа над прорывными технологиями в Институте пустыни подтолкнула его к чему-то большему… Сегодня своими размышлениями об этом профессор Кац делится с читателями нашего альманаха.
МЕСТО, ГДЕ ОБИТАЕТ СВОБОДА
Будучи ученым, я являюсь человеком атеистического склада или скорее — агностиком. Тем не менее я ощущаю некую преемственность между архаическим интересом человека к пустыне и современным научным интересом. Та часть пустыни Негев, где я работаю, описана в библейской «Книге Исхода» как «пустыня Цин». Для человека пустыня всегда была символом свободы, местом получения откровения, прорыва человеческого духа к каким-то невиданным ранее высотам.
Эти озарения могут быть как религиозного, так и вполне научного характера. Поколения подвижников благодаря пустыне ощущают какую-то духовную преемственность, связь с Богом. С учеными порою мистическим образом происходит нечто похожее. В Негев я попал «не сам по себе» и «не просто так».
До меня в Израиль переехал жить и работать профессор Марк Михайлович Колтун — один из лидеров разработки солнечных элементов в СССР. Они тогда активно использовались в космических технологиях, в том числе были «участниками» космической гонки Советского Союза и США.
Марк Михайлович был творческим, разносторонне одаренным человеком. Он имел широкую известность не только как серьезный, крупный ученый, но и как автор таких блестящих научно-популярных книг, как «Мир физики», «Мир химии» и других. Мы профессионально сотрудничали.
Дело в том, что я занимаюсь солнечными элементами уже почти сорок лет. Мой диплом на кафедре материаловедения полупроводников в московском Институте Стали и Сплавов (1982) и затем кандидатская диссертация (1990) были посвящены исследованию поликристаллического кремния и солнечных элементов на его основе.
Кроме этого, знакомство с Марком Михайловичем, видимо, подтолкнуло меня к научно-популярному писательству. Переехав в Израиль, профессор Колтун пригласил меня работать с ним. К сожалению, он практически сразу после моего приезда трагически погиб. Утонул в Средиземном море.
Когда я разбирал бумаги, оставшиеся в его кабинете, мой взгляд приковала висевшая на стене цитата из Рокуэлла Кента: «Почему люди любят дикие места? Ради гор? Их может и не быть. Ради лесов, озер и рек? Но ведь это, может быть, пустыня, и все равно люди будут ее любить. Пустыня, однообразный океан, нетронутые снежные равнины севера, все безлюдные просторы, как бы они ни были унылы, единственные места на земле, где обитает свобода».
«И НЕБО ТАМ КАК СИНЕЕ СТЕКЛО»
С тех пор для меня пустыня и свобода духа, которая необходима человеку, в том числе и для научных открытий, — слова-синонимы. Оказавшись один в пустынном безлюдном месте, ты начинаешь испытывать какие-то очень сильные экзистенциальные переживания. Первое же свидание с Негевом меня очень удивило.
В Советском Союзе у меня сложилось некое стереотипное представление о пустыне — это равнинная местность, где очень много песка. В гористом и каменистом Негеве не оказалось ни того ни другого. Эта пустыня была настолько красива, что я влюбился в нее с первого взгляда.
Несколько лет назад в Китае я попал в пустыню Гоби и увидел там стометровые дюны безумной красоты, которые как будто бы сошли с полотен Матисса или Модильяни. Однако это красота совсем другая.
Кстати, еще о нашем пустынном солнечном свете. Многие слышали потрясающие строки из песни Вертинского «Палестинское танго»:
И люди там застенчивы и мудры,
И небо там как синее стекло.
И мне, уставшему ото лжи и пудры,
Мне было с ними тихо и светло.
Вертинский написал эту песню после визита на Святую Землю (где в том числе — выступал с концертами и был очень тепло принят). Взгляд поэта не случайно подметил эту деталь израильской пустыни — «небо там как синее стекло» — стандарт солнечного излучения. Негев действительно купается в идеальном солнечном спектре.
МОЛЕКУЛА ИМЕНИ ФУЛЛЕРА
Израильская пустыня открыла мне не только свою красоту, но и удивительную гармонию и симметрию макромира и микромира. Мой приезд в Израиль совпал по времени с открытием молекулы, состоящей из 60 атомов углерода (С60), получившей название «бакминстерфуллерен» — в честь инженера, дизайнера и архитектора Ричарда Бакминстера Фуллера. Это был удивительный, энциклопедически образованный человек.
Он создал альтернативную глобусу «картографическую проекцию мира», открыл многогранную «геодезическую сферу» и разработал на ее основе концепцию воздушных жилищ. Фуллер был яростным апологетом и пропагандистом возобновляемых источников энергии. Форма названной в его честь молекулы — усеченный икосаэдр — напоминает современный футбольный мяч, состоящий из 12 пятиугольников и 20 шестиугольников.
История имела продолжение: люди, получившие за открытие бакминстерфуллерена Нобелевскую премию по химии, продолжили свои исследования и обнаружили целое семейство подобных молекул — фуллеренов.
После открытия С60 я оказался вовлеченным в разработку и исследование нового типа солнечных элементов на основе фуллеренов и проводящих полимеров, так называемых органических солнечных элементов (organic photovoltaics, OPV).
Сегодня приборы на основе OPV не получили применения для крупномасштабной генерации солнечного электричества, но знания, полученные при разработке этих приборов и материалов, стимулировали беспрецедентный успех перовскитной технологии, которую я упоминал выше.
РОДОСЛОВНАЯ ФОРМ И ИДЕЙ
Я был настолько увлечен новыми наноматериалами на основе фуллеренов, что начал писать научно-популярную книгу «Фуллерены, углеродные нанотрубки и нанокластеры: родословная форм и идей». Возможно, так у меня проявлялся кризис среднего возраста, когда хочется чего-то большего, и ты стремишься окончательно разобраться в себе и в мире…
Поиск гармонии в собственной жизни неким удивительным образом совпал с тем, что я с головой погрузился в геометрию молекул, изучение тех свойств, которые из нее вытекают. Исследуя родословную научных идей в этой области, я неминуемо пришел к необходимости изучения истории геометрии многогранников.
Форма молекулы С60 — усеченный икосаэдр — принадлежит к классу так называемых архимедовых многогранников или архимедовых тел. Как вы уже догадались, их открытие приписывается Архимеду. К сожалению, его рукописи не сохранились.
Считается, что они были безвозвратно утрачены в результате пожара в Александрийской библиотеке. Но в чем-то нам все-таки повезло — греческий математик Папп сделал словесные описания этих рисунков, мы можем их прочесть и реконструировать некоторые из архимедовых идей.
Когда я говорю «мы», я имею в виду европейцев, потому что у математиков исламского мира это знание, преемственность с древнегреческой научной мыслью не было утрачено в Средние века. Сегодня нам известны 13 архимедовых многогранников.
Их характеризуют как полуправильные, потому что каждая грань такого тела представляет собой правильный многоугольник и каждая вершина абсолютно симметрична. Но в отличие от правильных — платоновых тел — у архимедовых возможны грани разных типов (например, в усеченном икосаэдре — С60 — пятиугольные и шестиугольные грани).
О ПЛАТОНОВЫХ И АРХИМЕДОВЫХ ТЕЛАХ И НЕМНОГО О «ПРИРОДЕ ВЕЩЕЙ»
Платоновых многогранников только пять — куб, октаэдр, тетраэдр, икосаэдр и додекаэдр. Они во всем идентичны полуправильным телам, кроме одного: их грани однотипны. Для философии Платона эти многогранники имели колоссальное значение, потому что были связаны с пятью элементами, из которых состоит все сущее. Четыре — это огонь, вода, воздух, земля, а пятый — «квинтэссенция», то, что иначе можно назвать космической средой, «эфиром» или просто «космосом».
Я бы сказал, что наши представления о физике со времен Платона не сильно изменились, просто мы перешли на другой язык описания. Земля — это «имя» твердого состояния материи, вода — жидкого, воздух — газообразного, огонь — плазменного. Ну а космос так и остался космосом.
И все же мне кажется, что иная интерпретация платоновского представления о первоэлементах больше соответствует современной научной парадигме: четыре элемента — это время, пространство, материя и энергия.
А вот пятым элементом, «квинтэссенцией», является свет (тот же свет, который мы в пустыне Негев преобразовываем в электрическую энергию). Излученный материей, он несет нам энергию. И он же объединяет пространство и время. Ведь когда мы смотрим на звезды, мы видим свет, излученный когда-то в прошлом и пришедший к нам из глубин галактики.
Эти представления владели умами поколений мыслителей, начиная с пифагорейцев, творчески развивавших их учение платоников, и заканчивая Кеплером. Ученые и философы всерьез полагали, что пять элементов не только лежат в основе сущего, но имеют прямое отношение к пяти правильным телам.
Прежде чем вывести свои знаменитые законы, Кеплер потратил огромное количество времени на геометрические построения. Он вписывал одно правильное тело в другое бесконечное число раз и в итоге вынужден был отказаться от этих бесплодных изысканий.
Платоновы тела были известны в Европе давно. А вот «архимедовы» были приоткрыты только в эпоху Ренессанса. Это сделали великие художники, бывшие также крупнейшими математиками своего времени: Пьеро делла Франческа, Леонардо да Винчи, Дюрер.
Ученик Пьеро математик и монах Лука Пачоли художником не был, он уговорил своего друга Леонардо проиллюстрировать книгу «Божественная пропорция». Каждый из этих математиков переоткрывал один за другим архимедовы многогранники. Последнее из тринадцати тел было описано Кеплером в книге «Мировая гармония».
Фото из личного архива Евгения Каца
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.