Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Kvázikryštály

.peter Szolcsányi .časopis .veda

„אין חיה כזו“ (Niečo také neexistuje!). Presne túto hebrejskú vetu si v duchu vyslovil šokovaný Daniel Shechtman hneď po tom, ako zdvihol zrak od elektrónového mikroskopu.

Práve totiž skúmal prudko ochladenú zliatinu mangánu a hliníka a to, čo v tej chvíli uvidel v optike prístroja, úplne odporovalo dovtedajším fundamentálnym poznatkom o štruktúre kryštálov. Zopár kryštalografov pred ním tiež zaznamenalo rovnakú „kacírsku“ skutočnosť, on bol však prvý a jediný, ktorý s ňou vyšiel na svetlo sveta a svoj objav opublikoval. Síce s obrovskými problémami, ale predsa len v prestížnom vedeckom časopise, čím nielenže obrátil úplne naruby dovtedajšiu kryštalografiu, ale de facto tým zároveň oznámil, že objavil novú formu tuhej hmoty – kvázikryštály.
Príbeh spektakulárneho objavu, za ktorý bola izraelskému kryštalografovi udelená tohtoročná Nobelova cena za chémiu, je nielen obsahovo zaujímavý, ale aj nesmierne poučný. Hovorí totiž o tom, aké je dôležité držať sa experimentálnych faktov, trvať na svojom racionálnom úsudku a hlavne – nenechať sa znechutiť a odradiť žiadnou vedeckou autoritou. Nech by to bol trebárs aj legendárny dvojnásobný nobelista Linus Pauling. .objav
V čase svojho objavu pracoval Daniel Shechtman v americkom Národnom úrade pre štandardy (dnes U.S. National Institute of Standards and Technology), kde skúmal trojrozmerné štruktúry zliatin rôznych kovov. Vo chvíli, keď sa mu ráno 8. apríla 1982 podaril objav kvázikryštálov, pracoval v laboratóriu sám. Pochopiteľne sa okamžite chcel s niekým podeliť o ten úžasný zážitok, a tak vybehol na chodbu, bola však prázdna. Vrátil sa teda späť k svojmu mikroskopu a uskutočnil sériu ďalších kontrolných experimentov.
Keď už bol na ich základe definitívne presvedčený o tom, že neurobil žiadnu chybu, obrátil sa na kolegov a kryštalografické autority s otázkou, čo si o jeho prekvapujúcom objave myslia. Prakticky všetci oslovení odmietli jeho pozorovanie a výsledky unisono označili za „absurdné a nemožné“. (Pozitívne na celej situácii však bolo to, že nikto sa teda ani len nesnažil si jeho objav privlastniť).
Čo sa však udialo vzápätí, je krásny príklad toho, ako šťastie praje pripraveným. Daniel Shechtman totiž mohol podľahnúť (ne)priateľskému dohováraniu svojich kolegov a otvorenému výsmechu prakticky celej kryštalografickej obce. Mohol pod tým enormným spoločenským tlakom svoje pozorovanie „nenormálneho“ kryštálu nakoniec považovať za nejaký obskúrny artefakt a následne ho odignorovať (asi ako mnohí iní pred ním, čím sa sami úspešne pripravili o Nobelovu cenu za kvázikryštály). Neurobil to, ba práve naopak. Veril svojim očiam oveľa viac, ako vtedajším učebnicovým poučkám kryštalografie. Presne v duchu známeho Maimonidovho výroku: „Nepovažuj niečo za dôkaz len preto, že je to napísané v knihách...“ A to si už vyžaduje naozaj silnú osobnosť. .kvázikryštály
A čože to vlastne Daniel Shechtman objavil? Každému je známy onen triviálny fakt, že všetka pozemská hmota existuje  v troch rôznych skupenstvách, pričom iba pevné látky (na rozdiel od kvapalín a plynov) majú objem a zároveň aj vlastný tvar. Nuž a kryštály predstavujú takú formu tuhej hmoty, ktorej atómová, respektíve molekulová štruktúra je tvorená 
usporiadanými, pravidelne sa opakujúcimi motívmi, a to vo všetkých možných smeroch. Z tohto dôvodu vykazujú kryštály vysoký stupeň (rotačnej a translačnej) symetrie a práve tá bola kľúčovým parametrom na posudzovanie toho, či daná tuhá látka je alebo nie je
kryštálom.
Pôvodná kryštalografická axióma bola založená na tvrdení, že pre kryštály sú prípustné len niektoré typy rotačnej symetrie (2, 3, 4 a 6-násobná) a že dokonca tie ostatné (5, 7-násobná a vyššie) sú doslova nemožné. Daniel Shechtman to všetko, samozrejme, veľmi dobre vedel, a tak jeho prvotný šok, keď zrazu zbadal v mikroskope štruktúru s 10-násobnou symetriou, je dnes úplne pochopiteľný. Nakoniec zistil, že ním skúmaná látka síce má usporiadanú vnútornú štruktúru podobne ako kryštály, ale na rozdiel od nich nevykazuje periodické opakovanie sa rovnakých motívov. Inými slovami, hmota síce vyzerala ako kryštál, ale jej štruktúra bola odlišná. Neskôr bola táto „nová“ forma tuhej hmoty nazvaná kvázikryštálom – a zároveň sa kvôli nemu musela kompletne preformulovať základná definícia kryštalografie.
Veľmi zaujímavá bola genéza toho, ako sa vlastne podarilo objasniť detailnú štruktúru
Shechtmanovho kvázikryštálu. Vôbec to totiž nebolo jednoduché a trvalo to hodnú chvíľu.
Neočakávane kľúčovými sa nakoniec ukázali poznatky získané z úplne odlišnej vedeckej disciplíny, konkrétne matematických hier s mozaikami. Britský matematik Sir Roger Penrose totiž už v 70. rokoch minulého storočia prišiel na to, ako sa dá z iba dvoch rôznych
geometrických obrazcov vytvoriť síce usporiadaná a symetrická, ale zároveň neperiodická mozaika. Analogická, aká sa vyskytuje u kvázikryštálov.
Penrosova mozaika inšpirovala vedeckú komunitu v rôznych smeroch. Jeho výsledky sa
využívali napríklad na analýzu stredovekého dekoratívneho arabského umenia, aké možno vidieť v Alhambre v Španielsku alebo v mešite Darb-i Imam v Iráne. (Je fascinujúce, že arabskí umelci dokázali už v 13. storočí vytvoriť nádherné neperiodické mozaiky s použitím iba
piatich rôznych dlaždičiek.) A práve matematický koncept Penrosovej mozaiky použil britský kryštalograf Alan Mackay na objasnenie detailnej štruktúry Shechtmanovho kvázikryštálu.
Trvalo však celé 2 roky, kým sa podarilo objav opublikovať. (Z prvého časopisu, kam Shechtman zaslal rukopis, sa mu tento obratom vrátil s dôvetkom editora, že niečo také on
publikovať v žiadnom prípade nebude.) Následne však akoby vybuchla bomba
v kryštalografickej obci. Článok totiž spochybnil samotné základy, na ktorých bola postavená celá kryštalografia. Odmietavé reakcie vedcov boli masového charakteru a prominentným bojovníkom proti kvázikryštálom bol dokonca samotný Linus Pauling. (Je už len smutnou iróniou osudu, že tento velikán chémie zomrel skôr, než by sa dozvedel skutočnú pravdu. Do konca svojho života totiž veril tomu, že kvázikryštály neexistujú.) Opozícia však začala
slabnúť od chvíle, ako sa začali objavovať ďalšie precedensy kvázikryštálov. Nuž, a keď sa pred tromi rokmi podarilo nájsť v ruskej rieke Chatyrka na Ďalekom Východe minerál obsahujúci prírodný kvázikryštál, zmĺkli aj poslední oponenti. Z vysmievanej a odsudzovanej obskúrnosti sa tak stala všeobecne akceptovaná skutočnosť hodná Nobelovej ceny.  .aplikácie
Keďže kvázikryštály sú kryštálom len podobné, majú niektoré vlastnosti aj odlišné. Kvázikryštály sú podstatne tvrdšie, ale aj krehkejšie ako kryštály. Existuje napríklad špeciálny druh ocele na báze kvázikryštálov, z ktorej sa vyrábajú supertenké ihly pre očnú mikrochirurgiu. Vzhľadom na svoju unikátnu atómovú štruktúru sú kvázikryštály pomerne zlými vodičmi tepla a elektrického prúdu. Tieto ich vlastnosti sa dajú využiť na prípravu termoelektrických materiálov, ktoré sú schopné premieňať tepelné žiarenie na elektrinu. Motiváciou na vývoj takejto aplikácie je využitie zvyškového tepla produkovaného spaľovacími motormi v autách. A keďže kovové kvázikryštály majú nepriľnavý povrch, uvažuje sa aj nad ich využitím na výrobu panvíc, v ktorých pripravované jedlo neprihorí.
Toto všetko sú však skôr len také príjemné a užitočné vedľajšie efekty tohtoročnej Nobelovej ceny za chémiu. Tým kľúčovým momentom je silný príbeh, ktorým nás Daniel Shechtman nesmierne obohatil. Je to zároveň veľmi potrebná lekcia pre všetkých vedcov o tom, aké je dôležité byť poctivý k experimentálnym faktom a zároveň byť skeptický k zavedeným „pravdám“, ktoré sú v skutočnosti často len nedokonalými predpokladmi. Otvorená myseľ, sebaúcta a odvaha Daniela Shechtmana stáť si za svojím presvedčením napriek všetkému a všetkým sú nepochybne tým najhodnotnejším a nasledovaniahodným odkazom. Autor je chemik.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.posledné
.neprehliadnite