Физики разгадали одну из библейских загадок
Группа австралийских физиков и математиков нашла способ максимально плотно упаковывать зерна пшеницы, вытянутые капсул лекарств или наночастицы, воплотив тем самым в жизнь притчу о воздаянии из Библии.
"В Евангелие от Луки есть следующая строчка – "Давайте, и дастся вам: мерою доброю, утрясенною, нагнетенною и переполненною отсыплют вам в лоно ваше; ибо, какою мерою мерите, такою же отмерится и вам". Этот стих упоминает все те вещи, которые мы делали в лаборатории – сжимали, трясли и отсыпали. Конечно, я не уверен, что авторы Библии имели в виду то же самое, что и мы", — цитирует RNS Мохаммеда Саадатфара из Национального университета Австралии в Канберре.
Однако физик признает, что Библия одной из первых поставила одну из главных и пока не решенных задач математики, физики и химии – то, как можно разместить зерна пшеницы или любые другие продолговатые структуры, чтобы они были максимально плотно и прочно упакованы. Решение такой задачи необходимо, в частности, для того, чтобы наиболее эффективно перевозить грузы, строить более прочные здания из песка и распределять наночастицы по материалам будущего.
По словам исследователей, природа давно решила эту задачу для кристаллов и сплавов: в кристаллических решетках атомы "упакованы" максимально плотно. Так, атомы хлора и натрия в кристаллах обычной поваренной соли занимают свыше 74% пространства благодаря упаковке в так называемый гранецентрированный куб. Атомы внутри такого куба расположены таким образом, что на каждой его стороне находится по пять ионов хлора и натрия.
Предпринятые ранее попытки "ужать" зерно или наночастицы подобным образом заканчивались провалом, и тогда Саадатфар с коллегами решил выяснить, почему зерна нельзя ужать еще сильнее. Для этого специалисты изучили манеру упаковку наночастиц из полиакрила, которые физики насыпали в емкости разных размеров и формы – в цилиндры, шарообразные и прямоугольные чаши, и "утрясали" при помощи в генераторов вибраций.
Путем просвечивания этих структур рентгеном и компьютерным томографом, ученые обнаружили, что они на самом деле носят не случайную форму, а организованы в наборы из пяти склеенных друг с другом пирамид, составленных из трех наночастиц. Подобные структуры, как отмечают физики, не могут упакованы более плотно, если не заставить их превратиться в кубические кристаллы — в них неизбежно будут появляться крупные поры и полости.
Для того, чтобы это сделать, необходимо приложить очень точное количество энергии, ведь нужно не разрушить "кристаллы" и при этом сделать их достаточно нестабильными для превращения в кубические структуры. Ученые выражают надежду, что дальнейшие эксперименты по "утряске" и наблюдения за движением наночастиц помогут понять, как это можно сделать.
