Новая жизнь старых вещей - стр. 5
Конечно, естественный принцип восстановления нельзя так просто взять и перенести на мир вещей: холодильник, ремонтирующий сам себя, как только он перестает морозить, по-прежнему является утопией. Еще забавнее представить, что содержимое холодильника можно было бы «восстановить»: почти выпит пакет молока, пуста банка джема, сыр съеден – короткое сообщение об ошибке, и полки снова заполнены едой. В таком мире никогда не возникло бы проблем с ломающимися кофеварками или стиральными машинами, перестающими отжимать белье.
То, что звучит для нас как абсурд, в природе оказывается естественным процессом: поврежденные системы восстанавливаются. Вспомните хотя бы такой яркий пример, как заживление ран: мы восстанавливаем себя сами, у нас включается процесс самозаживления. Это принцип самоорганизации, встречающийся прежде всего в неорганическом мире.
Горные кристаллы – замечательные однородные тела – растут, потому что составляющие их атомы самоорганизуются по законам физики. Сначала атомы беспорядочно плавают в маточном растворе, о котором писал Томас Манн в романе «Волшебная гора». Они ищут свои места в трех измерениях пространства, пока не найдут идеальное. Кристалл растет «правильно», только если составляющие его секстиллионы атомов занимают правильную позицию.
И тут возникает вероятность ошибки, случающейся из-за неправильного соединения атомов и молекул. Отдельные атомы пристыковываются на неверном расстоянии, «встают» в некорректном положении. В маточном растворе мог находиться неправильный атом или молекула с призывом: «Помогите, я не туда приземлился!» В большинстве случаев такая ошибка будет исправлена. Иначе не существовало бы прекрасного горного хрусталя, состоящего из числа атомов 10 в 23-й степени. Да, да, вы не ошиблись, читая «единица с двадцатью тремя нулями». Эту цифру нереально представить.
«Ремонт неисправностей» работает на основе самоорганизации. Так как в природе все происходит по принципу минимизации энергии, кристалл определяет, что для отдельных атомов существуют энергетически выгодные позиции, и «ставит» их именно на эти позиции.
Минимизация энергии – это высший естественный принцип: так, если я брошу апельсины в ящик и потрясу его, то фрукты плотно улягутся на свои места. Это мы наблюдаем на овощном рынке. Оптимальный способ упаковки достигается тем, что после тряски энергетически неблагоприятные позиции смещаются, и плоды занимают упорядоченное положение. Аналогично в растворе из-за теплового движения частиц «трясет» и растущий кристалл, который, однако, «запоминает» выгодные позиции. Кристаллы возникли на Земле около 3,8 миллиарда лет назад, став первой упорядоченной структурой планеты и первым шагом к развитию жизни. Таким образом, атомное конструирование – физический принцип, а кристаллы – «шаблон», на поверхности которого зародилась жизнь.
Будучи студентом инженерного факультета, я проходил практику в компании Siemens, где выращивал кристаллы кремния. Передо мной стояла задача физическим методом запустить природные процессы, чтобы удалить весь «мусор» – ненужные, неправильные атомы, еще присутствующие в кристаллах. Смысл такого процесса, называемого очисткой методом зонной плавки, заключался в том, чтобы исправлять ошибки при выращивании и в результате получать чистые кристаллы кремния. Полупроводниковая электроника, элементы солнечной батареи, кристаллы транзистора и другая техника – все работает только потому, что в процессе производства удаляют «грязные» атомы, а затем добавляют посторонние, но нужные.