Ирина Радунская - Проклятые вопросы
Дружная работа физиков, материаловедов, инженеров и технологов несомненно приведёт к тому, что к моменту выхода из печати этой книги мы станем свидетелями новых впечатляющих научных достижений и первых сообщений о практическом применении высокотемпературных сверхпроводников. Газеты и журналы, как и теперь, будут оперативно информировать нас об этом. Ибо создание и применение высокотемпературных сверхпроводников, работающих при комнатной температуре и даже при температуре жидкого азота, может повлиять на нашу жизнь не меньше, чем освоение атомной и термоядерной анергии. К сожалению, помимо мирных применений и это достижение науки может быть обращено во вред человечеству, применено для создания нового оружия.
Не иначе чем по военным соображениям в США поток публикаций по высокотемпературной сверхпроводимости резко сократился.
А когда по приглашению министерства энергетики США в июле 1987 года в Вашингтон прибыло около трёх тысяч учёных, чтобы обсудить состояние и перспективы высокотемпературной сверхпроводимости, среди них не было ни Беднорца, ни Мюллера. Их даже не пригласили. По сообщению цюрихской газеты «Вельтвохе» один оратор заявил от имени устроителей, что «ноу-хау», то есть технологические подробности, представляемые на этой встрече, не должны попасть в руки иностранцев.
Так первооткрыватели Беднорц и Мюллер оказались для администрации США нежелательными иностранцами, а их хозяева из американской корпорации ИБМ смирились с этой ситуацией.
Ещё есть время для того, чтобы содружество учёных, инженеров и политиков создало надёжную преграду тем, кто видит смысл всякого научно-технического прогресса прежде всего в его применении в интересах эгоистического меньшинства, в развёртывании новой гонки вооружения.
Если силы мира возобладают, то, как предполагают учёные, путь мирной науки может привести к созданию сверхпроводящих бактерий, способных воспроизводить себе подобных. Так откроется ещё одна глава биотехнологии, способной реализовать мечты о суперкомпьютерах. Они будут обладать способностью решать задачи не последовательными шагами, присущими современным ЭВМ, а путём разбиения задачи на отдельные блоки, одновременно обрабатываемые всей логической и вычислительной мощностью ЭВМ. При этом логические и вычислительные системы будут совмещены с системами памяти. Это будет революцией в мире ЭВМ: станут ненужными многократные обращения оперативных блоков к блокам памяти, на что сейчас уходит основное время, затрачиваемое современными ЭВМ на решение сложных задач.
Станут несравненно компактнее и дешевле медицинские томографы, основанные на явлении ядерного магнитного резонанса, при помощи которых уже теперь медики могут ставить на ранней стадии болезни точные диагнозы опасных заболеваний, проявлявших себя только на поздней стадии, когда лечение весьма затруднительно или практически невозможно. Сейчас ядерными томографами оборудованы только самые крупные клиники. Высокотемпературная сверхпроводимость сделает их доступными для рядовых лечебных заведений. Ведь современные томографы, работающие с применением жидкого гелия, стоят около 100 тысяч рублей, а расходы по их эксплуатации достигают 50 тысяч рублей в год.
Войдут в эксплуатацию железнодорожные поезда на сверхпроводящей магнитной подушке, потомки экспериментальных конструкций, основанных на применении обычных магнитов или на сверхпроводящих магнитах, охлаждённых жидким гелием.
Высокотемпературные сверхпроводники станут базой разнообразных новых измерительных приборов и датчиков, основанных на эффекте Джозефсона, с которым мы познакомились выше.
Явление сверхпроводимости, несмотря на трудности работы с жидким гелием, уже нашли применение, главным образом при создании уникальных приборов. Например, в ускорителях элементарных частиц, установках для изучения термоядерных реакций и в некоторых других.
В августе 1987 года японские учёные Ихара и ещё семь человек сообщили о возможности достижения сверхпроводимости при температуре 65 °C. Это действительно высокая температура, если отсчитывать её от абсолютного нуля. Материалом, который становится сверхпроводящим при этой температуре, явилась керамика, в состав которой входят стронций, барий, иттрий, медь и кислород.
Физики, конечно, не остановятся на этом. Но уже есть поле деятельности для технологов. Теперь представляются реальными сверхпроводящие проволоки и ленты для электрических машин, магнитов и линий передачи электроэнергии, работающих без охлаждения.
Представляются реальными сверхчувствительные радиоприёмники и магнитофоны и, главное, сверхбыстродействующие ЭВМ с огромной памятью. Впереди много интересного и полезного.
КАК ЭТО НАЧИНАЛОСЬ
Когда Шведская академия наук объявила о присуждении Йоханнесу Георгу Беднорцу и Карлу Алексу Мюллеру Нобелевской премии по физике за 1987 год, эти имена ещё не были знакомы даже многим физикам. Однако стоит подробнеё узнать о жизни и работе этих скромных учёных, незаметно совершивших революцию в физике.
Беднорц родился в 1950 году в Нойнкирхене, ФРГ. Он досрочно окончил университет в Мюнстере, где его особенно увлекали минералогия и кристаллография. Затем он учился в Федеральной высшей политехнической школе в Цюрихе, Швейцария. Это учебное заведение больше известно как Цюрихский политехникум. Его окончили многие выдающиеся учёные, среди них Альберт Эйнштейн. В 1982 году Беднорц получил здесь учёную степень доктора и начал работать в лаборатории цюрихского филиала американской компании ИБМ, одной из ведущих в области электронных вычислительных машин, где уже много лет работал Мюллер.
Мюллер родился в 1927 году в Базеле, Швейцария. В 1958 году окончил Цюрихский политехникум, а затем пять лет работал в Женеве. В 1962 году он получил степень доктора за диссертацию в области физики твёрдого тела. В 1970 году стал профессором. Мюллер — один из ведущих сотрудников цюрихского филиала ИБМ и один из наиболее квалифицированных специалистов в области применения электронного парамагнитного резонанса для изучения структурных переходов, сопровождающихся резким изменением взаимного расположения атомов в твёрдом теле.
В 1983 году появилась первая совместная публикация Беднорца и Мюллера в области структурных переходов в твёрдых телах. Они изучали переходы некоторых диэлектриков в сегнетоэлектрическое состояние, сопровождающиеся скачком диэлектрических свойств в десятки и сотни раз.
Публикация, содержавшая сообщение о сверхпроводимости керамического материала при 30–35К, была встречена учёными весьма сдержанно, вероятно, потому, что авторы до этого не работали в области сверхпроводимости. Их открытие получило мощный резонанс после того, как в декабре 1986 года С. Танака и его сотрудники из Токийского университета подтвердили результаты Беднорца и Мюллера на заседании Общества материаловедения.
Присуждение Нобелевской премии в октябре 1987 года за работу, опубликованную в сентябре 1986 года, уникально в практике Нобелевского комитета. Считается, что это очень быстрая реакция. Ведь комитет иногда запаздывает с признанием выдающихся работ на десятилетия! (Вспомним Гинзбурга и Абрикосова, ожидавших полвека!) Но это и знаменательно: наше время — время стремительного движения человечества во всех сферах жизни. Это и пугает, и обнадёживает. Здравомыслящих людей больше, чем тех, кто играет судьбами человечества. Будем надеяться, что прогресс знаний принесёт нам только сладкие плоды.
Прежде чем закончить рассказ о необыкновенном научном событии наших дней о получении высокотемпературной сверхпроводимости, задержимся у дверей лаборатории Беднорца и Мюллера и попристальнее вглядимся в их работу, послушаем, что они сами думают о ней…
В начале 1987 года корреспондент одного из научно-популярных журналов спросил Беднорца: почему он и его сотрудники выбрали соединение бария, лантана, меди и кислорода как вещество, способное к сверхпроводимости при повышенных температурах?
Учёный ответил приблизительно так: в 1983 году, когда мы (вместе с доктором К. А. Мюллером. — И. Р.) начали исследования, нам в голову пришла необычная идея (необычная идея это плод интуиции, а не результат логических рассуждений. — И. Р.). Её суть в том, что высокотемпературная сверхпроводимость может возникать в окислах металлов (сверхпроводимость некоторых окислов при очень низких температурах уже была известна. — И. Р.). Речь идёт о классе веществ, отличных от соединений некоторых металлов между собой. Мы думали об окислах, содержащих ионы определённых металлов, например титана, меди, вольфрама или никеля. Они принадлежат к так называемым переходным металлам, расположенным в средней части таблицы Менделеева.
Мы начали, продолжал он, с окислов лантана и никеля, имеющих структуру пировскита.