Обратиться к этой теме меня вынудил мой любимый структурный анализ. В настоящее время метод доведён почти до совершенства, как теоретически, так и технически. Современные лабораторные дифрактометры позволяют работать с очень маленькими (0.1 – 0.2 мм) кристаллами, а при использовании синхротронного излучения даже с кристаллами микронного размера. При этом все процессы максимально автоматизированы. Даже форму и размер кристаллов можно определить, не вставая с дивана. То же самое касается и программ обработки эксперимента. Стоит только поставить галочку в строке “автоматическое определение”, и на входе можно получить почти статью. Впрочем, голые структурные статьи сейчас мало кому интересны, если в них нет какой-нибудь хитрой заковырки, но структурно охарактеризовать вещество, установить его состав, определить длины химических связей, валентные углы и даже слабые взаимодействия вроде водородной связи – без проблем. Мечта! Обезьяну посади – решит структуру.
Вот только у этой мечты есть оборотная негативная сторона. Началось всё с того, что мои коллеги синтезировали вещество Fe2.5V2.5Te4 (для незнакомых с химией расшифрую: железо, ванадий, теллур) и даже вырастили очень приличный на вид кристалл. Увы, именно на вид. Природа – существо вредное, поэтому периодически подкидывает гадости, маскируя их под конфетку. Не без труда, но нам всё же удалось вырезать маленький кристаллик, пригодный для эксперимента. И снять. Даже дважды при разных температурах. Структура очень простая, всего три независимые позиции. Единственное, что требовалось определить, как распределяются железо и ванадий по двум позициям: у каждого индивидуальная или смешанная заселённость в каждой. И когда уточнения были уже практически законченными, я получаю от коллег сообщение: “Мы опоздали”. И ссылка на только что вышедшую статью.
Можете представить моё разочарование! Для очистки совести я прошёл по ссылке и открыл указанную статью. И тут у меня глаза на лоб полезли. Уже в заголовке читаю состав: Fe0.74V4.26Te3.26. То есть вакансий в позиции теллура почти 25%! Да, есть вещества, у которых какие-то позиции заселены не полностью. Я ещё могу представить неполную заселённость в позициях железа или ванадия, но не у теллура – он здесь структуро-образующий элемент. При этом их абсолютно не смущает, что в той же статье они докладывают аналогичную структуру состава Fe5Te4, то есть с полной заселённостью. Не смущает и то, что результаты их уточнения далеки от результатов рентгено-спектрального анализа. Да, этот метод даёт хорошие результаты при выполнении ряда технических условий, которые невозможно выполнить при анализе кристалла, но всё же сохраняет точность в пределах 5-7%. Как же так?
И ещё один момент. В процессе уточнения структур определяются не только координаты атомов, но и параметры атомного смещения. Мы знаем (или хотя бы догадываемся), что в газах молекулы движутся быстро и хаотично. В жидкостях движение уже ограничено, а при определённых условиях возникает некоторый ближний порядок. Например, в воде при температуре ниже 4 С начинают образовываться группировки за счёт водородных связей. Именно поэтому наибольшая плотность воды проходит через максимум приданной температуре. В кристаллах движения нет, атомы сидят по своим местам, но есть небольшие колебания, величина которых и определяется этими самыми параметрами. И это ещё не всё. Если какая-то позиция соседних атомов заселена не полностью, то у атомов возникает ещё и статистическое смещение. Разделить тепловые колебания и статистическое смещение невозможно, но наличие последнего можно предположить из огромного роста этих самых параметров смещения. Так вот, в структуре этих авторов такого роста параметров не наблюдалось.
Я попробовал, и мне удалось “добиться” аналогичных результатов. Просто надо уточнить не только то, что можно, но и то, что нельзя. Вы же не можете растянуть резинку, не закрепив прочно один из её концов. Так же и в уточнении надо “закрепить” начало координат, что сделано не было.
Я затеял этот разговор совсем не из-за научной недобросовестности. Всё то же самое можно сказать и о нашей повседневной жизни. Почему-то многие считают, что знание принципов работы тех или иных приборов, физических основ устройства не то, что не обязательно – вообще не требуется. Но так ли это?
Самый широкий пример – автомобили. И самый важный, поскольку от них зависит не только наше удобство, но и наша безопасность. Они сейчас уже ездят даже без водителя, но, как ни парадоксально, они более безопасны, чем многие машины с водителями. Просто потому, что автоматики уже очень много, но понимания принципов её работы нет “от слова совсем”.
Представьте себе, кольцевая, снег на уровне таяния, мы с коллегами едем по делам. Очень скользко, поэтому мы едем не быстро. В левом ряду меня на огромной скорости обгоняет крутой джип. А как же, у него все ведущие, ABS, EPS – ничего не страшно. Впереди поворот, не крутой, но и не слишком плавный. И вот на этом повороте джип начинает исполнять фуэте. На Анну Павлову он не потянул, но с добрый десяток оборотов совершил, переместившись из самого левого в самый правый ряд. Хорошо, утро было раннее, машин почти не было, но шок водитель получил, и ещё долго сидел с выпученными глазами. Как же так, ведь у него всё предусмотрено?
Начнём с полного привода. Чтобы вывести заднеприводную машину из заноса, надо сбросить газ. Для переднего привода надо, наоборот, газу прибавить. Это не из теории – мне приходилось выполнять и то, и другое. А как на полном приводе? Не знаю, поскольку для передней и задней оси действия должны быть противоположны. Но главное не в этом. ABS при блокировке колеса сбрасывает давление в тормозной системе, чем и разблокирует колесо. EPS действует наоборот, притормаживает колесо, если оно начинает проскальзывать. А что будет, если ситуация требует и того, и другого? И самое главное: и то, и другое относится к прямолинейному движению, но никак не влияет на боковой снос, который зависит исключительно от коэффициента сцепления. Ну не придумали ещё такое устройство. К тому же оба устройства срабатывают по факту, от датчиков, то есть с небольшим запозданием. И это запоздание может оказаться критичным.
Примеров о пользе знания немало, какие-то вы можете прочитать и у меня.
Так не лучше ли, зная физику явления, предусмотреть проблему заранее, а не надеяться на автоматику? Кстати, то же касается не только физики, но и химии, биологии и многих других наук. Даже гуманитарных.
Я не против автоматики, очень часто она сильно облегчает нашу жизнь. Но если вы её применяете, потрудитесь понять её устройство и принципы работы. Или хотя внимательно прочитайте инструкцию по применению. Чтобы потом не сушить кошку в микроволновке.
Удачи!