Фрактальные аммониты и квазикристаллы. Главные новости за 15 апреля

Аммониты — ископаемые головоногие моллюски. Они жили на Земле невероятно долго — с 400 миллионов лет назад до 66 миллионов, и быстро вымерли одновременно с динозаврами. За время своего существования аммониты сильно эволюционировали. Как менялось тело аммонитов, мы, наверно, никогда не узнаем, — органика не сохранилась. Но мы знаем, как менялись их раковины (и геологи по изменениям раковин умеют датировать горные породы). Палеонтологи из университета Юты исследовали внутреннюю структуру раковин аммонитов. Раковина внутри представляет собой систему камер со сложными перегородками. Только одна камера — у самого выхода из раковины — жилая. Часть камер содержала воздух, а часть — воду. И по-видимому, регулируя соотношение вода-воздух, моллюски контролировали процесс плавания под водой. По мере эволюции аммонитов система перегородок становилась все изощреннее. Как будто все новые и новые поколения моллюсков уточняли, какой размер должны иметь воздушные и водные камеры. В результате перегородки, которые у первых поколений были прямыми стенками, у последних — приобрели отчетливую фрактальную структуру. Ученые смогли эту структуру воспроизвести с помощью 3D-печати. Аммониты — это один из редких примеров эволюции, глядя на которые, мы можем увидеть фрактальную геометрию природы.

Звуковые волны представляют собой последовательность сжатия и разряжения среды, по которой они распространяются. Такое воздействие может толкать и распределять частицы. Например, если по краю железного листа, на котором рассыпан песок, провести смычком, песок образует периодический узор — так называемую фигуру Хладни. Математики и инженеры из университета Юты, используя систему источников ультразвука, добились, чтобы частицы углерода в воде образовали редкую структуру — квазикристалл. Нормальные кристаллы имеют точную периодическую структуру. Например, соль состоит из кубиков, в вершинах которых находятся атомы натрия и хлора. А в квазикристалле нет повторяющихся фрагментов. Поэтому в квазикристаллах практически не бывает трещин или слоев. Они монолитные, как изоморфное тело, но и твердые, как обычный кристалл. Квазикристаллы трудно получать. В природе они практически не встречаются. Ученые из Юты направили четыре пары источников ультразвука на частички углерода, погруженные в воду, и эти частички установились в узлах квазикристалла. Чтобы частички в таком положении сохранить, ученые планируют использовать вместо воды быстро твердеющий полимер. Меняя расположение ультразвуковых источников, можно получать самые разные квазипериодические структуры. Когда Дану Шехтману, первооткрывателю квазикристаллов вручали Нобелевскую премию по химии было сказано, что квазикристаллы могут «укрепить любой материал, подобно броне». Ученые Юты сделали большой шаг в нужном направлении.