Пол Стейнхардт

Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества

Любопытным и бесстрашным,

опрокидывающим стереотипы,

с риском насмешек и неудач

преследующим свои мечты об открытиях

Предисловие

На краю земли, где-то между Чукоткой и Камчаткой, 22 июля 2011 года

У меня перехватило дыхание, когда белый исполин, накренившись, стал прокладывать путь вниз по крутому склону. Мой первый день в этой безумной машине, выглядевшей снизу как русский танк, а сверху – как обшарпанное грузовое такси.

К моему восхищению, наш водитель Виктор сумел спуститься по склону, не перевернувшись. Он дал по тормозам, и наша колымага встала как вкопанная у речного берега. Проворчав что-то по-русски, он выключил зажигание.

– Виктор говорит, что это хорошее место для стоянки, – сообщил переводчик.

Однако, сколько я ни всматривался сквозь стекло, ничего хорошего я в нем не видел.

Я выбрался из кабины на громадную танковую гусеницу, чтобы получить обзор получше. Был холодный летний вечер. Время шло к полуночи, однако свет все же не покинул небо окончательно, напоминая о том, как далеко я от дома. Вблизи полярного круга летними ночами никогда по-настоящему не темнеет. Воздух был наполнен мерзким земляным запахом разлагающейся растительности, столь характерным для чукотской тундры.

Я спрыгнул с танковой гусеницы на мягкую, полужидкую почву, чтобы размять ноги, и внезапно был атакован со всех сторон. Миллионы и миллионы жадных до крови комаров поднялись с земли, привлеченные выдыхаемым мною углекислым газом. Я отчаянно замахал руками, крутясь то в одну, то в другую сторону, в попытке избавиться от них. Ничего не помогало. Меня предупреждали о тундре и ее опасностях. Медведи, тучи насекомых, непредсказуемые бури, бесконечные километры грязных кочек и рытвин. Но теперь это уже были не рассказы. Теперь все это стало моей реальностью.

Правы были те, кто сулил мне провал, осознал я. Я вообще не должен был руководить этой экспедицией. Я не был ни геологом, ни путешественником. Я был физиком-теоретиком, чье место было дома, в Принстоне. Мне следовало бы сидеть с блокнотом и заниматься вычислениями, а не возглавлять группу русских, итальянских и американских ученых в поисках – вероятно, безнадежных – редкого минерала, который миллиарды лет носило по космосу.

Как вообще так вышло? – спрашивал я себя, борясь со все растущим облаком насекомых. Увы, я знал ответ: безумная экспедиция была моей идеей, воплощением научной фантазии, занимавшей меня на протяжении трех десятилетий. Все началось в первые годы 1980-х, когда мы с моим студентом разработали теорию, демонстрирующую принцип создания новых форм вещества, долго считавшихся “невозможными”, – конфигураций атомов, которые явным образом запрещены твердо установленными научными принципами.

У меня есть давняя привычка особо внимательно прислушиваться к идеям, которые объявляют “невозможными”. Обычно в таких случаях позиция ученых действительно бесспорна, как, например, в вопросах нарушения закона сохранения энергии или создания вечного двигателя. Нет никакого смысла рассматривать концепции такого рода. Но иногда идея признается невозможной на основе устоявшихся теорий и догадок, которые могут оказаться неверными при определенных обстоятельствах, никогда прежде не рассматривавшихся. Такие случаи я называю невозможностями второго рода.

Когда ученому удается опровергнуть эти устоявшиеся предположения и найти в теме лазейку, которую все остальные проглядели, невозможность второго рода становится потенциальной золотой жилой, дающей ему редкий – возможно, единственный в жизни – шанс совершить революционное открытие.

В начале 1980-х мы с моим студентом обнаружили такую лазейку в одном из самых фундаментальных законов физики и, исследуя ее, поняли, что наша находка позволит создать новые формы вещества. По замечательному совпадению как раз в то время, когда мы разрабатывали нашу теорию, в расположенной неподалеку лаборатории было случайно открыто такое вещество. И так вскоре сформировалось новое научное направление.

Но мне все не давал покоя один вопрос: почему это открытие не было сделано давным-давно? Наверняка такие формы вещества возникали в природе за тысячи, миллионы или даже миллиарды лет до того, как о них задумались мы. Я не мог перестать размышлять о том, где могут скрываться природные образцы придуманного нами вещества и какие тайны они могут хранить.

В то время я и вообразить не мог, что этот вопрос доведет меня аж до Чукотки в ходе почти тридцатилетней детективной истории с массой невероятных, головокружительных поворотов. Мы преодолели такое количество казавшихся непреодолимыми препятствий, что иногда у меня возникало чувство, будто некая незримая сила шаг за шагом вела нас с командой к нашей цели, этой неведомой земле. Все предприятие само по себе было совершенно… невозможным.

И вот так мы оказались непонятно где, рискуя всем, чего уже смогли достичь. Успех зависел от того, достаточно ли мы удачливы и умелы, чтобы преодолеть все те непредвиденные и порой ужасающие препятствия, с которыми нам предстояло столкнуться.

Часть I

Делая невозможное возможным

Глава 1

Невозможно!

Пасадена, Калифорния, 1985 год. Невозможно!

Это слово эхом отозвалось в большом лекционном зале. Я только что закончил описывать изобретенную совместно с моим аспирантом Довом Левином революционную концепцию нового типа вещества.

Лекционную аудиторию заполняли ученые всех специальностей, какие только были на кампусе Калтеха[1]. Дискуссия прошла совершенно замечательно. Но в тот самый момент, когда рассосались остатки толпы, послышался знакомый громкий голос, произнесший это самое слово: “Невозможно!”

Я бы и с закрытыми глазами узнал этого человека по характерному скрипучему голосу с отчетливым нью-йоркским акцентом. Передо мной стоял мой научный кумир, легендарный физик Ричард Фейнман с копной седеющих волос до плеч, в своей привычной белой футболке и с обезоруживающей дьявольской улыбкой.

Фейнман получил Нобелевскую премию за основополагающий вклад в создание первой квантовой теории электромагнетизма. В научном сообществе он уже считался одним из величайших физиков XX века. А для широкой публики он в итоге стал культовой фигурой благодаря ключевой роли, которую сыграл в установлении причины катастрофы космического челнока “Челленджер”, а также благодаря двум своим бестселлерам: “Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!” и “Какое тебе дело до того, что думают другие?”.

У него было невероятно ироничное чувство юмора, и он был знаменит своими изощренными розыгрышами. Но, когда речь шла о науке, Фейнман всегда становился бескомпромиссно честным и непримиримо критичным, отчего его присутствие на научных семинарах особенно пугало. Всегда нужно было ожидать, что он перебьет докладчика и попросит перед всеми обосновать тот или иной момент, показавшийся ему неточным или сомнительным.

Конечно, я сразу заметил присутствие Фейнмана, когда он вошел в аудиторию перед самым моим докладом и занял свое обычное место в первом ряду. Краем глаза я продолжал внимательно следить за ним на протяжении всего своего выступления, готовый к любым неожиданностям. Однако он так и не прервал меня и не выступил с возражениями.

То, что он остался поспорить после доклада, вероятно, смутило бы многих ученых. Но это была не первая наша встреча. Мне посчастливилось тесно сотрудничать с Фейнманом, когда я был еще аспирантом в Калтехе где-то десятью годами ранее, я преклонялся перед этим человеком и испытывал по отношению к нему лишь искреннее восхищение. Фейнман изменил всю мою жизнь своими книгами, лекциями и личным наставничеством.

Поступая в Калтех в 1970 году, я планировал специализироваться в области биологии или математики. В старшей школе я не испытывал особого интереса к физике. Однако я знал, что каждый студент Калтеха обязан пройти двухгодичный курс по этому предмету.

Вскоре я выяснил, что начальный курс физики был чрезвычайно сложен во многом конкретно из-за учебника “Фейнмановские лекции по физике. Том 1”. Эта книга была не столько учебником, сколько сборником блестящих эссе, основанных на знаменитых лекциях, которые Фейнман читал первокурсникам в 1960-х годах.

В отличие от всех прочих учебников физики, которые мне попадались, “Фейнмановские лекции по физике” не задерживались на том, как решать ту или иную задачу, и это существенно осложняло попытки справиться с пугающими домашними заданиями и заставляло тратить на них массу времени. Однако эти эссе давали нечто намного более ценное – глубокое погружение в оригинальный фейнмановский стиль научного мышления. Не одно поколение выросло на “Фейнмановских лекциях”. Для меня этот опыт стал подлинным откровением.

Через несколько недель я почувствовал себя так, словно мне вскрыли череп и перепрошили мозг совершенно новым способом. Я начал думать, как физики, и мне это понравилось. Подобно многим другим ученым моего поколения, я с гордостью считаю Фейнмана своим героем. Я поспешил отказаться от своих первоначальных учебных планов относительно биологии и математики и рьяно набросился на физику.

Помню, за весь свой первый курс я лишь пару раз набирался храбрости поздороваться с Фейнманом перед семинаром. Нечто большее казалось в то время просто немыслимым. Однако на третьем курсе мы с соседом по общежитию каким-то образом решились постучаться к нему в кабинет и спросить, не согласится ли он вести неофициальный курс, встречаясь раз в неделю со студентами вроде нас и отвечая на любые вопросы. Все это будет совершенно неформально, добавили мы. Никаких домашних заданий, тестов, оценок и, конечно, никаких зачетных баллов. Мы знали, что он не переносит бюрократию, и надеялись, что отсутствие формальностей его привлечет.

Примерно десятью годами ранее Фейнман проводил подобные занятия, но исключительно для первокурсников и лишь в течение одной учебной четверти. Теперь мы просили его заняться тем же, но в течение всего года и с доступом для всех студентов, особенно третьего и четвертого курсов, таких, как мы, от которых можно было ожидать более сложных вопросов. Мы предложили назвать новый курс так же, как и прежний, – “Физика X”, чтобы дать всем понять, что он совершенно неофициальный.

Фейнман на мгновение задумался и, к большому нашему удивлению, согласился. В течение следующих двух лет мы вместе с моим соседом по комнате и десятками других счастливых студентов еженедельно зависали после обеда на незабываемых встречах с Диком Фейнманом.

Занятие всегда начиналось с того, что он входил в аудиторию и спрашивал, есть ли у кого-нибудь какие-то вопросы. Иногда кто-то интересовался темами, в которых Фейнман был экспертом. Естественно, его ответы на такие вопросы были блестящими. По его реакции на иные вопросы, однако, становилось ясно, что Фейнман никогда раньше над ними не задумывался. Именно эти моменты всегда казались мне особенно вдохновляющими, поскольку у меня была возможность наблюдать, как он подходит к новому вопросу и впервые пытается с ним совладать.

Я хорошо помню, как сам задал ему вопрос, который казался мне интересным, хотя я опасался, что он сочтет его тривиальным. “Какого цвета тень?” – хотел я узнать.

Походив с минуту взад-вперед по аудитории, Фейнман с удовольствием погрузился в тему. Он начал обсуждение с тонких градаций и вариаций теней, затем перешел к природе света, затем к восприятию цвета, затем к теням на Луне, земному свету на Луне, образованию Луны и так далее, и так далее, и так далее. Я слушал, затаив дыхание.

Когда я был на последнем курсе, Дик согласился быть научным руководителем ряда моих исследовательских проектов. Я получил возможность еще ближе наблюдать его подход к проблемам. Также я познакомился с его острым языком – Фейнман не лез за словом в карман, когда что-то не отвечало его высоким требованиям. Мои ошибки он называл “безумными”, “идиотскими”, “смехотворными” и “глупыми”.

Эти грубые слова тогда сильно задевали меня и заставляли задумываться, мое ли это дело – теоретическая физика. Однако я не мог не заметить, что сам Дик не воспринимал свои критические замечания так же серьезно, как я. Уже в следующую секунду он советовал мне попробовать другой подход и звал приходить снова, когда у меня что-то получится.

Одна из важнейших мыслей, которую я почерпнул у Фейнмана, состоит в том, что некоторые самые удивительные научные открытия можно совершить, следя за повседневными явлениями. Нужно всего лишь терпеливо наблюдать за происходящим и задавать себе правильные вопросы. Он также укрепил мою уверенность в том, что нет причин уступать внешнему давлению, толкающему к специализации лишь в одной области науки, что характерно для многих ученых. Фейнман собственным примером продемонстрировал мне, что можно исследовать самые разнообразные области, если туда ведет тебя любопытство.

Мне особенно запомнился один разговор, который состоялся у нас с ним во время моего последнего семестра в Калтехе. Я объяснял математическую схему, разработанную мной для предсказания поведения “суперболов” – сверхэластичных каучуковых мячиков, которые были тогда исключительно популярны.

Задача была непростая, поскольку “супербол” меняет направление при каждом отскоке. Я хотел добавить еще один уровень сложности, пытаясь предсказать, как “супербол” будет отскакивать от серии поверхностей, установленных под разными углами. Например, я рассчитал траекторию, по которой он сначала отскакивает от пола, далее ударяется о нижнюю сторону столешницы, затем отскакивает от наклонной плоскости и, наконец, от стены. Эти кажущиеся беспорядочными движения были полностью предсказуемы исходя из законов физики.

Я показал Фейнману один из моих расчетов. В нем был описан определенный бросок “супербола”, при котором после сложной серии отскоков он должен был вернуться обратно в мою руку. Фейнман пробежался глазами по листу с уравнениями, который я ему вручил.

– Это невозможно! – сказал он.

“Невозможно?” Я опешил от этого слова. В отличие от ожидаемых “безумно” или “глупо”, это было что-то новенькое.

– Почему вы думаете, что это невозможно? – спросил я, занервничав.

Фейнман указал на то, что ему не понравилось. Согласно моей формуле, если с высоты уронить определенным образом закрученный “супербол”, он должен отскочить вбок под небольшим углом к полу.

– Это же явно невозможно, Пол, – сказал он.

Я взглянул на свои уравнения, согласно которым мяч действительно должен был полететь после отскока очень полого. Однако я вовсе не считал, что это невозможно, хоть ситуация и противоречила интуиции.

У меня уже было достаточно опыта, чтобы возразить:

– Что ж, ладно. Я не пробовал поставить такой эксперимент прежде, давайте проведем его прямо здесь, в вашем кабинете.

Я достал из кармана “супербол”, и Фейнман стал наблюдать за тем, как я бросаю его с описанной закруткой. Естественно, шарик отскочил именно в том направлении, которое предсказывали мои уравнения, полетев в сторону под небольшим углом к полу, в точности таким образом, который Фейнман считал невозможным.

В ту же секунду он понял свою ошибку. Он не принял в расчет очень высокое сцепление “супербола” с поверхностью, сказывавшееся на том, как вращение влияет на траекторию мяча.

– Как же глупо! – громко воскликнул Фейнман с той же самой интонацией, с которой часто критиковал меня.

Так, спустя два года совместной работы, я наконец получил надежное подтверждение тому, о чем давно подозревал: слово “глупо” было просто выражением, которое Фейнман применял к любому, включая самого себя, в качестве способа привлечь внимание к ошибке, с тем чтобы никто и никогда ее больше не повторял.

Я также понял, что слово “невозможно” в лексиконе Фейнмана не всегда означало “неосуществимо” или “бессмысленно”. Иногда оно значило: “Ух ты, надо же! Это явно нечто удивительное, противоречащее естественным ожиданиям. Это заслуживает объяснения!”

Так что, когда спустя одиннадцать лет Фейнман подошел ко мне после моего доклада с игривой улыбкой и шутливо назвал мою теорию “невозможной”, я был вполне уверен, что понял его правильно. Темой моего доклада была совершенно новая форма вещества под названием “квазикристаллы”, противоречащая научным принципам, которые он считал верными. Вот почему это было интересно и заслуживало объяснения.

Фейнман подошел к столу, где я расположил все необходимое для проведения наглядного эксперимента, и потребовал: “Покажи еще раз!”

Я щелкнул переключателем, чтобы начать демонстрацию, и Фейнман застыл на месте. Собственными глазами он наблюдал явное нарушение одного из самых известных научных принципов, настолько основополагающего, что он описывал его в своих “Фейнмановских лекциях”. Фактически этот принцип изучался каждым молодым ученым на протяжении почти двух столетий, с тех пор как его по счастливой случайности открыл один неуклюжий французский священник.

Париж, Франция, 1781 год

Лицо Рене-Жюста Гаюи побледнело, когда небольшой образец исландского шпата выскользнул из его рук, упал на пол и разбился. Однако, когда он наклонился, чтобы собрать осколки, его замешательство неожиданно сменилось любопытством. Гаюи заметил, что сколы кусков, на которые разбился образец, оказались гладкими с ровными углами, а вовсе не шершавыми и беспорядочными, какими были внешние поверхности исходного образца. Он также обратил внимание, что грани небольших осколков встречаются под в точности одинаковыми углами.

Это, конечно, был не первый случай, когда кто-то разбивал камень. Но это был один из тех редких моментов в истории, когда наблюдение из повседневной жизни привело к научному прорыву, поскольку наблюдатель обладал чутьем и подготовкой, необходимыми, чтобы оценить значимость произошедшего.

Гаюи имел скромное происхождение – он родился во французской глубинке. Еще в детстве священники в местном монастыре отметили его острый ум и помогли ему получить высшее образование. В итоге Гаюи вошел в состав католического духовенства и получил должность преподавателя латыни в парижском колледже.

Лишь после начала своей теологической карьеры Гаюи обнаружил в себе страсть к естественным наукам. Поворотной точкой стало его знакомство с ботаникой, которому поспособствовал один из его коллег. Гаюи восхищался симметрией и отличительными признаками растений. Несмотря на их огромное разнообразие, растения можно было строго классифицировать по цвету, форме и текстуре. Вскоре тридцативосьмилетний священник стал экспертом в этой области и начал часто посещать королевские сады в Париже, чтобы потренироваться в своем искусстве определения растений.

Как раз во время одного из многочисленных визитов в те сады Гаюи довелось познакомиться с еще одной областью науки, которая и стала его подлинным призванием. Великий натуралист Луи Жан-Мари Добантон был приглашен прочесть публичную лекцию о минералах. Из его выступления Гаюи узнал, что минералы, подобно растениям, бывают самых разных цветов, форм и текстур. Однако в те времена исследование минералов считалось гораздо более примитивной дисциплиной, чем ботаника. Тогда еще не существовало ни научной классификации различных типов минералов, ни понимания того, как они могут быть связаны друг с другом.

Ученым было известно, что такие минералы, как кварц, соль, алмаз и золото, целиком состоят из одного чистого вещества. Если разбить их на кусочки, каждый обломок будет состоять из того же самого материала. Они также знали, что многие минералы образуют кристаллы с характерными гранями.

Однако, в отличие от растений, два минерала одного и того же типа могут сильно различаться по цвету, форме и текстуре. Все зависит от условий, в которых они формировались, и от того, что происходило с ними впоследствии. Другими словами, минералы, казалось, не укладывались в аккуратную и четкую классификацию, которая так нравилась Гаюи в ботанике.

Эта лекция побудила его связаться с одним своим знакомым – богатым финансистом Жаком де Франсом де Крессе – и попросить у него разрешения исследовать его частную коллекцию минералов. Гаюи искренне наслаждался этим визитом, до тех пор пока в один роковой момент не уронил тот самый образец исландского шпата.

Финансист не только любезно принял извинения Гаюи за нанесенный ущерб, но также заметил, что все внимание гостя приковано к осколкам, и великодушно предложил ему забрать некоторые из них домой для дальнейшего изучения.

Вернувшись к себе, Гаюи взял небольшой фрагмент неправильной формы и принялся тщательно зачищать его поверхности, откалывая кусочек за кусочком, пока не получились совершенно гладкие плоские грани. Он заметил, что грани образуют небольшой ромбоэдр – фигуру, представляющую собой куб, наклоненный под углом к основанию.

Затем Гаюи взял другой кусочек исландского шпата неправильной формы и повторил те же самые операции. И вновь получился ромбоэдр. На этот раз он был немного больше по размеру, но имел такие же углы, что и у первого образца. Гаюи многократно повторил этот эксперимент со всеми фрагментами, которые ему достались. Позднее он проделал то же самое со многими другими образцами исландского шпата, найденными в различных регионах мира. Каждый раз он получал неизменный результат: ромбоэдр с одними и теми же углами между гранями.

Простейшее объяснение, которое смог придумать Гаюи, заключалось в том, что исландский шпат состоит из базовых структурных блоков, имеющих по неизвестной причине форму ромбоэдра.

Затем Гаюи расширил свои эксперименты, включив в них другие типы минералов. В каждом случае он обнаруживал, что минерал можно огранить и в итоге свести к строительным блокам строго определенной геометрической формы. Иногда это был такой же ромбоэдр, как в случае с исландским шпатом. Иногда – ромбоэдр с другими углами между гранями. Иногда получалась совсем иная форма. Гаюи поделился своими открытиями с французскими натуралистами и получил широкое признание научного сообщества, что позволило ему методично продолжать свои исследования минералов в течение следующих двух десятилетий, включая период Французской революции.

Наконец в 1801 году Гаюи опубликовал свой шедевр – “Трактат о минералогии”. Это был превосходно иллюстрированный атлас, вобравший в себя результаты всех его исследований и описывающий “законы кристаллических форм”, открытые им в процессе сбора данных.

Книга была просто потрясающей. Она принесла Гаюи научную должность, восхищение коллег и место в истории в качестве “отца современной кристаллографии”. Густав Эйфель посчитал научный вклад Гаюи настолько значительным, что включил его в список семидесяти двух французских ученых, инженеров и математиков, чьи имена выгравированы на первом этаже Эйфелевой башни.

Одним из важнейших результатов работы Гаюи стало понимание того, что минералы состоят из неких первичных строительных блоков, которые он называл la molécule intégrante[2], раз за разом повторяющихся в веществе. Минералы одного типа состоят из одинаковых строительных блоков, независимо от того, где в мире они образовались.

Несколько лет спустя открытие Гаюи поспособствовало формулированию еще более смелой идеи. Британский ученый Джон Дальтон предположил, что вся материя, а не только минералы состоит из неделимых и неразрушимых единиц, называемых атомами. Согласно этой идее, первичные строительные блоки Гаюи соответствуют группам из одного или нескольких атомов, тип и пространственное расположение которых определяет тип минерала.

Авторами концепции атомов часто считают древнегреческих философов Левкиппа и Демокрита, живших в V веке до нашей эры. Однако их идеи были сугубо философскими. Именно Дальтон превратил атомистическую гипотезу в проверяемую научную теорию.

На основе своего опыта изучения газов Дальтон пришел к выводу о том, что атомы имеют сферическую форму. Он также предположил, что разные типы атомов имеют разные размеры. Атомы слишком малы, чтобы увидеть их при огранке минералов, как и с использованием любых других технологий, существовавших в XIX веке. Понадобилось более столетия ожесточенных дебатов, а также разработка новых технологий и нового типа экспериментов, чтобы атомистическая гипотеза была окончательно признана.

И все же одного из самых важных открытий Гаюи не могли объяснить ни он сам, ни Дальтон, несмотря на все их достижения. Независимо от изучаемого минерала первичные строительные блоки, la molécule intégrante, оказывались всегда либо тетраэдрами, либо треугольными призмами, либо параллелепипедами – более широкой категорией фигур, включающей в себя и ромбоэдр, обнаруженный Гаюи в самом начале. Чем объяснить подобную закономерность?

Поиски ответа на этот вопрос, продолжавшиеся много десятилетий, в конце концов привели к созданию новой важнейшей научной области, известной как кристаллография. Основанная на строгих математических принципах, кристаллография в итоге оказала огромное влияние на другие научные дисциплины, включая физику, химию, биологию и инженерию.

Законы кристаллографии оказались в силах объяснить все известные в то время формы вещества и предсказать множество их физических свойств, таких как твердость, поведение при нагревании и охлаждении, электропроводность и упругость. Успех кристаллографии в объяснении такого множества различных свойств вещества, относящихся к такому большому числу разных дисциплин, долгое время считался одним из величайших научных триумфов XIX века.

И все же в начале 1980-х годов именно эти знаменитые законы кристаллографии мы с моим студентом Довом Левином поставили под сомнение. Мы придумали, как сконструировать новые строительные блоки, которые можно складывать друг с другом таким способом, какой прежде считался невозможным. И именно наше открытие чего-то нового относительно того, что считалось хорошо известным фундаментальным научным принципом, и привлекло внимание Фейнмана во время моего доклада.

Чтобы дать возможность сполна оценить степень его удивления, я приведу краткое описание трех простых принципов, на которых зиждется кристаллография.

Первый принцип состоит в том, что все чистые вещества, такие как минералы, образуют кристаллы, если у атомов и молекул достаточно времени, чтобы выстроиться упорядоченно.

Второй принцип утверждает, что все кристаллы – это периодически повторяющиеся конфигурации атомов, то есть внутри они целиком состоят из одинаковых элементарных строительных блоков Гаюи: одна группа атомов периодически повторяется в каждом направлении с равными интервалами.

Третий принцип гласит, что любую периодическую конфигурацию атомов можно классифицировать в соответствии с ее симметриями и существует лишь конечное число возможных симметрий.

Последний из этих трех принципов наименее очевиден, но его легко проиллюстрировать на примере обычной плитки для пола. Представьте, что вы хотите покрыть пол периодически расположенными плитками одинаковой формы, как показано на следующей странице. Математики называют получающиеся узоры периодическими замощениями. Плитки здесь – это двумерные аналоги трехмерных элементарных строительных блоков Гаюи, поскольку весь узор складывается из повторяющихся элементов одного и того же вида. Периодические замощения постоянно встречаются у нас на кухнях и террасах, в прихожих и ванных. И эти узоры часто содержат следующие основные фигуры: прямоугольники, параллелограммы, треугольники, квадраты и шестиугольники.

А какие еще возможны простые формы? Задумайтесь над этим. Какие еще элементарные формы плитки вы могли бы использовать у себя на полу? Сгодятся ли, например, правильные пятиугольники – фигуры, имеющие пять сторон равной длины с равными углами между ними?

Вероятно, вы будете удивлены. Согласно третьему принципу кристаллографии, ответ будет отрицательным. Категорически отрицательным. Пятиугольник не годится. И вообще ни одна другая форма не подойдет. Любой двумерный периодический узор соответствует одному из пяти перечисленных выше.

Вам может встретиться замощенный плиткой пол, который покажется исключением из этого правила. Но это лишь уловка. Если вы присмотритесь внимательнее, в замощении всегда оказывается спрятан один из тех самых пяти узоров. Например, можно создать более сложно выглядящий узор, заменив все прямые линии одинаковыми кривыми. Также можно разделить все плитки (например, квадратные – по диагонали), а затем вернуть их обратно в замощение, чтобы получилась другая геометрическая форма. А можно выбрать картинку или узор и вставить его в центр каждой плитки. Однако, с точки зрения кристаллографа, все это не изменит того факта, что общая структура отвечает одному из пяти перечисленных выше вариантов. Других фундаментальных узоров не существует.

Если вы попросите своего подрядчика покрыть пол в душевой правильными пятиугольниками, то на деле вы получите большие проблемы с гидроизоляцией. Как бы ни старался плиточник подогнать пятиугольники друг к другу, между ними все равно будут оставаться щели (см. рисунок ниже). Много щелей! То же самое будет, если вы попытаетесь использовать правильные семиугольники, восьмиугольники или девятиугольники. Этот список запрещенных форм можно продолжать бесконечно.

Пять периодических узоров – это ключ к пониманию фундаментальной структуры вещества. Ученые также классифицируют их исходя из “вращательной симметрии” – весьма сложно звучащее понятие, описывающее достаточно очевидную идею. Вращательная симметрия определяется тем, сколько раз в процессе поворота объекта на 360° он совпадает со своим видом в исходном положении.

Рассмотрим, например, узор замощения квадратными плитками на левом рисунке со следующей страницы. Допустим, вы закрыли глаза, а ваш друг тем временем повернул это квадратное замощение на 45°, как показано на среднем рисунке. Когда вы взглянете на него снова, то сразу заметите, что оно выглядит не так, как первоначально, а ориентировано в другом направлении. Так что этот поворот на 45° не считается “симметрией” квадрата.

Однако, если при новой попытке ваш друг повернет замощение на 90° (правый рисунок), вы не сможете заметить никаких изменений. Плитки будут выглядеть в точности так же, как и первоначально. Этот поворот на 90° рассматривается как вращательная “симметрия”. На самом деле 90° – это минимальный угол поворота, являющийся симметрией для узора из квадратов. Любой поворот квадрата менее чем на 90° меняет его видимую ориентацию.

Очевидно также, что два поворота на 90°, то есть в сумме на 180°, тоже будут симметрией. Это верно и для трех (270°), и для четырех (360°) таких поворотов. Поскольку требуется четыре таких поворота для совершения полного оборота (360°), о квадратном замощении говорят, что оно обладает симметрией четвертого порядка.

Давайте теперь предложим вашему другу замощение, состоящее из одинаковых рядов прямоугольников, ориентированных длинной стороной горизонтально. При повороте на 90° такое замощение будет выглядеть иначе, поскольку длинные стороны окажутся ориентированы вертикально. Однако поворот на 180° сделает его неотличимым от первоначального. Поэтому в случае прямоугольников 180° – это наименьший поворот, который является симметрией. Два таких поворота дают 360°. Так что замощение из прямоугольников обладает симметрией второго порядка.

Аналогично для параллелограммов единственный поворот, который оставляет замощение без изменений, – 180°. Поэтому замощение параллелограммами также имеет вращательную симметрию второго порядка.

Применив этот же подход к равносторонним треугольникам, мы обнаружим симметрию третьего порядка. А в случае шестиугольников – шестого.

Наконец, существует еще одна возможная вращательная симметрия, которую можно получить на основе каждого из пяти шаблонов. Например, если краям любой из используемых фигур придать неправильную форму, то единственным поворотом, оставляющим узор неизменным, будет полный оборот на 360° – или симметрия первого порядка.

И на этом список возможностей заканчивается. Симметрии первого, второго, третьего, четвертого и шестого порядка исчерпывают список симметрий, возможных для двумерных периодических замощений, – этот факт известен человечеству уже не одно тысячелетие. Древнеегипетские мастера, например, использовали вращательные симметрии для создания прекрасных мозаик. Однако лишь в XIX веке эти выработанные методом проб и ошибок приемы были в полной мере объяснены строгой математикой.

Вернемся, однако, к плиточному полу в нашей душевой. Тот факт, что ваш подрядчик не может сделать периодическое замощение с помощью одних только правильных пятиугольных плиток, не оставляя больших щелей, нарушающих гидроизоляцию, служит наглядной демонстрацией того, что симметрия пятого порядка невозможна согласно законам кристаллографии. Но это не единственная запрещенная симметрия. То же относится к симметриям седьмого, восьмого и любого другого более высокого порядка.

Не забывайте, что, согласно открытию Гаюи, кристаллы периодичны, подобно плитке на вашем полу с регулярно повторяющимся рисунком. Соответственно, те же ограничения, что применимы к замощениям, будут применимы и к трехмерным кристаллам. Лишь некоторые формы могут соединяться друг с другом, не оставляя зазоров.

Однако, несмотря на это сходство, трехмерные кристаллы намного сложнее плитки для пола, поскольку они могут иметь различные вращательные симметрии вдоль разных лучей зрения. Симметрии меняются в зависимости от точки, с которой наблюдается объект. Однако вне зависимости от направления взгляда для регулярно повторяющихся трехмерных структур и периодических кристаллов возможны только симметрии первого, второго, третьего, четвертого и шестого порядка – те же, что и для двумерных плиток. И с какой бы стороны вы ни смотрели на объект, вращательная симметрия пятого порядка всегда запрещена, так же как симметрии седьмого, восьмого и любого более высокого порядка.

Сколько различных сочетаний симметрий, наблюдаемых с разных направлений, может встретиться в периодических кристаллах? Поиск ответа на этот вопрос был серьезным испытанием для математической мысли.

Эта задача была окончательно решена в 1848 году французским физиком Огюстом Браве, который показал, что существует ровно 14 таких комбинаций. Сегодня они известны как “решетки Браве”.

Однако проблема понимания кристаллических симметрий этим не исчерпывалась. Позднее была разработана более полная математическая классификация, совмещающая вращательные симметрии с еще более сложными симметриями – “зеркальными”, “центральными” и “скользящими”. При объединении всех этих дополнительных вариантов общее число допустимых симметрий возрастает с 14 до 230. Однако даже при таком многообразии симметрия пятого порядка остается запрещенной для любых направлений.

В этих открытиях красота математики самым удивительным образом совмещается с красотой природного мира. Все эти 230 возможных трехмерных схем кристаллов[3] были найдены при помощи чистой математики. И каждый из этих рисунков был обнаружен в природе при раскалывании минералов.

Замечательное соответствие абстрактных, математических схем кристаллов и реальных, найденных в природе образцов было косвенным, но убедительным свидетельством в пользу того, что вещество состоит из атомов. Но как именно расположены эти атомы? Раскалывание кристаллов позволяет выяснить форму их строительных блоков, но этот метод слишком груб для определения того, как внутри них расположены атомы.

Точный инструмент, позволяющий получить эту информацию, был изобретен в 1912 году немецким физиком Максом фон Лауэ в Мюнхенском университете. Он обнаружил, что можно точно определить скрытую симметрию вещества, просто облучая небольшой образец рентгеновским пучком.

Рентгеновские лучи – это разновидность световых волн, длина которых настолько мала, что они легко проходят по каналам пустого пространства между регулярно расположенными рядами атомов в кристаллах. Когда рентгеновские лучи, прошедшие сквозь кристалл, попадают затем на фотобумагу, они, как показал фон Лауэ, интерферируют друг с другом, порождая характерный узор из четко очерченных точек, известный как рентгеновская дифракционная картина.

Когда рентгеновские лучи проходят по кристаллу вдоль оси его вращательной симметрии, получающийся узор из точек дифракционной картины обладает в точности такой же симметрией. Просвечивая кристалл рентгеновскими лучами с разных направлений, можно выявить весь набор симметрий его атомной структуры. А уже исходя из этих данных можно затем определить решетку Браве для кристалла и форму его строительных блоков.

Вскоре после открытия фон Лауэ еще один прорыв в этой области совершили британские физики Уильям Генри Брэгг и его сын Уильям Лоуренс Брэгг. Тщательно управляя длиной волны и направлением рентгеновских лучей, они показали, что по состоящей из точек дифракционной картине можно определить не только симметрию, но и конкретное расположение атомов внутри кристалла. Точки на этой дифракционной картине стали называть “брэгговскими пиками”.

Эти два прорывных метода сразу стали незаменимыми в исследованиях вещества. В последующие десятилетия по всему миру были получены десятки тысяч дифракционных картин различных природных и синтетических материалов. Позднее ученые стали получать еще более точную информацию, заменяя рентгеновские лучи электронами, нейтронами или высокоэнергичным излучением, которое порождается, когда пучок заряженных частиц, движущихся с релятивистскими скоростями, поворачивает под действием магнитов в синхротроне – мощном ускорителе элементарных частиц. Однако независимо от используемого метода исходные правила симметрии, выведенные в работах Гаюи и Браве, оставались непогрешимыми.

Эти правила, основанные на сочетании математических рассуждений и собранных экспериментальных результатов, надежно закрепились в сознании ученых. Тот факт, что вещество может обладать только рядом определенных, давно описанных симметрий, казался настолько надежно установленным, насколько вообще может быть надежен научный принцип.

Пасадена, 1985 год

И вот он я – стою перед Ричардом Фейнманом и объясняю ему, что эти давно установленные правила ошибочны.

Кристаллы оказались не единственной возможной формой вещества с упорядоченно расположенными атомами и точечными дифракционными картинами. Перед нами открывался целый новый мир возможностей со своими собственными правилами. Мир квазикристаллов.

Это название было выбрано нами, чтобы подчеркнуть принципиальное отличие этих материалов от обычных кристаллов. И те и другие состоят из групп атомов, которые повторяются по всему объему.

Группы атомов в кристаллах повторяются с регулярными интервалами, как в пяти рассмотренных выше схемах. В квазикристаллах, однако, разные группы повторяются с разными интервалами. Источником нашего вдохновения стал двумерный узор, известный как мозаика Пенроуза, представляющий собой необычное замощение из двух разных типов плиток, которые повторяются с двумя несоизмеримыми[4] интервалами. Математики называют такие замощения квазипериодическими. Поэтому мы назвали наше теоретическое открытие квазипериодическими кристаллами, или сокращенно квазикристаллами.

В небольшой демонстрации, с помощью которой я собирался доказать Фейнману свою правоту, использовались лазер и слайд с фотографией квазипериодического узора. По просьбе Фейнмана я включил лазер и направил луч так, чтобы, пройдя через слайд, он попадал на дальнюю стену. Лазерный свет произвел тот же эффект, что и рентгеновские лучи, проходящие по каналам между атомами: он породил дифракционную картину, подобную той, что представлена на фото ниже.

Я выключил свет в аудитории, чтобы Фейнман мог хорошенько разглядеть на стене характерный узор из точек, похожий на снежинку. Он был не похож ни на одну дифракционную картину из тех, что ему доводилось видеть прежде.

Как и во время доклада, я указал ему на концентрические кольца, образованные самыми яркими пятнами – по десять штук в каждом. Это было неслыханно. Видны были также группы точек, образующие пятиугольники, соответствующие симметрии, которая считалась абсолютно запрещенной в природе. Приглядевшись, между этими точками можно было увидеть и другие, между которыми были еще точки, а между теми – еще.

Фейнман попросил слайд, чтобы рассмотреть его внимательнее. Я включил свет, вынул слайд из держателя и вручил ему. Изображение на слайде было настолько мелким, что рассмотреть детали было тяжело, поэтому я также дал ему увеличенный рисунок замощения, который он положил на стол перед лазером.

На несколько долгих секунд воцарилась тишина. Я вновь почувствовал себя студентом, ожидающим реакции Фейнмана на свою последнюю абсурдную идею. Рассмотрев увеличенное изображение на столе, он снова вставил слайд в держатель и сам включил лазер. Его взгляд метался между увеличенным отпечатком на столе и лазерным узором на стене.

“Невозможно!” – в конце концов сказал Фейнман. Я согласно кивнул и улыбнулся, принимая это как самый высокий из его комплиментов.

Он еще раз взглянул на стену и покачал головой: “Абсолютно невозможно! Одна из самых поразительных вещей, что я когда-либо видел”.

Не добавив больше ни слова, Дик Фейнман, буквально сияя от восторга, одарил меня широченной озорной улыбкой.

Глава 2

Пазл Пенроуза

Филадельфия, штат Пенсильвания, октябрь 1981 года

За четыре года до этой моей встречи с Фейнманом никто еще не слыхал о квазикристаллах. Включая и меня.

Я тогда едва приступил к работе на физическом факультете Пенсильванского университета, и меня пригласили провести коллоквиум по физике – еженедельную общефакультетскую лекцию. В Пенн[5] меня взяли благодаря исследованиям, которыми я занимался в Гарварде. Они относились к физике элементарных частиц и были направлены на понимание фундаментальных составляющих материи и сил, посредством которых они взаимодействуют. Особенно всех заинтересовали мои самые свежие на тот момент наработки. Мы с моим первым аспирантом Энди Олбрехтом тогда работали не покладая рук над развитием инновационных концепций зарождения Вселенной, которые в конечном итоге помогли заложить основы того, что сегодня называется инфляционной моделью Вселенной.

Однако я решил рассказать не об этом, а выбрал для лекции проект, о моей работе над которым почти никому не было известно и значимость которого была еще неочевидна. Я не ожидал, что эта лекция произведет сильное впечатление на одного молодого аспиранта, сидевшего в аудитории, и что вскоре это приведет к плодотворному сотрудничеству и открытию новой формы вещества.

Бо́льшую часть времени я потратил на описание проекта, которым уже полтора года занимался с Дэвидом Нельсоном, физиком-теоретиком из Гарварда, и Марко Рончетти, постдоком, работавшим в Исследовательском центре IBM имени Томаса Дж. Уотсона в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк.

Мы занимались изучением того, как меняют свой порядок атомы жидкости, когда та резко охлаждается и затвердевает. Ученым было хорошо известно, что при медленном замораживании атомы стремятся перейти из характерного для жидкости беспорядочного расположения в упорядоченную периодическую структуру кристалла (как при превращении воды в лед).

В простейшем случае, когда все атомы одинаковы и взаимодействуют посредством простых межатомных сил, в упорядоченном состоянии они складываются друг на друга, как апельсины на прилавке магазина. Эта структура, носящая в науке название гранецентрированной кубической решетки, обладает той же симметрией, что и куб, подчиняясь всем известным законам кристаллографии.

Мы же втроем пытались понять, что произойдет, если охладить жидкость так быстро, что она затвердеет прежде, чем атомы успеют выстроиться в идеальный кристалл. Из общенаучных соображений в то время предполагалось, что расположение атомов в этом случае будет напоминать стоп-кадр жидкого состояния. Другими словами, оно будет совершенно случайным, без какого-либо видимого порядка.

Дэвид Нельсон и один из его студентов, Джон Тонер, выдвинули более интересное предположение. Они считали, что быстрое затвердевание может породить смесь случайности и порядка. По их мнению, несмотря на хаотичность расположения атомов в пространстве, связи между ними могут в среднем выравняться вдоль ребер куба. Тогда расположение атомов окажется в некоем среднем состоянии между порядком и хаосом. Нельсон с Тонером назвали эту фазу “кубатической”.

Чтобы оценить научную значимость этой идеи, надо обладать некоторыми базовыми знаниями. Физические свойства вещества и возможные способы его использования очень сильно зависят от конфигурации его атомов и молекул. Рассмотрим, например, кристаллы графита и алмаза. Основываясь на их физических свойствах, трудно даже представить себе, что у них есть хоть что-то общее. Графит мягкий, скользкий и мутный с темно-металлическим отливом. Алмаз же исключительно твердый, прозрачный и блестящий. Однако оба они состоят из одного и того же типа атомов – из ста процентов углерода. Единственное различие между этими двумя материалами – в порядке расположения атомов углерода, как показано на рисунке ниже.

В алмазе каждый атом углерода соединен с четырьмя другими атомами в трехмерную сеть. В графите же каждый атом углерода связан только с тремя другими атомами в пределах двумерного листа. Эти углеродные слои как бы сложены в стопку один к другому, подобно листам бумаги.

Алмазная сеть крайне прочна, ее трудно разрушить. Напротив, листы углерода легко соскальзывают друг с друга, опять же как листы бумаги. Это и есть основная причина того, почему алмаз настолько тверже графита. И это различие самым непосредственным образом отражается на их практическом использовании. Алмаз, будучи одним из самых твердых известных материалов, используется в буровых головках. Графит же настолько мягок, что его используют в карандашах. Листы углерода отслаиваются при перемещении кончика карандаша по странице.

Этот пример демонстрирует, как знание о симметрии расположения атомов того или иного вещества позволяет понимать и предсказывать его свойства и находить для него наиболее эффективные способы применения. То же относится и к материалам, полученным при быстром охлаждении, которые ученые называют стеклянными, или аморфными. Они существенно отличаются от медленно охлажденных кристаллов по своим электрическим, тепловым, упругим и вибрационным свойствам. Медленно охлажденный кристаллический кремний, например, широко используется в электронной промышленности. А аморфный кремний, не такой твердый, как медленно охлажденный, предпочтителен для использования в некоторых типах солнечных батарей.

Вопрос, который мы с Нельсоном и Рончетти хотели исследовать, состоял в том, имеют ли некоторые твердые материалы, полученные быстрым охлаждением, определенную упорядоченность, которой прежде никто не замечал и которая могла бы дать дополнительные преимущества в прикладных задачах.

К тому моменту я уже несколько лет занимался разработкой способов моделирования быстрого охлаждения жидкостей. Меня приглашали на лето – сначала как аспиранта, а затем как постдока – работать над теоретическими компьютерными моделями в Йельском университете и в Исследовательском центре IBM имени Томаса Дж. Уотсона. Мои основные научные интересы в то время лежали в другой области. Однако я пользовался этими исследовательскими возможностями, поскольку был заинтригован тем фактом, что науке все еще было неизвестно расположение атомов в такой примитивной среде, как аморфное вещество. Тут я вполне сознательно следовал одному из самых важных уроков, полученных от моего наставника Ричарда Фейнмана: доверяй своему чутью и ищи достойные задачи, куда бы они тебя ни вели, даже если новое направление не будет совпадать с тем, в котором ты прежде предполагал двигаться.

Летом 1973-го, перед моим завершающим годом учебы в Калтехе, я разработал первую модель стекла и аморфного кремния для генерируемой компьютером непрерывной случайной сети (НСС-модель). Эта модель широко использовалась для предсказания структурных и электронных свойств этих веществ. В последующие годы работы с Рончетти я разработал и более сложные программы для моделирования процесса быстрого остывания и затвердевания.

В 1980 году случайный разговор в Гарварде с Дэвидом Нельсоном дал новую цель всем моим трудам по теме аморфных материалов. Мои компьютерные модели можно было адаптировать для проверки гипотезы Нельсона и Тонера о кубатическом веществе.

Дав своей аудитории в Пенне краткое введение в историю вопроса, я перешел к кульминации своей лекции. Если предположение о кубатической фазе верно, то атомные связи в моей новой компьютерной модели не должны оказаться расположенными случайным образом. В среднем они должны тяготеть к “кубической ориентации”, то есть стремиться к выравниванию вдоль ребер куба.

Мы разработали сложный математический тест для эксперимента, призванного проверить, демонстрирует ли усредненная ориентация связей ожидаемую кубическую симметрию, и вывели количественный параметр, характеризующий, насколько сильно проявляется это кубическое выравнивание.

Результат оказался… абсолютно провальным. Мы не нашли никаких признаков преимущественного выравнивания связей вдоль ребер куба, предсказанного Нельсоном и Тонером.

Однако совершенно случайно мы открыли нечто даже более интересное. Разрабатывая количественный математический тест для проверки ориентации атомных связей в соответствии с кубической симметрией, мы поняли, что будет несложно адаптировать этот тест к поиску любых других возможных вращательных симметрий. Поэтому вдобавок мы использовали тест для количественной оценки каждой симметрии по степени выравнивания атомных связей вдоль различных направлений.

К нашему огромному удивлению, именно запрещенная симметрия получила гораздо более высокую оценку, чем все остальные, – та самая невозможная симметрия икосаэдра, фигуры, изображенной ниже слева.

Я знал, что некоторые слушатели в аудитории уже должны быть знакомы с икосаэдром, поскольку эта трехмерная фигура использовалась в качестве игральной кости (см. фото внизу справа) в популярной игре Dungeons & Dragons (“Подземелья и драконы”). Другие могли знать про него из курса биологии, поскольку такой формой обладают некоторые вирусы человека. А слушатели, имевшие склонность к геометрии, должны были распознать в нем одно из пяти платоновых тел – трехмерных фигур с одинаковыми гранями, ребрами одинаковой длины и одинаковыми углами.

Важная особенность икосаэдра состоит в том, что, осматривая его со стороны любой из вершин, мы наблюдаем пятиугольную форму с симметрией пятого порядка. Ту самую симметрию пятого порядка, запрещенную для двумерных замощений и трехмерных кристаллов.

Разумеется, нет ничего невозможного в использовании одной плитки в форме правильного пятиугольника. Одиночную плитку можно взять любой формы. Однако невозможно покрыть пол одними лишь правильными пятиугольниками, не оставляя зазоров. То же относится и к икосаэдру. Можно сделать отдельную трехмерную игральную кость в форме икосаэдра. Но вот заполнить пространство икосаэдрами так, чтобы между ними не осталось пустот и отверстий, уже не получится, как показано на фото выше.

При таком числе вершин, каждая из которых обладает запрещенной симметрией пятого порядка, икосаэдр был прекрасно известен исследователям, изучавшим строение вещества, в качестве самой запретной симметрии в расположении атомов. Этот факт считался настолько фундаментальным, что часто излагался в первой главе учебников. И все же икосаэдрическая симметрия каким-то образом получила самую высокую оценку по выравниванию атомных связей в нашем компьютерном эксперименте.

Строго говоря, наши результаты прямо не противоречили законам кристаллографии. Эти правила применимы только к макроскопическим фрагментам вещества, содержащим десятки тысяч атомов и более. Для намного меньших групп атомов, как те, что изучались в нашей модели, такого категорического запрета не существовало.

В предельном случае маленького кластера, содержащего, например, лишь тринадцать одинаковых атомов золота, межатомные силы естественным образом приводят атомы к икосаэдрическому расположению. Один атом оказывается в центре, а двенадцать окружающих его атомов размещаются на вершинах икосаэдра. Так происходит потому, что межатомные силы работают сродни пружинам и стремятся расположить атомы в форме плотно упакованной симметричной фигуры. Тринадцать атомов образуют икосаэдр потому, что в данном случае он является самой симметричной из всех достижимых плотно упакованных конфигураций. Однако с добавлением все новых и новых атомов икосаэдрическая симметрия становится все менее предпочтительной. Как видно на фото с игральными костями для Dungeons & Dragons, икосаэдры не могут плотно прилегать друг к другу – грань к грани, ребро к ребру или каким-либо иным образом, – не оставляя больших зазоров.

Самым удивительным в наших расчетах было то, что икосаэдрическая симметрия в ориентации связей сохранялась почти по всей модели, включавшей тысячи атомов. Если бы в то время вы провели опрос, большинство экспертов сказало бы, что икосаэдрическая симметрия не может распространяться более чем на полсотни атомов. Однако наша модель показывала, что значительная степень икосаэдрической симметрии в ориентации связей сохраняется даже при усреднении показателей по значительному числу атомов. Законы кристаллографии, однако, утверждают, что икосаэдрическая симметрия не может продолжаться бесконечно. И естественно, когда мы продолжили усреднение, добавляя в модель все больше и больше атомов, коэффициент этой симметрии начал постепенно снижаться и в конце концов достиг уровня, не имеющего статистической значимости. Но даже если так, открытие высокой степени ориентированности связей вдоль ребер икосаэдра для групп из тысяч атомов было поистине знаменательным.

Я напомнил аудитории, что икосаэдрический порядок спонтанно появлялся в симуляции, содержащей только один тип атомов. Большинство же материалов содержит комбинации различных элементов, с атомами разных размеров и разными силами связей. Я предположил, что увеличение числа различных элементов может облегчить нарушение известных законов кристаллографии, позволяя икосаэдрической симметрии сохраняться в модели при все большем числе атомов.

Не исключено, что существуют даже такие гипотетические условия, при которых эта симметрия будет продолжаться неограниченно, допустил я. Это стало бы настоящей революцией, прямым нарушением законов Гаюи и Браве, установленных более столетия назад. В тот раз я впервые публично высказал настолько невозможную идею и закончил свою лекцию на этой дерзкой ноте.

Мне оживленно аплодировали. Несколько профессоров задали мне уточняющие вопросы, а по завершении я получил множество замечательных комплиментов. Однако никто так и не прокомментировал мою дикую идею о нарушении законов кристаллографии. Возможно, ее приняли за чисто риторический прием.

Впрочем, в аудитории все же был один человек, который воспринял мои слова всерьез. И он оказался готов поставить на эту идею все свое будущее. На следующий день после моего доклада двадцатичетырехлетний физик-аспирант по имени Дов Левин объявился у меня в кабинете и спросил, не соглашусь ли я быть его новым научным руководителем. Дов был чрезвычайно заинтересован в работе со мной над этой безумной концепцией, которую я выдвинул в конце лекции.

Моя первая реакция была не слишком вдохновляющей. Это дурацкая затея, сказал я ему. Я бы никогда не поставил такого рода задачу перед аспирантом, предупредил я. Не уверен даже, что предложил бы ее внештатному профессору вроде меня самого. У меня имелось лишь смутное представление о том, с чего стоило начать, а шансы на успех были до смешного малы. Я все продолжал и продолжал сыпать подобными неутешительными замечаниями, но, казалось, ничего из сказанного мною его вовсе не смутило. Дов особо подчеркнул, что хотел бы заняться этой темой вне зависимости от шансов на успех.

Когда я попросил Дова подробнее рассказать о себе, он начал с того, что родился и вырос в Нью-Йорке. Это мне и так было уже очевидно по его быстрой манере речи, порывистости и специфическому чувству юмора. Дов не мог и трех фраз сказать без шутки или грубоватого замечания, всегда в сочетании с фирменной озорной ухмылкой.

Я старался не показывать, о чем на самом деле думал, слушая рассуждения Дова о том, почему мы должны заняться моей безумной идеей. Но про себя отметил, что выглядел он как человек весьма упрямый – не из тех, кого легко отговорить. Как раз тот настрой, подумал я, что нужен человеку, берущемуся за крайне рискованную задачу. Хорошее чувство юмора тоже пригодится, поскольку нам наверняка предстоит столкнуться с немалыми трудностями.

Было и еще кое-что, что заставило меня пойти навстречу Дову, – мечта, которая не отпускала меня с тех пор, как в возрасте тринадцати лет я прочел роман Курта Воннегута “Колыбель для кошки”. Эта книга о потенциальном злоупотреблении наукой была, безусловно, странным источником вдохновения для подающего надежды ученого.

В романе Воннегут вообразил новую форму замороженной воды, названную “лед-девять”. Вступая в контакт с обычной водой, кристаллический зародыш льда-девять заставляет все молекулы H_2O перестроиться и сформировать твердую фазу. Один-единственный брошенный в океан зародышевый кристалл способен запустить цепную реакцию, в результате которой затвердеет вся вода на планете.

Лед-девять был, конечно, фантастической выдумкой. Однако роман привлек мое внимание к научному факту, о котором я прежде не задумывался, а именно к тому, что свойства вещества можно радикально изменить простым переупорядочиванием его атомов.

Возможно – лишь возможно, – думал я, есть другие формы вещества, для которых определенные варианты компоновки атомов еще не описаны учеными. И может быть, фантазировал я, они даже никогда не возникали на нашей планете.

Сам того не зная, Дов подарил мне возможность заняться моей давней научной фантазией. Я согласился взять его под свое руководство на испытательный срок. Мы оба понимали, что, если не достигнем прогресса в течение шести месяцев, ему придется искать другую тему и другого научного руководителя.

Мы начали с попытки определить наибольшее число атомов, которое можно плотно разместить, соблюдая икосаэдрическую симметрию. Для визуализации наших с Довом построений требовалось сконструировать некую осязаемую модель (см. фото справа). И тут мы столкнулись с первой проблемой. Химики конструируют такие модели, используя имеющиеся в продаже наборы из пластиковых шариков и стержней. Те прекрасно подходят для подобных задач, покуда речь идет об изучении обычных кристаллических конфигураций.

Мы же с Довом занимались чем-то совершенно иным. Нам нужны были детали, позволяющие делать связи с углами и длинами, соответствующими симметрии икосаэдра. Поскольку эта симметрия была невозможна для кристаллов, в химических наборах не было нужных деталей. Все, включая изготовителей таких конструкторов, знали, что симметрия пятого порядка запрещена. Так что нам пришлось импровизировать, и в конце концов мы стали экспериментировать с пенопластовыми шариками и каркасной проволокой. Вскоре мой кабинет стал выглядеть как безумная поделочная мастерская.

Мы начали со сборки кластера из тринадцати пенопластовых шариков в форме икосаэдра, как я описывал на своей лекции в Пенне: один шарик в центре, а остальные двенадцать в вершинах икосаэдра, как показано на следующей странице.

Затем мы попытались окружить этот первый икосаэдр еще двенадцатью такими же икосаэдрами, построив более крупную и сложную структуру – “икосаэдр из икосаэдров”. Но это сразу же привело к новой проблеме. Икосаэдры не прилегают плотно друг к другу – между ними остаются большие зазоры. Поэтому мы попытались сохранить структуру, вставляя дополнительные пенопластовые шарики и куски проволоки, чтобы заполнить все пустые пространства между отдельными икосаэдрами. Этот метод неплохо работал и позволил нам построить большой кластер с симметрией икосаэдра, содержащий более 200 атомов.

Затем мы попытались повторить наш успех, используя на сей раз тринадцать копий этого большого кластера, чтобы построить из них еще более крупный. Однако теперь и просветы получались намного больше – и модель постоянно разваливалась на части.

Наш нехитрый поделочный проект, по-видимому, демонстрировал фундаментальное ограничение в создании атомных структур с икосаэдрической симметрией. Поскольку отдельные икосаэдры не прилегают плотно друг к другу, между ними с добавлением атомов появляются все более крупные просветы, которые требуется как-то заполнять. На основе этого опыта мы предположили, что икосаэдрическую симметрию невозможно распространить более чем на несколько сотен или, возможно, тысяч атомов.

Мы с Довом ошибочно считали, что наша стратегия иерархического построения – от одного кластера к кластеру кластеров – это единственный способ сохранения икосаэдрической симметрии. По сей день я храню в кабинете одну из тех каркасных моделей в качестве напоминания о том, как близки мы были к ошибочному выводу.

Мы вдвоем обдумывали публикацию статьи с описанием нашего вывода о невозможности икосаэдрической симметрии. Однако Дов спас нас от позора, принеся статью о замощениях Пенроуза, опубликованную четырьмя годами ранее в Scientific American. Пенроуз? Я, конечно, хорошо знал это имя. Но оно совершенно точно не ассоциировалось у меня с какими-либо формами вещества или геометрическими замощениями.

Роджер Пенроуз (ныне сэр Роджер Пенроуз), физик из Оксфордского университета, уже тогда был известен всему миру своим вкладом в общую теорию относительности и ее применением к пониманию эволюции Вселенной. В 1960-х годах Пенроуз доказал ряд важных теорем о сингулярности, показывающих, что в широком диапазоне условий Вселенная, расширяющаяся в наши дни, должна была появиться в результате Большого взрыва. Спустя более чем четыре десятилетия некоторые космологи, включая меня, рассматривают способы обойти эти начальные условия, с тем чтобы избежать Большого взрыва и заменить его Большим отскоком.

Нам крупно повезло, поскольку единственная причина, по которой Дов знал о замощениях Пенроуза, состояла в том, что он первоначально пришел в Пенн работать как раз в области общей теории относительности. В декабре 1980 года, за год до того, как попасть на мою лекцию, он слышал, как Пенроуз рассказывал о своих схемах замощения на международной конференции.

Балтимор, Мэриленд, 1980 год

Дов был участником Десятого техасского симпозиума по релятивистской астрофизике. Для мероприятия, проходившего в Балтиморе, который находится примерно в двух тысячах километров от Далласа, название было довольно странное. Тут сказалось следование неформальной традиции. Техас принимал первый симпозиум по релятивистской астрофизике, и поэтому все последующие сохраняют это первоначальное название, даже если проводятся в швейцарской Женеве.

В кулуарах конференции между научными докладами Дов наткнулся на Роджера Пенроуза, беседующего с группой студентов. Надеясь узнать что-нибудь о последних работах Пенроуза по теории относительности, он подошел ближе и прислушался к разговору.

К немалому его удивлению, Пенроуз говорил вовсе не о теории относительности или космологии. Вместо этого он рассказывал студентам о новой схеме замощения, которую придумал несколькими годами ранее просто ради развлечения. По сути, он открыл ее, просто машинально рисуя на бумаге. Пенроуз набрасывал в блокноте схемы плиток и их групп, пока не обнаружил замощение, позволявшее решить знаменитую математическую головоломку. Он был не только безгранично любопытным творческим гением, но также и чрезвычайно талантливым художником, способным рисовать от руки точные фигуры. На протяжении всей своей карьеры Пенроуз часто использовал на своих семинарах замысловатые рисунки для пояснения сложных математических вопросов.

Придумывание нового типа замощения может показаться странной формой забавы. Для Пенроуза это было упражнением в “развлекательной математике”, хобби, состоящим в исследовании некоторых хорошо известных математических проблем и головоломок. Этим занимаются самые разные люди от начинающих любителей до знаменитых математиков, от молодежи до стариков.

Самым известным автором в жанре развлекательной математики в то время был Мартин Гарднер, который на протяжении двадцати пяти лет вел в Scientific American ежемесячную колонку “Математические игры”.

Статья, которую принес мне Дов, как раз и была колонкой Мартина Гарднера в Scientific American, посвященной замощениям Пенроуза и опубликованной в 1977 году, примерно через три года после изобретения Пенроузом этих замощений. В статье рассказывалось, как Пенроуз обнаружил изящное решение проблемы, над которой много лет бились любители развлекательной математики: можно ли найти такой набор плиток, который покрывает пол без зазоров, причем только непериодически?

Треугольниками можно покрыть пол не периодически, если, например, расположить их в форме спирали, как показано на иллюстрации внизу слева. Однако из треугольников можно также выстроить периодическое замощение, показанное внизу справа. Поэтому треугольники не являются решением поставленной задачи.

Когда-то математики считали, что невозможно найти фигуру или комбинацию фигур, которая будет удовлетворять этим требованиям. Однако в 1964 году математик Роберт Бергер сконструировал корректный пример, в котором использовалось 20426 различных форм плиток. С течением времени другим удалось найти примеры с использованием намного меньшего числа плиток различной формы.

В 1974 году Пенроуз совершил большой прорыв, когда нашел решение задачи с использованием всего двух плиток разной формы, которые он назвал “змеями” и “дротиками” (kites и darts; см. вверху). На каждой из этих плиток нарисована дуга окружности, или “лента”. Пенроуз ввел правило, согласно которому две плитки можно прикладывать друг к другу сторонами, только если ленты на обеих сторонах общего ребра состыковываются. Следование этому “правилу совмещения” не позволяет плиткам складываться в какой-либо регулярно повторяющийся рисунок. Замощение, представленное выше, демонстрирует сложный рисунок, образуемый лентой, когда много змеев и дротиков прикладываются друг к другу в соответствии с пенроузовским правилом совмещения.

Филадельфия, октябрь 1981 года

В статье Гарднера описывалось множество открытых Пенроузом удивительных особенностей его оригинальных замощений, а также их дополнительные свойства, открытые позднее его другом, математиком Джоном Конвеем из Кембриджского университета.

Конвею принадлежит бессчетное множество результатов в теории чисел, теории групп, теории узлов, теории игр и других фундаментальных областях математики. Например, именно он изобрел игру “Жизнь” – знаменитую математическую модель (так называемый клеточный автомат), где реализуются некоторые аспекты самовоспроизводящихся машин и биологической эволюции.

Когда Пенроуз познакомил Конвея с новыми замощениями, тот пришел в абсолютный восторг. Он немедленно начал вырезать фигуры из бумаги и картона, складывая их и заполняя столы и все остальные поверхности своего жилища различными сочетаниями вырезанных фигур, чтобы изучить их свойства. Статья Гарднера в Scientific American включала многие из важных фактов, обнаруженных Конвеем, что помогло нам с Довом прояснить для себя некоторые на первый взгляд неочевидные свойства пенроузовских замощений.

Читая другие статьи, мы узнали, что точная форма этих плиток неважна, покуда они соединяются друг с другом способом, эквивалентным змеям и дротикам. Версия, которую нам с Довом оказалось проще анализировать, состояла из пары ромбов – широкого и узкого. Именно эти четырехугольники были использованы для создания замощения, изображенного на следующей странице.

Из одних только широких ромбов можно сложить периодический узор, равно как и из одних только узких. Также из различных комбинаций этих двух фигур можно получить другие периодические замощения.

Однако использование ромбов – это еще не все. Чтобы полностью исключить возникновение периодичности, необходимо ввести некие правила совмещения. Один из возможных подходов состоит в том, чтобы использовать ленты по аналогии с теми, что придумал Пенроуз для своих змеев и дротиков, и установить правило, гласящее, что две плитки могут соединяться, только если на ребре, по которому они граничат, состыковываются их ленты.

Другой способ воспрепятствовать появлению обычного периодического рисунка состоит в замене прямых краев плиток кривыми или имеющими специальные выступы, подобно деталям пазла, – это отлично иллюстрирует замечательный пример паркета из индивидуальных деталей, изображенный справа. В смысле взаимного расположения плиток этот деревянный паркет эквивалентен замощению из серых и белых ромбов. Единственное отличие состоит в том, что на деревянные плитки добавлены замки́. Они позволяют деталям соединяться друг с другом, как в пазле, и исключают возможность выложить ими какой-либо периодический узор.

Если вы впервые видите замощение Пенроуза, уделите немного времени его изучению и оцените свое первое впечатление. Как бы вы могли его охарактеризовать? Видите ли вы в нем упорядоченный или неупорядоченный узор? Если вам кажется, что плитки следуют друг за другом в упорядоченной последовательности, то как предсказать, какая плитка окажется следующей?

Глядя на замощение из широких серых и узких белых ромбов, мы с Довом заметили определенные часто повторяющиеся мотивы, такие как звездообразные кластеры из пяти серых плиток, окружающих центральную точку, – чего трудно было бы ожидать для случайного узора. Но мы также заметили, что эти кластеры не повторяются через равные интервалы, как должно быть в периодическом рисунке. И в то же время расстояния между этими повторениями не выглядели произвольными, что было бы ожидаемо при случайном узоре.

Сравнивая конфигурации плиток, которые непосредственно окружают звездообразные кластеры, мы заметили, что не у всех звезд окружение совпадает. На следующем слое окружающих плиток мы обнаружили еще больше различий. Изучив рисунок на странице 58, вы сами можете их заметить. На самом деле ни у какой пары звезд не будет в точности одинакового окружения, если смотреть достаточно далеко от их центров.

Это было важно, поскольку, как мы с Довом знали, в периодических узорах такого не бывает. Каждая плитка в замощении квадратами всегда имеет в точности такое же окружение, как и любая другая, как бы далеко от центра построения мы ни заглядывали.

Этим простым наблюдением мы подтвердили, что узор Пенроуза не может быть периодическим. И все же узор, состоящий из кластеров, которые очень похожи между собой и часто повторяются в замощении, нельзя считать и случайным. Это привело нас к вопросу: что за узор может быть одновременно и не периодическим, и не случайным?

Готового ответа не было, и это меня по-настоящему заинтриговало. Никто не видел ничего подобного узору Пенроуза до того, как он придумал его в 1974 году. Даже сам Пенроуз, похоже, не в полной мере оценил значимость собственного открытия. В своей первой статье Пенроуз описывает узор как “непериодический”, четко показывая, чем его замощение не является. Но там нет ни слова о том, каким же оно на самом деле является. А для нас с Довом это было крайне принципиально.

Когда мы только начали изучать замощение Пенроуза, мы представляли себе, что сможем сконструировать аналогичный трехмерный узор, используя пару строительных блоков. Затем, заменив строительные блоки каждый формы определенным типом атомов или кластером атомов, мы надеялись построить атомную структуру, которая реализовала бы нашу мечту о новом типе вещества.

Однако прежде всего нам следовало убедиться в том, что новая атомная структура действительно является новой, и выделить ее особые физические свойства, а для этого требовалось определить ее симметрии. Просто описать новое вещество как непериодическое или неслучайное было недостаточно. Поэтому следующие несколько месяцев мы полностью посвятили замощению Пенроуза, чтобы понять, сможем ли мы открыть математический секрет его симметрий.

Первое удивительное свойство замощений Пенроуза, которое установили мы с Довом, состояло в том, что в них в слабой форме проявляется вращательная симметрия пятого порядка, которая, конечно, считалась невозможной.

Чтобы увидеть в замощении Пенроуза симметрию пятого порядка, требуется некоторое усилие. Вернемся к рисунку на странице 58 с замощением, составленным из широких серых и узких белых ромбических плиток. Уделите немного времени изучению плиток, которые непосредственно окружают любой из звездчатых кластеров. Их расположение представляется весьма сложным. Мысленно поверните его на одну пятую оборота, или на 72°. Совпадет ли конфигурация с той, что была вначале?

Если вы попробуете выполнить этот эксперимент, то обнаружите, что верным ответом будет “по-разному”. Для некоторых звезд ответ – твердое “нет”. Отбросьте их и выберите другие. Продолжайте, пока не найдете такой звездчатый кластер, для которого ответ будет “да”. Долго искать вам не придется.

Теперь рассмотрите второй слой плиток, окружающих выбранный вами звездчатый кластер. Повторите вращение на 72°, одну пятую часть полного оборота, и проверьте, выглядит ли эта конфигурация плиток, которая простирается теперь на два слоя от исходного звездчатого кластера, так же, как исходная.

И вновь для некоторых звезд ответом будет “нет”. Опять же проигнорируйте их и продолжайте поиск, пока не найдете один из тех более редких звездчатых кластеров, для которого ответом будет “да”. Теперь повторите этот процесс еще раз для этого подмножества, перейдя к трем слоям. И так далее.

Проверяя все больше и больше слоев, вы будете отбрасывать все больше и больше звездчатых кластеров, но обнаружите, что всегда остаются некоторые кластеры, сохраняющие симметрию пятого порядка. Эта процедура намного более трудоемкая, чем та, что требуется для проверки симметрии периодического замощения, но этого достаточно для доказательства того, что замощение Пенроуза обладает вращательной симметрией пятого порядка.

С использованием более сложных математических методов можно показать, что формально замощение Пенроуза обладает более чем пятым порядком симметрии. В действительности оно имеет симметрию десятого порядка. Но для нас с Довом разница между пятым и десятым порядком симметрии была неважна. В любом случае эта симметрия была строго запрещена математикой замощений и известными законами кристаллографии.

Отсюда вытекало лишь одно: в основании этих законов лежало ошибочное допущение, и на протяжении более чем двух столетий никто этого не замечал. Существовала некая лазейка. Едва осознав это, мы с Довом загорелись этой темой. Мы просто обязаны были найти эту лазейку.

Мы уже знали о правилах совмещения, загадочных замках, которые мешают плиткам складываться в какой-либо периодический узор. Правила совмещения означали, что плиткам дозволялось соединяться только в узоры с запрещенной симметрией пятого порядка.

С помощью моделей из шариков и проволоки мы с Довом уже начали конструировать аналогичную трехмерную структуру, состоящую из строительных блоков, каждый из которых представлял один или несколько атомов. Для нашей модели мы перевели замки Пенроуза в атомные связи, соединявшие атомы, предоставляемые одним из наших трехмерных строительных блоков, с атомами другого. Эти атомы естественным образом препятствовали бы затвердеванию в виде любого типа кристалла с регулярной периодической решеткой. Вместо этого атомы были бы вынуждены создавать искомый нами новый тип вещества с икосаэдрической симметрией.

Лично меня сильнее всего цепляла именно эта линия размышлений, поскольку я находился под большим влиянием воображаемого воннегутовского льда-девять, в котором новая компоновка молекул воды – лед-девять – была стабильнее обычного кристаллического льда. Новая форма вещества, за которой мы охотились, могла бы оказаться, если ее удастся найти, значительно более стабильным материалом, тверже обычных кристаллов. Но какого рода закономерность стояла за правилами совмещения?

Одна из подсказок состояла в том, что замощения Пенроуза подчиняются так называемому правилу дефляции. Каждый широкий и узкий ромб в замощении Пенроуза можно разделить на части меньшего размера, которые образуют другое замощение Пенроуза. На рисунке внизу исходное замощение показано жирными линиями. Способ разделения, или дефляции, каждой широкой и узкой плитки отмечен пунктиром. Как видно на рисунке, пунктирные линии соединяются и образуют новое замощение Пенроуза с бо́льшим количеством элементов.

Начав с небольшой группы плиток и повторяя процедуру дефляции, можно получить замощение Пенроуза с любым желаемым числом элементов. Обратный процесс, заменяющий группы плиток меньшего размера более крупными, называется правилом инфляции. Правила дефляции и инфляции доказали нам с Довом, что замощение Пенроуза обладает своего рода предсказуемой иерархической структурой.

Мы с Довом были убеждены, что сочетание симметрии пятого порядка, правил совмещения и правил дефляции-инфляции служит безошибочным свидетельством того, что пенроузовское размещение плиток является упорядоченным в новом, неинтуитивном смысле. Но каким именно порядком оно обладает?

Это не давало нам покоя. Мы с Довом знали, что если сумеем ответить на этот вопрос, то откроем путь в обход давно признанного закона, диктующего, какими типами симметрии может обладать вещество. А это может оказаться ключом к серьезному сдвигу парадигмы и открытию множества невиданных доселе материалов.

Но, ради всего святого, что же это за обходной путь? Мы оказались в тупике.

Глава 3

Обнаружение лазейки

Филадельфия, 1982–1983 годы

Важную подсказку, позволившую раскрыть секрет симметрии замощений Пенроуза, мы с Довом обнаружили в неопубликованной работе гениального математика-любителя по имени Роберт Амманн.

Он был необычным человеком, ведущим уединенный образ жизни. Способностей Амманна хватило для поступления в Университет Брандейса в середине 1960-х. Но отучился он только три года, в течение которых редко покидал свою комнату. В конце концов его отчислили, и он так никогда и не получил диплома.

В дальнейшем он самостоятельно освоил программирование компьютеров и нашел работу в области низкоуровневого программирования. К сожалению, он потерял место во время волны сокращений в компании. Тогда он стал сортировать корреспонденцию на почте, поскольку на этой работе не требовалось много общаться с людьми. Сослуживцы считали его предельно некоммуникабельным и замкнутым интровертом.

Вот только почтовые служащие наверняка не догадывались, что Амманн был настоящим математическим гением. В свободное от работы время он погружался в тот же мир развлекательной математики, что увлекал таких мэтров науки, как Роджер Пенроуз и Джон Конвей. С характерной скромностью Амманн описывал себя как “склонного к математике рисовальщика каракулей”.

Мы с Довом натолкнулись на идеи Амманна в двух коротких статьях в малоизвестных журналах, написанных Аланом Маккеем, кристаллографом и профессором материаловедения из Лондонского университета. Маккей разделял наше восхищение икосаэдром, замощениями Пенроуза и фантазиями о материалах с запрещенной симметрией пятого порядка. В этих двух статьях, напоминавших скорее спекулятивные эссе, нежели исследовательские работы, были изложены некоторые его важные соображения по этой теме. Они включали две иллюстрации, которые сразу вызвали у нас особый интерес.

На первой Маккей изобразил пару ромбоэдров – широкий и узкий, как показано на рисунке внизу. Нам с Довом эти трехмерные фигуры уже были хорошо знакомы. Это были очевидные трехмерные аналоги широких и узких ромбов, которые использовались для построения двумерных замощений Пенроуза. Так что, по-видимому, Маккей шел тем же путем, что и мы.

Однако мы были разочарованы, не обнаружив в его статье никаких правил совмещения, которые не давали бы трехмерным строительным блокам образовывать периодические кристаллические структуры. Для нас с Довом главной задачей был как раз поиск этих особых правил совмещения. Без них атомы могли бы по-прежнему соединяться в одну из нескольких обычных кристаллических структур, вместо того чтобы вынужденно образовывать невозможную структуру, которую мы надеялись открыть.

Нас также заинтриговала другая иллюстрация, опубликованная Маккеем (здесь не приводится). Это была фотография дифракционной картины, порожденной при прохождении лазерного луча через изображение замощения Пенроуза. На снимке Маккея было видно, что сложный дифракционный узор включает отдельные особенно яркие пятна, и некоторые из них расположены в углах десятиугольника, а некоторые другие – в углах пятиугольника. Однако мы не могли определить, четкие это точки или расплывчатые сгущения и расположены ли они вдоль идеально прямых линий.

Для физиков вроде нас с Довом эти детали были чрезвычайно важны. Четкие точки, выстроенные идеально прямыми рядами в сочетании с группами пятен, образующими правильные десятиугольники и пятиугольники, – это была бы невиданная прежде дифракционная картина. И главное, она указывала бы на такое расположение атомов, с которым никто еще не встречался.

Размытые пятна с неидеальным выравниванием были бы уже не столь захватывающими. Они указывали бы на сочетание порядка и беспорядка в расположении атомов, подобно тем структурам, которые мы уже изучали с Дэвидом Нельсоном, а не на новую форму вещества.

Разумеется, мы с Довом надеялись на первый вариант, который свидетельствовал бы о чем-то поистине новом. Мы связались с Маккеем, чтобы расспросить о правилах совмещения и точной математической природе дифракционной картины на его фото, однако у него не нашлось ответов на наши вопросы. По его словам, математика не была его сильной стороной. Поэтому он не знал, как доказать, были ли дифракционные пятна от замощения Пенроуза идеально четкими или расплывчатыми. Он также признался, что у него есть лишь одна фотография, и это было печально, поскольку на снимках всегда есть небольшие искажения. Так что у него не было уверенности относительно дифракционных свойств.

Маккей также сообщил нам, что широкие и узкие ромбоэдры в его статье не были его собственным изобретением. Он позаимствовал их непосредственно из работы одного малоизвестного любителя – Роберта Амманна. Именно тогда мы впервые услышали имя этого загадочного гения, который мало с кем общался, кроме гуру развлекательной математики Мартина Гарднера из Scientific American, к кому Маккей и посоветовал нам обратиться за помощью.

Дов немедленно написал Гарднеру, а тот, в свою очередь, отправил нас к Бранко Грюнбауму и Джеффри Шепарду, которые как раз готовили к выпуску книгу о замощениях, куда вошли некоторые из гениальных изобретений Амманна. От них мы узнали, что Амманн независимо изобрел ромбоидные плитки, похожие на открытые Пенроузом, с правилами совмещения, вынуждающими к образованию симметрии пятого порядка. Что еще поразительнее, он также изобрел другой набор плиток с правилами совмещения, вынуждающими к столь же невозможной симметрии восьмого порядка.

У Амманна не было математического образования, поэтому он не предоставил никаких доказательств того, что его правила совмещения работают, и даже не описал свои результаты в научной статье. Он просто интуитивно знал, что прав.

Гарднер также предоставил нам заметки Амманна, в которых подробно излагались его соображения о строительных блоках с икосаэдрической симметрией. Но и тут не было ни строгих доказательств, ни даже попыток привести убедительные аргументы.

Несколько лет спустя мы с Довом смогли разыскать неуловимого гения в окрестностях Бостона и уговорили его приехать к нам в Филадельфию. Амманн оказался именно таким, каким я его себе и представлял. Он был полон творческих геометрических идей и захватывающих предположений, которые никогда не публиковались, но очень часто оказывались верными. Некоторые из них, как, например, идея ромбоэдров, впервые появившаяся на иллюстрации Маккея, были открыты независимо нами с Довом ценой тяжелого труда и утомительного поиска доказательств. Для Амманна все это было попросту интуитивно очевидно. К сожалению, несколько лет спустя его не стало, так что нам с Довом не довелось больше с ним увидеться.

Самым важным его изобретением, на наш с Довом взгляд, было введение названных его именем полос Амманна – могучего и действенного правила совмещения. На широких и узких ромбах с прямыми сторонами Амманн рисовал набор полосок в соответствии со строгим рецептом, проиллюстрированным пунктирными линиями на рисунке вверху.

Правило совмещения Амманна состоит в том, что две плитки можно соединять между собой только в том случае, если на всех краях, которыми они стыкуются, нанесенные на них полосы продолжают друг друга. Это накладывает того же типа ограничения, что и пенроузовские ленты и замки. Так что на первый взгляд тут нет ничего примечательного.

Однако при более внимательном анализе становится ясно, что полосы Амманна все меняют. Мы с Довом обнаружили, что они выявляют в замощениях Пенроуза нечто такое, чего сам Пенроуз не заметил. И именно это забросило нас с Довом в странный новый мир невозможных симметрий.

Мы видели, что при стыковке плиток в соответствии с правилом совмещения отдельные полосы Амманна соединяются и образуют прямые линии Амманна, которые тянутся через все замощение. Ниже изображено замощение, поверх которого наложена система линий Амманна. Этот массив состоит из пяти наборов параллельных линий, ориентированных под разными углами.

Мы с Довом обнаружили, что все эти пять наборов прямых одинаковы и повернуты друг к другу под такими же в точности углами, как стороны правильного пятиугольника. Нельзя было и представить себе более простого доказательства наличия у данного замощения симметрии пятого порядка.

Для нас с Довом это был поистине захватывающий момент. Теперь мы точно знали, что находимся на пути к открытию, которое прямо противоречит столетним теоремам Гаюи и Браве. Мы были уверены, что линии Амманна таят в себе ключ к обходу этих надежно доказанных теорем и к объяснению секрета симметрии замощений Пенроуза. Но нам еще только предстояло расшифровать их смысл.

Важнее всего оказалось сосредоточиться лишь на одном из пяти наборов прямых линий, например на том, который выделен на рисунке справа. Видно, что просветы между этими параллельными линиями Амманна бывают двух размеров – широкие (W) и узкие (N). Для нас самыми важными были две величины: отношение между ширинами этих двух типов просветов и частота, с которой они повторяются на рисунке. Мы были на пороге открытия того, что эти две величины – отношение и последовательность – связаны с двумя знаменитыми математическими понятиями: золотым сечением и числами Фибоначчи.

Золотое сечение часто обнаруживается в природе и с древних времен встречается в искусстве. Считается, что египтяне руководствовались им при строительстве великих пирамид. В V веке до нашей эры греческий скульптор и математик Фидий утверждал, что применял золотое сечение при создании Парфенона в Афинах, который сегодня считается величайшим памятником греческой цивилизации. В память о Фидии это отношение часто обозначают греческой буквой Φ (произносится как “фи”).

Греческому математику Евклиду, которого считают отцом геометрии, принадлежит самое раннее сохранившееся определение золотого сечения с использованием простых объектов. Он рассматривал способы разделить палку на две части таким образом, чтобы соотношение короткого и длинного кусков было равно соотношению длинного и их суммарной длины. Найденное Евклидом решение состоит в том, что более длинный кусок должен быть ровно в Φ раз больше короткого, где Φ равно

и выражается бесконечной неповторяющейся последовательностью десятичных цифр.

Числа, представляемые бесконечными непериодическими десятичными дробями, называются иррациональными, поскольку их нельзя выразить отношением двух целых чисел. Это отличает их от рациональных чисел, таких как 1/3 или 143/548, которые представляют собой отношения целых чисел и в десятичной форме записываются как 0,333… и 0,26094890510948905109… соответственно, то есть содержат периодически повторяющиеся последовательности цифр, если вычислить достаточное их количество.

Впрочем, появление золотого сечения в симметрии пятого порядка в замощении Пенроуза не то чтобы сильно поразило нас с Довом, поскольку это соотношение напрямую связано с геометрией пятиугольника. Например, на левом рисунке внизу отношение длины верхнего отрезка, соединяющего противоположные вершины пятиугольника, к длине одной из его сторон равно золотому сечению. Икосаэдр, изображенный справа, также заключает в себе золотое сечение: его двенадцать вершин образуют три взаимно перпендикулярных прямоугольника, у каждого из которых отношение длины к ширине равно золотому сечению.

По-настоящему удивило нас с Довом то, что мы обнаружили золотое сечение также и в чередовании широких (W) и узких (N) просветов.

Рассмотрим последовательность просветов W и N на рисунке со страницы 71. В ней нет никакого регулярного повторения. Если вы станете подсчитывать количество W и N, следя за соотношением этих чисел, то после учета первых трех просветов получите отношение 2 к 1, после первых пяти – 3 к 2, после первых восьми – 5 к 3 и так далее.

Есть простое арифметическое правило, которое порождает эту последовательность. Возьмем первое отношение – 2 к 1. Сложим эти два числа (2 + 1 = 3) и затем сравним сумму (3) с большим из двух исходных чисел (2). Получится новое отношение – 3 к 2, которое также оказывается очередным в последовательности, полученной для просветов. Сложим следующие два числа (3 + 2 = 5) и снова сравним результат с большим из двух предыдущих чисел – получим отношение 5 к 3.

Этот процесс можно продолжать бесконечно, получая соотношения 8 к 5, 13 к 8, 21 к 13, 34 к 21, 55 к 34 и так далее. Эти соотношения будут в точности предсказывать последовательность для амманновских просветов.

Мы с Довом сразу узнали эту последовательность целых чисел: 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, … Она известна как числа Фибоначчи и названа в честь итальянского математика Леонардо Фибоначчи, жившего в Пизе в XIII веке.

Отношения последовательных чисел Фибоначчи – 2:1, 3:2, 5:3, … – это отношения целых чисел, а значит, они рациональные. Однако знаменитое свойство последовательности Фибоначчи состоит в том, что чем больше становятся целые числа, тем ближе их отношение подходит к золотому сечению. Такова его связь с числами Фибоначчи.

Как оказалось, единственный способ получить такое чередование W и N, которое воспроизводит числа Фибоначчи, состоит в том, чтобы по мере распространения замощения Пенроуза по всем направлениям просветы W повторялись с большей частотой, чем N, в соотношении, в точности равном золотому сечению – иррациональному числу. Если коротко, то именно в этом и состоит секрет замощения Пенроуза.

Последовательность, состоящая из двух элементов, повторяющихся с разными частотами, отношение которых выражается иррациональным числом, называется квазипериодической. Квазипериодическая последовательность никогда не повторяется в точности.

Например, нет таких двух просветов в последовательности Фибоначчи, которые были бы окружены одинаково расположенными наборами просветов с ширинами W и N, хотя в некоторых случаях надо зайти достаточно далеко, чтобы обнаружить различия. То же относится и к плиткам Пенроуза. Отследите замощение достаточно далеко, и вы обнаружите, что никакие две плитки не будут окружены в точности одинаковой конфигурацией других.

Наконец-то мы с Довом поняли, где именно пролегает путь в обход вековых правил Гаюи и Браве. Фундаментальная теорема кристаллографии гласит: если схема расположения плиток или атомов является периодической, повторяющейся с одной определенной частотой, то возможны только некоторые симметрии. В частности, симметрия пятого порядка по любому направлению совершенно невозможна для периодических конфигураций атомов. Тут следует говорить о невозможности первого рода, то есть об абсолютно непреложной истине, подобно тому как 1 + 1 ни при каких условиях не может дать 3.

Однако, когда ученые уверяли целые поколения студентов, что симметрия пятого порядка невозможна ни для какого типа материи, это был уже пример невозможности второго рода – такое утверждение опиралось на допущение, которое не всегда корректно. В данном случае физики и материаловеды безосновательно полагали, что все упорядоченные конфигурации атомов являются периодическими.

Как стало ясно нам с Довом, замощение Пенроуза – это геометрический пример упорядоченной конфигурации, которая не является периодической. Это квазипериодический порядок плиток или атомов, который описывается двумя различными частотами повторения с иррациональным отношением между ними. Это и была наша заветная лазейка. Прежде ученые считали, что атомы в веществе всегда располагаются либо периодически, либо беспорядочно. Они никогда не рассматривали квазипериодические конфигурации.

Если настоящие атомы могли каким-то образом организоваться в структуру, которая повторяется с двумя разными частотами, находящимися в иррациональном соотношении, то получилась бы совершенно новая форма вещества, которая пошатнула бы устоявшиеся правила Гаюи и Браве.

Эта концепция казалась очень простой и вместе с тем невероятно глубокой. Перед нами с Довом словно открылось магическое окно, заглянуть в которое могли только мы.

Я знал, что там, вдали, открывается целое поле потенциальных новых прорывов. И пока все это поле могли исследовать мы и только мы.

Глава 4

История о двух лабораториях

Сами того не подозревая, мы с Довом тогда включились в гонку на время. После того как мы обнаружили, что квазипериодический порядок открывает секрет создания вещества с запрещенными симметриями, мы занялись разработкой теории этой новой формы вещества в естественном для нас темпе.

Мы и подумать не могли, что какой-то другой физик-теоретик решит заняться той же темой. Наш своеобразный подход, вдохновленный развлекательной математикой и замощениями, был слишком нетрадиционным, чтобы его можно было независимо повторить. Мы тогда еще не публиковали своих идей, так что никто не мог оттолкнуться от них и обогнать нас. Это не говоря уже об экспериментаторах, ничего не слышавших о нашей квазикристаллической теории, – разве могли они составить нам конкуренцию? Это казалось невозможным.

Единственное, чего мы не учли, – это случайного, серендипического открытия. Иногда простые эксперименты дают непредвиденные результаты. Если толковый экспериментатор обратит на это внимание, то у него появится шанс совершить научный прорыв. Оказалось, что, пока мы с Довом систематически разрабатывали нашу радикальную теорию, никому не известный ученый по имени Дэн Шехтман, работавший в лаборатории менее чем в 250 километрах от нас, случайно столкнулся с бессмысленными на первый взгляд результатами одного эксперимента.

То было поразительное совпадение, заслуживающее особого примечания в истории науки. Две команды, ничего не знавшие друг о друге, одновременно решили поставить под сомнение твердые, проверенные столетиями принципы. Прошло целых два года, прежде чем наши группы впервые услышали друг о друге. И когда это случилось, мы быстро выяснили, что для достижения наших целей мы с ними нуждались во взаимопомощи.

Филадельфия, 1983–1984 годы

Мы с Довом встречались почти каждый день для работы над нашей теорией. Первым делом мы сосредоточились на том, чтобы понять, как можно было использовать квазипериодическое упорядочение – открытую нами лазейку в законах кристаллографии. Нашей целью было создание с ее помощью трехмерной структуры с запрещенной симметрией икосаэдра. Задача была амбициозная, однако, если показать возможность существования такой геометрической структуры, можно было бы начинать думать о том, как организовать в нее реальные атомы и молекулы.

Звучало почти безумно. Однако это была та самая идея, которая двигала мной с самого начала – и когда я подростком вдохновлялся льдом-девять Курта Воннегута, и когда годы спустя в нашем с Дэвидом Нельсоном исследовании быстро охлаждаемых жидкостей появились загадочные намеки на запрещенные симметрии.

Открытие Роджером Пенроузом особых фигур со специальными замками, порождающих изощренные узоры, было большим научным достижением. Но стоящая перед нами задача повторить то же самое в трех измерениях была во многих отношениях еще сложнее.

Икосаэдр, как и любой другой трехмерный объект, обладает разными вращательными симметриями относительно разных осей. Запрещенная симметрия пятого порядка проявляется для шести различных направлений. Если смотреть вдоль других направлений, то проявляются симметрии второго и третьего порядка.

Мы с Довом начали работать с ромбоэдрами – трехмерными аналогами ромбов, которые Пенроуз использовал для своих плоских замощений. Мы знали, что из ромбоэдров можно составить периодическое заполнение пространства, что было открыто Гаюи более двухсот лет назад при изучении исландского шпата. Однако Пенроуз нашел для своих ромбов замки, которые позволяли исключить образование любого периодического узора. Замки вынуждали его узкие и широкие ромбы упорядочиваться квазипериодически. Нам надо было убедиться, что то же самое сработает и для широких и узких ромбоэдров. Нам с Довом понадобилось для этого вдвое больше элементов, чем Пенроузу, – два широких ромбоэдра и два узких, у каждого из которых были свои уникальные замки. Больше фигур, больше замков – больше сложностей.

Мы последовали своей обычной практике – стали конструировать физические модели изучаемых абстрактных, теоретических объектов, чтобы визуализировать структуру. Так что мой кабинет вновь превратился в забавную поделочную мастерскую.

Меньшей проблемой было изготовление двух типов строительных блоков. Мы делали картонные развертки широких и узких ромбоэдров, из которых составлялись четыре типа блоков – два узких и два широких. Мы склеивали их липкой лентой согласно принятым нами правилам совмещения, но все это превращалось в один сплошной липкий кошмар. Так что мы закатали рукава и приклеили магниты по углам всех наших картонных разверток. Магниты располагались как раз так, чтобы исполнять роль замков. Благодаря этому блоки соединялись друг с другом только в том случае, если соблюдались правила для трехмерных замков. Это был высокоорганизованный хаос, по крайней мере, так я говорил озадаченным посетителям моего кабинета.

Фотографии некоторых из наших конструкций представлены на иллюстрации выше. Слева вверху – группа из десяти широких и десяти узких ромбоэдров, образующих почти сферическую форму.

Внешняя поверхность этой группы носит труднопроизносимое название – ромботриаконтаэдр, что по-гречески означает “тридцать граней одинаковой ромбической формы на поверхности”.

На среднем изображении из модели удален тонкий ромбоэдр, чтобы частично приоткрыть ее внутреннее устройство. На правом для лучшего обзора удален еще и широкий ромбоэдр.

Ромботриаконтаэдр был первым шагом на пути к демонстрации упаковки широких и узких ромбоэдров в квазипериодическое построение сколь угодно большого размера при сохранении икосаэдрической симметрии. Не менее важным было отсутствие зазоров между строительными блоками (ромбоэдрами) и тот факт, что наши новые замки запрещали им формировать любые иные типы структур, включая обыкновенную периодическую кристаллическую решетку.

Теперь, когда мы убедились в том, что трехмерные квазикристаллы теоретически возможны, нам требовалось найти группы атомов, способные соединяться между собой аналогичным образом, то есть по тем же правилам совмещения, при которых квазикристалл был бы единственным возможным результатом.

Мы стали разбираться в том, какие еще прежде запрещенные вращательные симметрии становятся возможными при квазикристаллическом порядке. Ответ был, мягко говоря, невероятным – все. Симметрии седьмого, восьмого, девятого порядка – буквально бесконечное множество новых возможностей, считавшихся запрещенными, были теперь разрешены. Восхитительный пример квазипериодического замощения с симметрией седьмого порядка показан ниже.

Теперь мы с Довом совершали одно за другим такое количество открытий и перед нами раскрывалось так много новых направлений для исследования, что становилось трудно понять, когда стоит остановиться и начать писать статью. Думая, что тут конкурентов у нас нет, я принял роковое решение продолжать работать и отложить публикацию наших результатов, пока мы не достигнем еще большего прогресса.

Начало 1980-х годов было одним из самых плодотворных периодов в моей карьере. Дов был не единственным работавшим со мной талантливым аспирантом. Совместно с Энди Олбрехтом мы разбирались с одной новой и весьма интересной идеей в области космологии – инфляционной теорией Вселенной, – которую тогда только-только выдвинул физик из Массачусетского технологического института по имени Алан Гут.

Немногие научные теории предстают перед нами в законченном виде при первом же появлении, и инфляционная теория не была исключением. Алан предположил, что инфляция – гипотетический период быстрого расширения в течение нескольких мгновений после Большого взрыва – потенциально может по крайней мере отчасти объяснить однородность текущего распределения материи и энергии в нашей Вселенной. Однако для этого ему пришлось допустить, что инфляция спустя очень короткое время прекращается. И тут обнаружилась проблема. Алану никак не удавалось объяснить остановку инфляции. Мы с Энди, а также Андрей Линде, который независимо занимался этой темой в Советском Союзе, смогли справиться с этой ключевой проблемой.

Наша “новая инфляционная теория” была быстро признана. Она произвела взрывной эффект, с которого начался период плодотворных инноваций в космологии, астрофизике и физике элементарных частиц, продолжающийся по сей день. В отличие от моей работы с Довом над проблемой новых форм вещества, новую инфляционную космологию исследовало множество людей, и многие из них были жесткими конкурентами. Также было много важных последующих проектов, которые просто нельзя было игнорировать.

В тот же период времени я, однако, потихоньку проверял реакцию научного сообщества на нашу новую квазикристаллическую теорию. Я начал неформально обсуждать ее с известными специалистами, занимавшимися физикой конденсированного состояния, но, к моему удивлению, реакция всегда была одинаково обескураживающей: “Ваша с Довом творческая концепция новой формы вещества математически возможна, но в сравнении с простыми принципами периодических кристаллов она выглядит слишком сложной, чтобы реализоваться в физическом мире”.

Такое отношение вполне можно понять. В конце концов, мы с Довом ставили под сомнение вековую научную мудрость, выдвигая идею о новом состоянии вещества на основании изучения одних только абстрактных замощений. Нам требовалось экспериментальное доказательство существования таких комбинаций атомов, которые сами организуются в истинные квазикристаллы. Без этого наша идея оставалась лишь очередной оторванной от реальности теоретической фантазией.

Дов, будучи менее чувствительным к критике, чем я, хотел немедленно опубликовать нашу основную концепцию. Мне же хотелось подождать, пока наши идеи не обрастут конкретикой. Я также хотел получить возможность делать проверяемые прогнозы по обнаружению новой формы вещества в экспериментах – это необходимая составляющая любой научной теории. Я полагал, что без этого наша работа, вероятно, будет отвергнута. Так что и публиковать ее пока не имело смысла.

В 1983 году мы с Довом достигли компромисса. Мы договорились защитить наш интеллектуальный вклад за счет патентного раскрытия идеи и подали соответствующую заявку при поддержке бюро технологического лицензирования Пенсильванского университета. Заявка должна была представить нашу концепцию и формально закрепить наш приоритет. Однако раскрывать наши идеи широкому научному сообществу мы не собирались, пока не достигнем большего прогресса.

Заявка, частично воспроизведенная справа, описывала наши строительные блоки, ромбоэдры, и обеспечивающие их совмещение замки. В ней говорилось, что соединения устроены так, чтобы строительные блоки были вынуждены образовывать некристаллическую структуру с симметрией икосаэдра. Также в ней объяснялось, каким образом эта идея может потенциально привести к новому фазовому состоянию вещества со свойствами, отличными как от жидкостей, так и от кристаллов. В заявке 1983 года мы с Довом называли наше теоретическое изобретение “кристаллоидами”, но позднее поменяли термин на “квазикристаллы”.

Было ли все это лишь абстрактными построениями, как утверждали критики, или это действительно была корректная научная теория, которую можно как-то проверить? И как нам распознать квазикристалл, если посчастливится его найти? Мы с Довом потратили месяцы на утомительные расчеты и в итоге обнаружили, что ответ довольно прост. Обычный рисунок рентгеновской или электронной дифракции должен был показать квазипериодичность и запрещенную симметрию в расположении атомов.

По сравнению с кристаллом, дифракционная картина у квазикристалла гораздо богаче. Она сложнее по структуре, в частности потому, что формируется атомами, повторяющимися с разными частотами, соотношение которых выражается иррациональным числом вроде золотого сечения.

Если бы электроны или рентгеновские лучи могли магическим образом испытывать дифракцию только на одном типе атомов в квазикристалле, они порождали бы на дифракционной картине разделенные равными интервалами четкие точки, известные как брэгговские пики. Однако в реальности рентгеновские лучи и электроны дифрагируют на всех атомах квазикристалла. Различные подгруппы дают разные точки на дифракционной картине, соответственно различным расстояниям между атомами. А икосаэдр еще и обладает множеством симметрий, что также добавляет сложности.

Предсказанные нами дифракционные картины имели разный вид в зависимости от того, как был направлен электронный или рентгеновский пучок – вдоль оси вращательной симметрии пятого, третьего или второго порядка. Иллюстрация справа демонстрирует рассчитанную нами дифракционную картину для луча, идущего вдоль оси “невозможной” симметрии пятого порядка.

Мы вывели математическую формулу, стоящую за секретной симметрией, и смогли сделать смелое предсказание, проверяемое экспериментально: дифракционная картина для квазикристалла должна состоять из четких точек, образующих узор, подобный снежинке.

Представленный справа архивный рисунок – это первый когда-либо рассчитанный подобный узор. Наша компьютерная программа рисовала окружности с центрами в каждой из предсказанных точек. Радиусы этих окружностей выбирались пропорционально предсказанной интенсивности дифрагированных рентгеновских лучей. Созданный нами рисунок был первой визуальной репрезентацией тех ярких и тусклых точек, которые мы ожидали увидеть на дифракционной картине реального квазикристалла.

Если бы была возможность увидеть еще более слабые точки, то оказалось бы, что между любой парой пятен есть еще много других. И между каждой парой тех пятен были бы еще более тусклые, и так далее. Нарисуй мы с Довом по окружности для каждого предсказанного пятна, узор стал бы таким насыщенным, что эти окружности слились бы в одно сплошное бесформенное белое облако. Мы знали, что в экспериментах выявляются только самые яркие пятна, и решили, что наша модель будет достаточно хорошим приближением к характерной дифракционной картине квазикристалла.

Этим рисунком мы с Довом сделали предсказание, которое можно было использовать для проверки и потенциального опровержения нашей теории. Так что теперь мы подошли к очередной вехе на нашем пути. Пришло время публиковаться? И вновь я сдержал этот порыв. Я знал, что нам понадобится нечто большее, чтобы столь радикальная теория была воспринята всерьез. Нам нужно было доказать, что ромбоэдрические блоки, использованные в нашей теоретической модели, можно было заменить реальным веществом.

К лету 1984 года с моих плеч наконец свалились трудоемкие обязательства по работе над новой инфляционной теорией. Это позволило мне выделять значительное количество времени, необходимое для финальной стадии нашего исследования квазикристаллов. Получив длительный научный отпуск в Пенсильванском университете, я отправился в Исследовательский центр IBM имени Томаса Дж. Уотсона, где в прошлом провел большую часть своих работ по атомной структуре аморфных металлов.

Гейтерсберг, Мэриленд, 1982–1984 годы

“Нет такого зверя!” – вероятно, подумал Дэн Шехтман, глядя на странные образцы под электронным микроскопом. Израильский ученый в возрасте 41 года случайно натолкнулся на вещество, обладающее всеми теми невозможными свойствами, которые предсказывали мы с Довом, хотя у него не было ни намека на наши идеи, ни понимания всей значимости его открытия. И все же Шехтман отдавал себе отчет в том, что столкнулся с чем-то удивительным. В итоге это принесло ему Нобелевскую премию по химии в 2011 году.

Шехтман работал приглашенным специалистом по микроскопии в Национальном бюро стандартов вместе с Джоном Каном, с которым он познакомился, когда был аспирантом в Технионе – ведущем израильском технологическом институте. Кан считался корифеем в области физики конденсированного состояния и был особенно известен своими исследованиями процессов, происходящих при охлаждении и затвердевании металлических жидкостей.

Кан предложил Шехтману взять двухгодичный отпуск в Технионе, чтобы принять участие в масштабном проекте, который финансировался Национальным научным фондом и Агентством перспективных оборонных исследований. Цель проекта состояла в том, чтобы синтезировать и классифицировать как можно больше различных алюминиевых сплавов, получающихся путем быстрого охлаждения жидких смесей алюминия с иными металлами. Сами сплавы создавались другими учеными. Шехтману же предлагалось с помощью электронного микроскопа анализировать, идентифицировать и классифицировать образцы. Это была важная для материаловедческого сообщества работа, поскольку алюминиевые сплавы имеют множество применений. Но сама работа была довольно скучной и однообразной.

Один из металлургов лаборатории Роберт Шефер проявлял особый интерес к созданию сплавов, состоящих из алюминия и марганца, ввиду их превосходной прочности по сравнению с чистым алюминием. Вместе со своим коллегой Фрэнком Бьянканьелло он изготовил серию образцов, состоящих из алюминия с добавлением различного количества марганца, и каждый образец рутинно отправлялся на анализ Шехтману.

8 апреля 1982 года Шехтман занимался изучением образца быстро охлажденного Al_6Mn (сокращенное научное обозначение сплава, в котором на каждый атом марганца приходится шесть атомов алюминия). Тот представлял собой крошечные перистые зерна примерно пятиугольной формы. Позднее группой Ан-Пан Цая в Университете Тохоку (Япония) был синтезирован более крупный образец, словно покрытый цветочками с отчетливо видимой пятилучевой симметрией. Его фотография представлена ниже.

Когда Шехтман направил электронный пучок сквозь зерна сплава, чтобы получить дифракционную картину, он обнаружил нечто шокирующее. На первый взгляд изображение состояло из довольно четких пятен, чего и следовало ожидать от кристалла. Однако, к удивлению Шехтмана, расположение пятен демонстрировало симметрию десятого порядка, о невозможности которой он был осведомлен не хуже, чем любой другой ученый в мире.

Шехтман зарисовал изображение на одной странице своего лабораторного журнала, а на другой привел частичный каталог дифракционных пиков и приписал: “10-й порядок???”

Когда Шехтман показал свои результаты коллегам, они не особенно впечатлились. Их тоже учили, что симметрия десятого порядка невозможна. Все они полагали, что странная дифракционная картина может объясняться так называемым множественным двойникованием.

Двойниковый кристалл обычно образуется при сращивании между собой двух по-разному ориентированных кристаллических зерен. Множественное двойникование – это ситуация, когда срастаются три или более зерен, ориентированных под разными углами. Два примера показаны на иллюстрации выше. Слева представлен пример тройного двойникования. Невооруженным глазом видно, что объединившиеся кристаллы ориентированы под тремя разными углами.

Изображение справа – гораздо более хитрое. Это пример множественно-двойникованного золота. Образец состоит из пяти различных клиньев, которые для лучшей различимости обозначены линиями. Атомы – это размытые белые пятна внутри каждого клина. На первый взгляд общая форма напоминает квазикристалл с симметрией пятого порядка. Но это ошибочное впечатление. Это не квазикристалл.

Под микроскопом становится видно, что каждый из пяти клиньев состоит из периодически повторяющихся шестиугольных групп атомов. Следовательно, каждый отдельный клин – это кристалл, подчиняющийся всем законам кристаллографии. В целом же это пример множественно-двойникованного кристалла. То есть это просто группа кристаллов, по воле случая сросшихся пятью клинообразными фрагментами и образовавших форму, напоминающую пятиугольник. Любое твердое тело, состоящее из комбинации кристаллических клиньев, всегда считается кристаллом, вне зависимости от числа и взаиморасположения этих клиньев.

Множественное двойникование встречается повсеместно. Поэтому совершенно естественно, что коллеги Шехтмана, включая Джона Кана, были убеждены, что образец Al_6Mn был просто еще одним примером этого явления. Никто не ожидал обнаружить нечто хоть сколько-нибудь необычное в ходе рутинного описания алюминиевых сплавов. Вся лаборатория просто отмахнулась от находки Шехтмана, посчитав ее ничем не примечательной.

Сам Шехтман, однако, был не согласен. Он не уступал и продолжал убеждать коллег в том, что обнаружил нечто новое. Возражая Шехтману, Джон Кан рассказал о тесте, который позволит разрешить этот спор. Кан предложил Шехтману сфокусировать электронный пучок на очень небольшом участке образца. Если тот является множественно-двойникованным кристаллом, как предполагала вся остальная лаборатория, многие пятна из десятилучевого узора исчезнут, а оставшиеся образуют рисунок с хорошо известными кристаллическими симметриями. С другой стороны, если образец действительно нарушает давно установленные принципы и обладает однородной симметрией десятого порядка, то все пятна, указывающие на десятилучевую симметрию, будут появляться независимо от того, где сфокусирован пучок.

Шехтман вернулся к своему микроскопу и провел решающий эксперимент. В какое бы место образца Al_6Mn он ни смотрел, там обнаруживалась все та же невозможная симметрия десятого порядка. Это был поразительный результат, исключавший банальную версию с множественным двойникованием. История, впрочем, умалчивает, показал ли он результаты Кану или кому-то еще из коллег, прежде чем завершился его двухлетний срок работы в Америке и он вернулся в Израиль.

Известно, однако, что Шехтман не сдался. Он понял, что его открытие настолько скандально, что никто не воспримет его всерьез, пока он не предложит правдоподобного объяснения. Но он был специалистом по электронной микроскопии, а не теоретиком с сильной математической подготовкой. Так что позднее он стал работать с израильским материаловедом Иланом Блехом – в надежде, что тот создаст подходящую теорию.

Поощряемый Шехтманом, Блех предложил модель, основанную на ряде допущений. Во-первых, он предположил, что атомы алюминия и марганца могут каким-то образом объединяться в одинаковые икосаэдрические кластеры. Затем он допустил, что эти икосаэдрические кластеры соединяются в случайном порядке, когда алюмомарганцевая жидкость охлаждается и затвердевает. Далее он предположил, что все эти кластеры каким-то образом приобретают одну и ту же ориентацию по всему объему. Эта идея была сродни допущению, что десяток брошенных в чашу икосаэдрических костей из игры Dungeons & Dragons могут чудесным образом остановиться, выровнявшись вдоль одних и тех же направлений. То есть модель строилась на целой системе предположений, в числе которых были и такие, что вряд ли могли выполняться в реальном веществе.

Эта идея проиллюстрирована ниже. Наверху изображена пара примыкающих друг к другу икосаэдров с совпадающими вершинами. Внизу – приблизительное представление того, как могла бы выглядеть соответствующая случайная структура.

Рисунок демонстрирует наличие значительных пустот между икосаэдрами, когда большое их число соединяется вместе в соответствии с идеями Блеха. Мы с Довом столкнулись с той же проблемой, когда пытались строить кластеры из пенопластовых шариков и каркасной проволоки. Мы уже знали, что пустые зазоры представляют собой большую проблему, поскольку в реальности они пустыми не остаются. Нет никакой возможности помешать атомам двигаться и заполнять зазоры в процессе остывания жидкости. А затем эти атомы начнут оказывать колоссальное давление на икосаэдрические кластеры и разрушать их аккуратное выравнивание. Это было одной из причин, по которой мы с Довом в итоге отвергли идею использования икосаэдрических кластеров в качестве строительных блоков. В нашей квазикристаллической модели использовались ромбоэдры, которые можно упаковывать без всяких зазоров.

Затем Блех сделал еще одно грубое упрощение. Поскольку у него не было конкретного представления о том, как именно атомы могут заполнять пустоты, он мог лишь приближенно рассчитать дифракционную картину, которая порождалась бы атомами, собранными в икосаэдрические кластеры. Без всякого обоснования он просто не стал учитывать вклад атомов, заполняющих пустоты. Шехтман и Блех были впечатлены тем, что дифракционная картина на качественном уровне походила на ту, которую Шехтман наблюдал под электронным микроскопом для образца Al_6Mn.

Однако и в этих вычислениях была проблема. В отличие от нашей квазикристаллической теории, модель Шехтмана – Блеха не была квазипериодической. Они предполагали, что кластеры икосаэдрической формы разбросаны случайно. Но случайное распределение икосаэдрических кластеров не могло породить четких дифракционных точек. На тот момент было непонятно, демонстрируют ли зерна Al_6Mn, которые изучал Шехтман, четкие дифракционные точки или нет. Так что Шехтман и Блех решили игнорировать этот вопрос.

Вместо этого они написали статью, излагающую экспериментальные результаты Шехтмана и их объяснение на основе модели Шехтмана – Блеха, и весной 1984 года направили ее в Journal of Applied Physics.

Статья была сразу отклонена. Редактор не счел убедительными ни экспериментальные результаты, ни саму теорию и не передал статью на рецензирование ученым, которые дали бы свои замечания.

Мы с Довом все еще ничего не публиковали. Так что Шехтман с Блехом были совершенно не в курсе нашей работы. Они не имели представления о том, что мы с Довом располагаем досконально разработанной теорией, свободной от недостатков их модели, и что наша работа потенциально способна объяснить странности образца Al_6Mn. С другой стороны, поскольку статья Шехтмана и Блеха была отвергнута без рецензирования, и мы с Довом не знали о том, что содержалось в лабораторном журнале Шехтмана.

Если бы между нашими группами случилось хоть какое-то взаимодействие, то мы, вполне вероятно, объединили бы усилия и совместно представили бы теорию и эксперимент.

Однако история пошла по несколько иному пути.

Глава 5

Взгляните на нечто невероятное

В большинстве своем научные прорывы распознаются медленно, подобно силуэту корабля, постепенно проступающему в густом тумане. Однако открытие того, что квазикристаллы – это реальность, а не просто гипотетическая идея, было подобно вспышке. Мне посчастливилось наблюдать эту вспышку, и это был незабываемый опыт.

Йорктаун-Хайтс, Нью-Йорк, 10 октября 1984 года

Все началось совершенно непримечательным осенним днем. Получив отпуск в Пенсильванском университете, я на несколько месяцев перешел в Исследовательский центр IBM имени Томаса Дж. Уотсона чуть к северу от Нью-Йорка, где надеялся поработать в лаборатории с другими учеными над созданием первого в мире синтетического квазикристалла.

В тот день мой бывший коллега, гарвардский физик Дэвид Нельсон, должен был вести семинар в Центре и планировал ненадолго заглянуть в мой кабинет. Дов тоже собирался прийти – мы планировали удивить Дэвида. Мне не терпелось поделиться нашей с Довом работой над безумной идеей о новой форме вещества, которая выросла из более ранней совместной работы с Дэвидом над быстро остужаемыми жидкостями.

Мы с Дэвидом не виделись несколько лет и тепло приветствовали друг друга. У него был все тот же отложившийся в моей памяти вид аккуратного мальчика, подчеркиваемый очками в проволочной оправе. Я давно предвкушал эту встречу, зная, как ему понравится то, что мы с Довом собирались ему показать.

Патентную заявку на нашу идею мы с Довом подали еще годом раньше, однако не распространяли раскрываемую в ней информацию в научных кругах. Юристы из Пенсильванского университета незадолго до того пришли к выводу, что, хотя наша идея была “важным открытием… инновационным и неочевидным… полезность этого открытия остается спорной”. По сходным причинам мы на тот момент еще не подавали нашу квазикристаллическую теорию в научные журналы. Было ясно, что нужно получить экспериментальное подтверждение наших “спорных” заявлений, прежде чем мы сможем опубликовать свою идею. Так что к моменту, когда Дэвид пришел к нам и уселся для разговора, он ничего о нашей работе не слышал.

Я начал со слов о том, что мы с Довом хотим показать ему нечто удивительное. Но прежде, чем я продолжил, Дэвид прервал меня, сказав, что и у него есть нечто удивительное, что он хочет показать мне. Мы рассмеялись и согласились уступить гостю приоритет.

Дэвид вытащил из портфеля препринт, то есть отпечатанную версию научной статьи, поступившей в профессиональный журнал для тщательного рецензирования коллегами на предмет принятия ее к публикации. В те времена, как и сейчас, обсуждение препринтов было обычной практикой. Однако методы их распространения в доинтернетовскую эпоху были куда менее эффективными.

Статья была подана группой в составе Дэна Шехтмана, Илана Блеха, Дэниса Гратиаса и Джона Кана.

Я сразу был ошеломлен заголовком: “Металлическая фаза с дальним ориентационным порядком и без трансляционной симметрии”. Погодите, – подумал я. – Без трансляционной симметрии? Это подразумевает, что атомы в их материале расположены беспорядочно. Ориентационный порядок? Это значит, что межатомные связи выровнены.

Такой заголовок в сочетании с тем, что показал мне его Дэвид, позволял предположить, что статья должна быть связана с компьютерным моделированием, которым мы занимались тремя годами ранее, тестируя его “кубатическую” идею.

Ага, вот почему он показывает мне этот препринт, – подумал я. – Это похоже на экспериментальную проверку наших прежних догадок.

Я быстро взглянул на аннотацию, чтобы проверить свое первое впечатление, и внезапно почувствовал, как на меня нахлынула тревога. Авторы исследовали странный новый сплав алюминия и марганца, когда обнаружили… О боже!.. “Четкие дифракционные пятна, расположенные с икосаэдрической симметрией”.

Я почувствовал, как подскочил мой пульс. Это было определенно не то, над чем мы работали с Дэвидом. Это больше походило на концепцию квазипериодического кристалла, которую мы с Довом изобрели, но еще не опубликовали.

Неужели нас опередили? – подумал я.

Я торопливо дочитал остаток аннотации и успокоился, убедившись, что ответ был отрицательным. В статью не была включена теоретическая модель, поскольку, как я позднее узнал, модель Шехтмана – Блеха была признана неубедительной. Статья была, по сути, анонсированием сырых экспериментальных данных без попыток теоретического объяснения. Она не повторяла наши с Довом труды всех этих лет.

Переборов приступ сопернической агрессии, я стал листать остальные страницы препринта в поисках подробностей. Когда я дошел до страницы 8, у меня буквально перехватило дыхание, поскольку я увидел перед собой очень знакомую дифракционную картину. Она совпадала с рисунком, который мы с Довом предсказали для квазикристалла с характерной симметрией икосаэдра. Невозможно.

Я почувствовал, как у меня заколотилось сердце, а в голове словно начался салют. Я немедленно понял, что это значит.

Квазикристаллы существуют! Вот доказательство того, что безумная идея, над которой мы с Довом столько работали, в действительности не такая уж безумная!

Я знал, что это был исключительный момент. На какое-то время, пускай ненадолго, я был единственным человеком, который видел и экспериментальную, и теоретическую дифракционную картину. Я был единственным человеком на земле, который точно знал, что квазикристаллы только что стали научной реальностью.

Я приложил все силы к сохранению нейтрального выражения лица, чтобы задержать мгновение и еще немного посмаковать это ощущение. В следующий момент я вскочил со стула и, не говоря ни слова, пересек кабинет, чтобы взять со стола единственный лист бумаги, который я приготовил к этой встрече. Все еще стараясь подавить улыбку на лице, я медленно вернулся к сидящим Дэвиду и Дову.

– А вот, Дэвид, – сказал я как можно спокойнее, – удивительная вещь, которую мы хотели показать тебе.

В правой руке у меня был только что взятый со стола листок с рисунком дифракционных пиков, предсказанным нами с Довом для квазикристалла. В левой руке я держал препринт, раскрытый на странице с экспериментально полученной дифракционной картиной.

И эти два узора совпадали.

Посвященный в нашу работу Дов среагировал мгновенно:

– Боже правый!

Не знаю, о чем подумал Дэвид. Но у нас с Довом не было ни малейшего сомнения в том, что именно только что произошло. Две исследовательские группы, работавшие в лабораториях, разнесенных всего на 250 километров, и совсем ничего не знавшие друг о друге, умудрились абсолютно независимо совершить взаимодополняющие научные прорывы.

Мы с Довом изобрели теорию квазикристаллов, но у нас не было экспериментального доказательства. В статье Шехтмана был эксперимент, но не было теоретического объяснения. У каждой группы была часть деталей одного пазла. Собранные вместе, они являли собой важнейшее, можно даже сказать фундаментальное, открытие, касающееся устройства мира.

Дэвид начал расспрашивать о том, как нам удалось спрогнозировать дифракционную картину в виде снежинки. Мы с Довом пытались отвечать на его вопросы и подробно объяснять детали нашего исследования. Но, по правде говоря, мы едва сдерживались и буквально кипели от почти неконтролируемого возбуждения вплоть до конца встречи.

Мы с Довом ликовали, поскольку наша теория могла объяснить невозможный, казалось бы, экспериментальный результат. Но, к сожалению, это также означало, что у нас нет времени для торжества. Я сказал Дову, что нам нужно бросить все остальные дела и свести воедино результаты, накопленные нами за последние три года. Нужно было выделить самые важные моменты и написать короткую статью-анонс в Physics Review Letters. Затем необходимо было подготовить намного более обстоятельную статью с полным изложением результатов.

Я знал, что все это можно сделать быстро, поскольку мы уже завершили огромный объем исследований. Это был лишь вопрос определения приоритетов в подаче материала и выбора того, какие части и в каком порядке представлять.

Наша статья для Physics Review Letters начиналась с введения понятия “квазикристалл”. Мы объясняли, что квазикристаллы являются новой формой вещества с квазипериодическим упорядочением атомов и симметрией, которая долгое время считалась невозможной. Далее мы показывали, что твердые субстанции с такими свойствами имеют электронную дифракционную картину, полностью состоящую из четких брэгговских пиков. В ней нет размытых пиков и туманных облаков между ними. Мы объясняли, как устроены наши атомарные строительные блоки, ромбоэдры, и как работают придуманные нами правила совмещения, позволяющие атомам соединяться в квазипериодическую схему. Также мы представляли иллюстрации с предсказанными дифракционными картинами – кульминацией трех лет теоретических исследований.

Затем мы переключили внимание на результаты команды Шехтмана. Поскольку их статья еще не была отрецензирована и опубликована, оставался шанс, что их сплав окажется не квазикристаллом, а чем-то иным. Поэтому мы с Довом высказались осторожно, не делая утверждения о точном совпадении:

Мы показываем, что недавно наблюдавшаяся электронная дифракционная картина для алюмомарганцевого сплава очень близка к той, что дает икосаэдрический квазикристалл.

Менее чем через три недели после нашей судьбоносной встречи с Дэвидом Нельсоном мы с Довом подали в журнал свою статью с теоретическим объяснением устройства этой невероятной новой формы вещества. В заголовке мы формально представили научному сообществу ее название: “Квазикристаллы: новый класс упорядоченных структур”.

К этому моменту мы с Довом готовы были установить контакт с экспериментальной группой и рассказать им о наших поразительных новостях. Оказалось, однако, что Дэвид Нельсон уже написал Джону Кану в Национальное бюро стандартов и сообщил, что мы с Довом разработали потенциально связанную с их работой теорию. Так что мне не было нужды представляться. Мы быстро договорились с Джоном и его коллегой и соавтором французским кристаллографом Дэнисом Гратиасом об их визите к нам с Довом в Йорктаун-Хайтс.

Джон Кан оказался крупным мужчиной с приветливым лицом. Мы никогда прежде не встречались, но, хоть ему это было неведомо, я питал сильный профессиональный интерес к некоторым важнейшим, на мой взгляд, из его работ. Джон начал разговор с рассказа о своем опыте и в особенности о работе над малоизвестным феноменом, который называется “спинодальный распад” и встречается при затвердевании металлических жидкостей.

Джон упомянул как бы между делом, что слышал о космологе, который использовал эти идеи для разработки новой теории ранней Вселенной. Этим космологом был я. Он поинтересовался, слышал ли я об этом.

– Да, – ответил я, – действительно, есть у меня один знакомый космолог, который использует ваши экспериментальные результаты для разработки своих теорий. Так уж вышло, – добавил я с улыбкой, – что этим человеком случилось быть мне.

Теория спинодального распада Джона Кана действительно стала моим основным источником вдохновения при разработке новой инфляционной теории Вселенной, в которой вводилось понятие “изящного выхода” как способа прекращения первоначального взрывного инфляционного процесса.

– Для меня честь наконец с вами познакомиться, – сказал я ему.

После непродолжительной дискуссии о наших космических связях мы приступили к делу и провели следующие пять часов в оживленном сравнении наших заметок о квазикристаллах. Каждая команда рассказывала свои параллельные истории – экспериментальную и теоретическую, – которые, к общему восторгу, только что пересеклись с поистине судьбоносными последствиями.

Джон рассказал, как его протеже Дэн Шехтман впервые открыл десятилучевую дифракционную картину в сплаве, полученном в 1982 году в Национальном бюро стандартов. Когда Дэн показал ему тот узор, Джон предложил серию тестов, чтобы исключить наиболее вероятное объяснение, состоявшее в том, что сплав был обычным кристаллом с множественным двойникованием.

По словам Джона, он ничего больше не слышал об этом вопросе, пока двумя годами позднее, в 1984 году, Дэн не вернулся в лабораторию с результатами теста на множественное двойникование и описанием модели, которую они с Иланом Блехом предложили для объяснения странного нового сплава. Дэн сказал ему, что редакция Journal of Applied Physics уже отклонила их статью.

Джон был весьма впечатлен новыми данными Дэна, особенно результатами, которые опровергали теорию с множественным двойникованием. Однако модель Шехтмана – Блеха впечатлила его гораздо меньше – он рассматривал ее как несовершенный набросок.

Поэтому вместо того, чтобы биться над теорией, Джон посоветовал Дэну целиком сфокусироваться на публикации экспериментальных результатов. Он предложил подать короткую статью в престижный журнал Physical Review Letters. Дэн последовал его совету и пригласил Джона присоединиться к нему в качестве соавтора и помочь переписать статью. Джон, в свою очередь, связался с французским кристаллографом Дэнисом Гратиасом и попросил его также войти в состав группы и перепроверить весь выполненный анализ. Итоговым результатом стал тот самый препринт, который Дэвид принес мне, поданный на публикацию от имени группы в составе Шехтмана, Блеха, Гратиаса и Кана.

Джон рассказал нам, что уже начал попытки воспроизвести необъяснимые результаты. Его лабораторная группа начала дальнейшие исследования, чтобы укрепить уверенность в выводах относительно необычного сплава и поискать другие материалы, которые могут обладать сходными дифракционными картинами.

Затем настала наша с Довом очередь, и мы во всех подробностях описали, как пришли к своим идеям, перечислили все исследования, которые выполнили за последние три года. И самое главное – мы показали им предсказанную нами дифракционную картину для квазикристалла с симметрией икосаэдра. Все присутствующие сразу отметили, что она хорошо согласуется с экспериментальной дифракционной картиной для алюмомарганцевого сплава, описанного в препринте.

Это была пьянящая, головокружительная и напряженная встреча.

Несколько недель спустя я сделал первый публичный доклад о квазикристаллической теории на площадке, которая имела для меня особое значение. Я выступал на специально организованном семинаре в лаборатории по исследованию строения вещества Пенсильванского университета. Лекционный зал был полон. Для меня это было своего рода возвращение домой, и наши результаты были приняты с большим воодушевлением. Я был безмерно признателен руководителям и сотрудникам лаборатории за то, что они неизменно оказывали нам моральную и финансовую поддержку на протяжении предшествующих трех лет, даже когда научная ценность идеи о квазикристаллах казалась довольно сомнительной.

Своим присутствием мой доклад почтил и Джон Кан, хотя для этого ему пришлось более двух часов ехать из Гейтерсберга в штате Мэриленд. Когда я закончил выступление, он еще раз оказал мне большую честь, поднявшись и публично похвалив нашу теорию. Джон заявил, что, на его взгляд, наша квазикристаллическая модель корректно объясняет новый материал, найденный их командой.

Когда статья была написана, а первый доклад – сделан, у меня наконец появилось время, чтобы поразмышлять о том, чего же мы только что достигли. Научная фантазия, которую я тайно вынашивал еще со школы и довольно безответственно высказал на университетской лекции, воплотилась в научную реальность. И тут меня оглушило, казалось бы, логичное продолжение этой новой реальности: если квазикристаллы – это новая фундаментальная форма вещества, реальное существование которой подтверждено лабораторно, то наверняка они должны существовать и в природе!

Возможно, они прячутся у нас под самым носом, думал я. Надо только понять, где их искать. Кто знает – вдруг квазикристаллы прямо сейчас демонстрируются в музеях, ошибочно обозначенные как кристаллы?

Эта мысль не давала мне покоя. На протяжении следующих нескольких месяцев я целенаправленно инспектировал коллекции минералов в нескольких музеях, включая Институт Франклина в Филадельфии, Американский музей естественной истории в Нью-Йорке и Смитсоновский национальный музей естественной истории в Вашингтоне. Я переходил от одной выставочной витрины к другой в поисках ошибочно идентифицированного квазикристалла. Это была такая нелепая надежда, что я даже не пытался поговорить с кем-нибудь в этих музеях и в итоге ничего не нашел. Возможно, моя догадка о существовании природных квазикристаллов была не таким уж и озарением.

Статья группы Шехтмана с их экспериментальными результатами вышла в Physical Review Letters 12 ноября. Наше теоретическое объяснение их результатов появилось в том же журнале 24 декабря, в предпоследнем выпуске 1984 года.

Идеальное совпадение в идеальное время, радовался я.

Эти две статьи снискали внимание и весьма позитивные отклики от ученых и журналистов по всему миру. Публикации о нашем открытии появлялись как в научных журналах, так и в широкой прессе, включая Physics Today, Nature, New Scientist и New York Times. Статья в New York Times, озаглавленная “Выдвинута теория о веществе нового типа”, описывала, как мы “выдвинули гипотезу о новом квазикристаллическом состоянии вещества, которая, по-видимому, объясняет озадачивающие результаты эксперимента, недавно проведенного в Национальном бюро стандартов”.

С распространением по миру новости о нашем прорыве мы с Довом с удивлением стали узнавать об ученых в других частях света, которые работали над сходными идеями. Некоторые интересовались математикой пенроузовских замощений, другие – квазипериодичностью, третьи даже задумывались о веществах с икосаэдрической симметрией. В доинтернетовское время обмениваться информацией было намного труднее. Так что мы с Довом даже не догадывались об этих статьях, поскольку они не публиковались в широко известных физикам журналах. Но теперь многие из их авторов сами связывались с нами, и мы с жадностью поглощали все, что они писали.

Особенно впечатлила нас работа голландского математика Николаса де Брёйна, который написал в 1981 году серию замечательных статей о хитроумном “мультисеточном” методе генерации двумерных замощений Пенроуза без использования каких-либо обычных правил совмещения или разделения. Мы с Довом для дальнейшего развития наших идей привлекли еще одного талантливого молодого аспиранта из Пенсильванского университета по имени Джошуа Соколар. Втроем мы смогли обобщить мультисеточный метод де Брёйна для порождения квазипериодических узоров с любыми симметриями и любым числом измерений, включая чисто математические конструкты, выходящие за пределы трехмерного пространства.

Наш обобщенный мультисеточный метод самым прямым и явным образом продемонстрировал то, что мы с Довом ранее уже доказали более абстрактным и косвенным математическим способом: квазикристаллические узоры можно построить для бесконечного числа различных симметрий, которые запрещены для кристаллических решеток. Теперь каждый мог легко убедиться, что число возможных форм вещества из строго ограниченного стало бесконечным. Это был серьезный сдвиг парадигмы.

Другой важной идеей, разработанной несколькими независимыми группами теоретиков, был “метод проекций”. Согласно этому подходу, замощение Пенроуза и другие квазипериодические узоры получаются как проекции, или “тени”, периодически упакованных в высоких размерностях “гиперкубов”, то есть аналогов трехмерных кубов в воображаемых геометриях пространств четырех или более измерений. Большинство людей не могут без специальной тренировки визуально представить себе, как работает этот метод, однако математики и физики находят эту концепцию очень полезной для анализа атомной структуры квазикристаллов и для расчета их дифракционных свойств.

Обобщенный мультисеточный и проекционный методы – это мощные математические инструменты для генерации узоров из ромбических плиток в двух измерениях и из ромбоэдров в трех измерениях. Но у них есть серьезное ограничение: они не дают никакой информации о правилах совмещения. Например, узоры с симметрией 11-го (см. рисунок справа вверху) и 17-го порядка (внизу) оба сгенерированы мультисеточным методом.

Эти чудесные замысловатые узоры составлены из простых ромбов: широких, средних и узких. Но у них нет ни насечек, ни замков, которые не давали бы плиткам организоваться в кристаллический узор.

Так что, если бы вам выдали стопку таких плиток и попросили замостить ими пол без использования в качестве руководства полного изображения узора, у вас мог бы получиться обычный регулярный кристаллический узор, поскольку его проще выложить. У вас также мог бы получиться случайный узор. А вот шанс выложить квазикристаллический рисунок был бы очень мал. Для этого вам понадобилось бы руководствоваться правилами совмещения, помогающими заметить допускаемые при сборке ошибки.

Представьте, что каждый тип плиток в узорах выше заменяется группой атомов. Несмотря на то что строго упорядоченный квазикристаллический порядок возможен, интуитивно очевидно, что при затвердевании жидкости атомы с гораздо большей вероятностью будут организовываться в кристаллический или случайный порядок, если только между атомами не будет взаимодействия, которое проявляется подобно правилам совмещения и препятствует такой организации. Таких конфигураций гораздо больше, чем квазикристаллических, и для их образования требуется гораздо менее тонкая координация.

Именно поэтому мы с Довом тратили поначалу столько сил на демонстрацию того, что для наших широких и узких ромбоэдров можно придумать замки, которые действовали бы как правила совмещения, препятствующие образованию как кристаллического, так и случайного порядка и вынуждающие к формированию квазикристаллической структуры.

Но достаточно ли одних правил совмещения, чтобы объяснить, как образуются квазикристаллы? Ответа на этот вопрос у меня не было. Может быть, нужны какие-то еще свойства, чтобы атомы естественным образом организовались в идеальную квазикристаллическую структуру?

Принстон, январь 1985 года

Джош Соколар вызвался поработать со мной над этим сложным вопросом. Он уже проявил свои таланты в нашей предыдущей работе по обобщению мультисеточного подхода на произвольные симметрии, и я был очень рад, что он захотел принять участие в более крупном проекте. Высокий долговязый Джош своим присутствием всегда вызывал ощущение спокойствия и задумчивости, что было довольно неожиданно для такого молодого человека. Я всегда чувствовал, что нахожусь в одном шаге от перевозбуждения и что Джош привносит в наши дискуссии ощущение покоя. Он также обладал исключительной геометрической интуицией, сослужившей нам бесценную службу тогда и вообще на протяжении всего нашего весьма плодотворного и продолжающегося по сей день сотрудничества.

Для поиска новых идей мы с Джошем решили вернуться к пенроузовским замощениям. Мы заметили, что правила совмещения Пенроуза для двумерных узоров включают два других свойства, которыми не обладали широкие и узкие ромбоэдры, изучавшиеся нами с Довом. Первым отсутствующим элементом были линии Амманна – широкие и узкие каналы, которые появлялись, когда ромбы с нанесенными на них полосами складывались в мозаику Пенроуза. Мы с Джошем решили ввести в нашу геометрическую конструкцию трехмерный аналог линий Амманна и назвали его “плоскостями Амманна”. Вторым недостающим элементом были правила дефляции-инфляции – процедуры для разделения двух ромбов в замощении Пенроуза на более мелкие части.

Мы с Джошем предполагали, что альтернативный набор строительных блоков, обладающий всеми тремя свойствами – правилами совмещения (замками), амманновскими плоскостями и правилами дефляции-инфляции, – может раскрыть секрет того, каким образом реальные атомы в жидкости соединяются при образовании квазикристалла. Плоскости Амманна и правила дефляции-инфляции могли служить объяснением того, как атомы, начав с какого-то случайного образования, организуются в четком квазипериодическом порядке, а правила замков, которые разработали мы с Довом, могли помочь в объяснении того, каким образом атомы остаются зафиксированными в этой конфигурации.

Рассуждение состояло в следующем: если строительные блоки можно рассматривать как располагающиеся вдоль плоскостей Амманна, разделенных квазипериодическими интервалами, то можно представить жидкость, переходящую при затвердевании в квазикристалл, начиная с небольшой зародышевой группы атомов, к которой новые атомы будут присоединяться по одному слою за раз. Каждый такой слой соответствовал бы одной амманновской плоскости.

Такой послойный рост был бы аналогичен принципу роста многих периодических кристаллов, поэтому логично было предположить, что нечто подобное происходит и в случае квазикристаллов.

Трехмерные правила дефляции-инфляции наводили на мысль о еще одном механизме роста квазикристаллов. Сначала атомы в жидкости могут образовывать множество мельчайших кластеров, затем эти кластеры могут соединяться в более крупные кластеры, потом из них могут формироваться еще более крупные кластеры, и так далее. Эта иерархическая кластеризация небольших фрагментов, ведущая к образованию более крупных, соответствовала бы тому, как мелкие плитки объединяются в более крупные согласно правилам дефляции-инфляции.

Мы также рассматривали возможность, что некоторые квазикристаллы могут формироваться путем комбинации послойного и иерархического роста.

У широких и узких ромбоэдров, которые мы с Довом делали из картонных разверток, были правила совмещения, но не было ничего подобного плоскостям Амманна или правилам дефляции-инфляции. Перед нами с Джошем стояла задача найти другой набор строительных блоков, обладающий всеми тремя свойствами. Для достижения этой цели в сложном случае трехмерной икосаэдрической симметрии требовались значительные математические усилия, сравнимые с теми, что приложил Пенроуз, создавая свои двумерные схемы. Но при успехе мы показали бы, что рост квазикристаллов в жидкости может быть таким же простым и естественным, как рост обычных кристаллов.

Но действительно ли существуют строительные блоки, обладающие всеми тремя свойствами?

Мы с Джошем задались целью ответить на этот вопрос. Вскоре после выхода первой статьи по квазикристаллам в конце 1984 года мы начали активно работать над новым математическим подходом к генерации квазикристаллов, основываясь на уроках, полученных при изучении мозаик Пенроуза.

В нашем подходе причудливым образом сочетались алгебраические выкладки, требующие лишь карандаша и бумаги, и трехмерные физические геометрические конструкции. Алгебраические уравнения требовалось решать, чтобы предсказывать точные положения амманновских плоскостей в трех измерениях, – этим занимался я. Джош затем смотрел, где эти плоскости пересекаются, и применял наш обобщенный мультисеточный метод, чтобы определять формы строительных блоков и то, как через них проходят амманновские плоскости.

То, что физически мы работали в двух разных местах, дополнительно усложняло наш проект. Джош находился в Пенсильванском университете в Филадельфии, а я все еще был в научном отпуске, на время которого стал приглашенным сотрудником Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. До изобретения “Скайпа” оставалось еще около двадцати лет. Так что общаться мы с Джошем могли только по телефону, что исключало обмен изображениями.

Я звонил Джошу и описывал, что говорят мои алгебраические выкладки относительно расположения амманновских плоскостей. Затем он описывал мне строительные блоки, соответствующие моим вычислениям. Джошу удавалось объединять наши разрозненные идеи и конструировать поистине замечательные физические модели из листов прозрачного цветного пластика, которые и сегодня украшают полку в моем кабинете. Увидев несколько недель спустя эти модели, я был поражен тем, как идеально наши вычисления сошлись друг с другом. Мы подали совместную статью в журнал Physical Review B в сентябре 1985 года. Не оставалось сомнений, что мы решили проблему.

Теперь мы знали, что существуют строительные блоки с икосаэдрической симметрией, обладающие правилами совмещения, амманновскими плоскостями и правилами дефляции-инфляции. У них были все свойства двумерных плиток Пенроуза, но только с более сложной симметрией. Наша работа имела прямое отношение к объяснению реально существующих квазикристаллов с икосаэдрической симметрией.

Мы с Джошем наконец нашли производственную компанию, которая смогла изготовить четыре типа строительных блоков, изобретенных нами для решения проблемы. У этих пластиковых блоков были специально сконструированные соединения, как у кубиков лего, которые вынуждали соблюдать все наши правила совмещения.

Одной из фигур был все тот же широкий ромбоэдр, который использовали мы с Довом. Это белые блоки на иллюстрации справа (см. также иллюстрацию на обложке). Три другие фигуры отличались от всего, что мы с Довом изучали прежде. У них сложные греческие названия, основанные на числе граней, являющихся ромбами одинаковых размеров и формы. На самом деле эти названия не так уж важны, но для тех, кому нравится практиковаться в греческом языке, я приведу их в порядке увеличения размера: ромбододекаэдр (двенадцать ромбических граней), ромбоикосаэдр (двадцать ромбических граней) и ромботриаконтаэдр (тридцать ромбических граней).

Должен признаться, мне очень понравились изготовленные блоки. Они не только иллюстрировали то, как новые строительные блоки соединяются друг с другом, но также демонстрировали большой шаг вперед по сравнению с поделочными экспериментами, которые мы с Довом проводили сначала с пенопластовыми шариками и каркасной проволокой, а потом с картонными развертками и магнитами.

На иллюстрации справа в середине показаны несколько слоев, где видно, как эти четыре типа трехмерных фигур соединяются друг с другом.

Наши математические достижения придали мне гораздо больше уверенности в том, что нам более не встретится теоретических препятствий, мешающих перенести концепцию квазикристаллов из абстрактного мира двумерных мозаик Пенроуза в мир реального трехмерного вещества.

Наша конструкция появилась вовремя, поскольку к весне 1985 года открытие квазикристаллов породило новое поле интенсивных исследований. Сообщения о новых экспериментах, новых потенциально квазикристаллических сплавах и новых теоретических идеях от различных групп по всему миру появлялись практически каждую неделю. Ажиотаж привел к непрерывной череде конференций, семинаров, приглашенных докладов, включая выступление в Калтехе, которое привело к столь ценной для меня встрече с Ричардом Фейнманом.

И как раз в этот период Дэн Шехтман пригласил меня приехать в Израиль, чтобы посетить его лабораторию в Технионе. Мы встречались ранее на конференции, но тогда времени хватило лишь на короткий разговор. Визит в Хайфу стал для нас первой возможностью потратить существенное количество времени на обмен идеями.

Дэн оказался гостеприимным хозяином. Он гордился своей работой и своей страной. Он показал мне лабораторию и свежие данные исследований, а затем устроил мне поездку по всему хайфскому региону вплоть до Голанских высот.

Я восхищался смелостью и независимостью мысли, которые привели Дэна к его замечательному открытию. Однако я не был удовлетворен нашей научной дискуссией. Дэн специализировался на электронной микроскопии и дифракции и не проявлял большого интереса к теории. Вскоре мне стало ясно, что он по-прежнему увлечен идеей, которую Илан Блех первоначально предложил для объяснения сплава Al_6Mn. Она сводилась к тому, что вещество состоит из икосаэдрических кластеров, которые по какой-то неясной причине ориентированы одинаковым образом, несмотря на случайное расположение в пространстве. Похоже, Дэн почему-то считал идею Блеха эквивалентной нашей квазикристаллической теории.

Я пытался объяснить ему ключевые различия: модель Блеха неполна, поскольку между кластерами в ней есть большие зазоры, которых она не учитывает; по этой причине она не представляет собой новой фазы вещества, а также не дает дифракционной картины, состоящей из четких точек, выровненных вдоль прямых линий.

Однако было очевидно, что мои доводы не произвели на Дэна впечатления. Видимо, он считал, что модель Шехтмана – Блеха, состоящую из случайно разбросанных икосаэдрических кластеров, проще представить, и не склонен был рассматривать важные различия, на которые я указывал. Я сильно переживал, что не сумел убедить его изменить свое мнение. В результате он еще много лет продолжал использовать в своих презентациях модель Шехтмана – Блеха вместо квазикристаллической.

Шехтман был не единственным, кто сопротивлялся квазикристаллической концепции. В следующие несколько месяцев начали появляться и другие правдоподобные альтернативные объяснения странного алюмомарганцевого сплава. И что еще тревожнее, стали намечаться серьезные проблемы с самой идеей квазикристаллов.

Альтернативные теории. Концептуальные проблемы. К огромному моему разочарованию, все это вскоре привело к укреплению в научном сообществе консенсуса относительно того, что квазикристаллы, как все мне твердили с самого начала, невозможны.

Глава 6

Идеальная невозможность

Филадельфия, 1987 год

Прошло более двух лет с момента публикации нашей с Довом статьи, вводящей концепцию квазикристаллов. За это время отношение к ней в научном сообществе уже успело несколько раз поменяться.

В течение первого года после публикации нашей статьи квазикристаллическая теория воспринималась как единственное жизнеспособное научное объяснение новооткрытого сплава с икосаэдрической симметрией. Создавалось впечатление, что эта идея охватила научный мир как ураган и спровоцировала целую серию интересных открытий.

Исследователи комбинировали алюминий с другими элементами, не только с марганцем, который использовался в первоначальном эксперименте, и открывали все больше квазикристаллических сплавов с симметрией икосаэдра. Попутно был обнаружен материал с симметрией восьмого порядка, потом – десятого, а затем и двенадцатого. Тем самым было твердо установлено существование материалов с различными симметриями, которые прежде считались запрещенными.

Я восхищался достижениями других ученых. И пока что все они вписывались в представленную нами квазикристаллическую теорию. Но счастье оказалось недолгим. Маятник начал обратный ход – и стали появляться конкурирующие объяснения, а также серьезная критика.

Первым и самым громогласным критиком нашей теории стал дважды лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг. Для научного сообщества Полинг был величественной фигурой. Как одного из основателей квантовой химии и молекулярной биологии его считали одним из самых значительных химиков XX века.

“Нет такой вещи, как квазикристаллы, – любил издевательски пошутить Полинг. – Есть только квазиученые”.

Полинг предположил, что все открытые аномальные сплавы представляют собой сложные примеры кристаллов с множественным двойникованием, – то есть примерно то же, что первоначально предположили ведущие ученые Национального бюро стандартов. Однако Полинг имел в виду совсем другую и очень конкретную организацию атомов, которая, по его словам, может объяснить дифракционную картину.

Если Полинг был прав, то в новых материалах не было ровным счетом ничего заслуживающего внимания. Вся наша работа канула бы в забвение как любопытный эпизод из истории науки. Для работающих в сфере материаловедения и химии, подобно Дэну Шехтману и его коллегам, возражения Полинга были пугающими и воспринимались как серьезная угроза. На протяжении всей своей карьеры Полинг ставил под вопрос общепринятые суждения и добивался успеха. Это был не тот человек, которого хотелось иметь в качестве интеллектуального соперника.

Я, однако, не разделял этих опасений по одной простой причине. Альтернативная идея Полинга никогда не казалась мне правдоподобной. Хотя бы потому, что модель Полинга с множественным двойникованием для икосаэдрического сплава Al_6Mn была намного сложнее нашего квазикристаллического объяснения. А когда дело касается науки, лучшим обычно оказывается простейшее объяснение.

Мы с Джошем Соколаром установили, что квазикристаллическая картина требует четырех разных строительных блоков (показанных внизу на иллюстрации со страницы 113, а также на обложке), каждый из которых состоит из десятков атомов, и эти блоки должны быть организованы в квазипериодическую последовательность. Полинг считал, что материал, напротив, состоит из множества сросшихся друг с другом кристаллов, ориентированных под разными углами, – то была вариация идеи множественного двойникования, которую Джон Кан первоначально обсуждал с Дэном Шехтманом. Согласно теории Полинга, повторяющиеся строительные блоки в каждом кристалле содержат более чем по восемьсот атомов каждый. Сказать, что это было намного сложнее нашей теории, – это ничего не сказать.

В действительности, когда Полинг выступил со своими идеями, я был куда больше озабочен другой конкурирующей идеей, которая стала завоевывать известность примерно в то же время. Речь идет о модели икосаэдрического стекла – теории, разработанной Питером Стефенсом из Университета Стоуни-Брук и Аланом Голдманом из Брукхейвенской национальной лаборатории. Это была значительно усовершенствованная версия модели Шехтмана – Блеха.

Новая модель икосаэдрического стекла предполагала атомную структуру, состоящую из кластеров икосаэдрической формы, беспорядочно разбросанных в пространстве. Эта особенность объясняла слово “стекло” в названии теории, поскольку термин “стекло” относится к материалам со случайным расположением атомов. В этой модели вершины всех кластеров икосаэдрической формы были выровнены так, чтобы указывать на одни и те же направления в пространстве. Это похоже на модель Шехтмана – Блеха с одним важным усовершенствованием. Стефенс и Голдман добавили объяснение, как соединять кластеры друг с другом таким способом, чтобы между ними оставалось намного меньше зазоров и щелей.

Эти две модели – икосаэдрическое стекло и нашу квазикристаллическую теорию – принципиально можно было различить по четкости и выравниванию пятен, предсказываемых на дифракционной картине. Идеальный квазикристалл дает рисунок из компактных точек, расположенных вдоль пересекающихся прямых линий. Для икосаэдрического стекла предсказывался очень похожий дифракционный узор, только вот пятна были размытыми и не идеально выровненными.

К сожалению, исходные данные были неоднозначными из-за особенностей исследуемого материала. Если не вдаваться в детали, то оригинальный алюмомарганцевый образец Шехтмана был не очень высокого качества. В нем изначально не все было безупречно. Группы, которые пытались независимо воспроизвести этот образец, сталкивались с теми же трудностями.

Проблема с четкостью и расположением дифракционных пятен, наблюдавшаяся для оригинального образца, не была сразу очевидна из опубликованных фотографий. Такие снимки обычно оказываются переэкспонированными, что скрывает недостатки. Однако этот момент стал совершенно явным на более точных рентгеновских дифракционных картинах, полученных позднее Полом Хейни и Питером Бэнселом в пенсильванской лаборатории по изучению строения вещества.

Их рентгеновская дифракционная лаборатория располагалась буквально через дорогу от корпуса Пенсильванского университета, где находился мой кабинет, так что я мог ознакомиться с результатами тестов сразу, как только они были готовы. Как всякий, кто привержен своей теории, я, надо признаться, находил новые дифракционные изображения довольно тревожными. Они ясно показывали, что рентгеновские дифракционные пятна размытые и выровнены неидеально, что не совпадало с предсказанной нами картиной. Казалось, что результаты соответствуют прогнозам как раз для конкурирующей модели стекла.

Это было плохо. Но, несмотря на это, я знал, что результаты рентгеноструктурного анализа не обязательно означают смертный приговор для нашей теории. Размытость и небольшое нарушение выравнивания дифракционных пиков могли объясняться одним простым феноменом – явлением, которое естественным образом возникает, когда исходная жидкая смесь элементов, служащая для создания квазикристалла, охлаждается слишком быстро. Это приводит к фиксации случайно разбросанных дефектов и мешает атомам достичь идеальной конфигурации.

Как оказалось, все икосаэдрические образцы Al_6Mn, которые на тот момент существовали, были получены с использованием процесса быстрого охлаждения. И на то были причины. Если вещество охлаждалось медленнее, ему не удавалось образовать квазикристалл. Вместо этого атомы алюминия и магния полностью перестраивались в классическую кристаллическую конфигурацию.

Для анализа ситуации мы с Джошуа Соколаром объединили усилия со знаменитым специалистом по теории конденсированного состояния Томом Лубенски. Втроем мы разработали детальную теорию, описывающую различные искажения, которые ожидаются в квазикристаллических дифракционных картинах вследствие дефектов, вызванных быстрым охлаждением. Мы обнаружили, что наши расчеты позволяют воспроизвести в точности такую картину размытости и смещения дифракционных пиков, какая наблюдалась в рентгеновских экспериментах с Al_6Mn. Это означало, что наша теория может быть адаптирована для предсказания как четких, так и размытых точек в зависимости от используемого процесса охлаждения. Таким образом, мы всё еще оставались в игре.

Модель икосаэдрического стекла тоже оставалась в игре, поскольку она и так предсказывала размытые пятна. Что еще ухудшало ситуацию, данные также оставляли место и для одной из версий идеи Полинга о кристалле с множественным двойникованием, если допустить наличие повторяющихся строительных блоков, состоящих как минимум из восьми сотен атомов.

Таким образом, все три модели могли объяснить данные Шехтмана.

На самом деле существовал еще один тип теста, который мог определить исход состязания, и он включал нагревание вместо охлаждения. Если на протяжении длительного времени аккуратно нагревать образец, не доводя до температуры расплавления, то возможны три разных исхода. Он может либо образовать еще более совершенный квазикристалл с четкими пиками, как прогнозировали мы с Довом, либо образовать еще более совершенный кристалл с множественным двойникованием в согласии с теорией Полинга, либо остаться неупорядоченным икосаэдрическим стеклом с размытыми пиками в случае, если верна модель Стефенса – Голдмана.

Однако, к сожалению, эксперимент с нагреванием нельзя было провести с шехтмановским сплавом Al_6Mn из-за его тенденции к кристаллизации. Подогревание сплава даже в течение небольшого времени полностью разрушало икосаэдрическую симметрию, так что становилось невозможным определить, какая из теорий верна.

Фактически даже спустя более трех десятилетий после открытия шехтмановского сплава Al_6Mn эксперименты не позволяют со всей определенностью сказать, является ли он квазикристаллом, икосаэдрическим стеклом или кристаллами с множественным двойникованием Лайнуса Полинга.

Эта дилемма отчасти объясняет, почему научному сообществу понадобилось так много времени, чтобы признать квазикристаллы новой формой вещества.

Другая причина задержки признания имела скорее теоретическую природу, связанную с глубоким исследованием мозаик Пенроуза. Критики, предпочитавшие модель икосаэдрического стекла, настаивали, что истинный квазикристалл – это недостижимое состояние, поскольку нет правдоподобного способа его “вырастить”.

Для кристаллографов слово “рост” означает медленное формирование кристаллов из жидкой смеси атомов. Каждый может создать кристаллы сахара, растворив много сахара в воде и подождав несколько дней, пока он кристаллизуется. Подобные процессы протекают и в природе, и в лабораториях. В микроскопическом масштабе при этом происходит вот что: все начинается с какого-то небольшого кластера атомов в жидкости, к нему присоединяется все больше и больше атомов, пока кластер не “вырастает” до видимых размеров. Для протекания такого процесса важно, чтобы атомы поддерживали регулярный периодический порядок, в каком бы месте они ни присоединялись. Поскольку атомы в жидкости, случайно встречаясь с кластером, взаимодействуют только с ближайшими его атомами, должны существовать простые силы или простые правила, определяющие, где атомы смогут присоединиться, а где нет.

Обычный опыт сборки мозаик Пенроуза наводит на мысль, что для квазикристаллов не существует таких простых “правил роста”. Представьте, что вы решили покрыть большую поверхность пенроузовским узором, используя стопку широких и узких ромбических плиток. Вы знаете о правилах совмещения и поэтому обязательно станете присоединять каждую новую плитку в соответствии с тем, как предписывают пенроузовские замки. Ваша цель – полностью покрыть поверхность, не оставляя никаких просветов.

Вам может показаться, что эту задачу легко выполнить. В конце концов, Пенроуз показал, что, используя плитки с замками, можно полностью покрыть поверхность даже бесконечной протяженности.

Но это было бы серьезным заблуждением. Мозаика Пенроуза подобна сложному пазлу, состоящему из фрагментов всего лишь двух форм. У задачи есть правильное решение – способ, которым соединяются все элементы пазла. Однако для нахождения точного решения требуется спокойствие и множество проб и ошибок.

Если начать складывать плитки одну к другой, вы, вероятно, столкнетесь с трудностями уже после десятка-другого элементов, даже если будете педантично следовать всем правилам совмещения при добавлении каждой плитки. В итоге образуется место, на которое не подойдет ни широкая, ни узкая плитка. Придется начать заново, попытавшись выбирать другие варианты. Скорее всего, однако, вы и в этот раз продвинетесь не намного дальше.

Проблема состоит в том, что правила совмещения Пенроуза гарантируют лишь то, что добавляемая плитка правильно расположена по отношению к непосредственным соседям. Они не гарантируют, что эта плитка правильно располагается по отношению к остальным плиткам мозаики. Так что, если вы не особо везучи, некоторые плитки, уже добавленные к отдаленным друг от друга частям мозаики, окажутся в конфликте друг с другом. И этот конфликт неожиданно проявится, лишь когда вы достигнете точки, в которой не сможете добавить очередную плитку. Ученые называют такую тупиковую ситуацию дефектом.

Если вы продолжите добавлять плитки, то вскоре обнаружите новый дефект. А затем еще, еще и еще. К моменту, когда будут уложены сотни плиток, дефектов окажется так много, что результат вряд ли будет напоминать мозаику Пенроуза.

Пенроуз, конечно, доказал, что плитки можно уложить в идеальный узор без дефектов. Но он никогда не утверждал, что сложить такой узор можно, просто добавляя плитки друг к другу в произвольном порядке. В действительности ему самому было хорошо известно, что найти правильное расположение почти невозможно.

Если эта проблема возникает с мозаиками Пенроуза при использовании правил совмещения, рассуждали критики, то же самое должно происходить и с атомами, которые один за другим присоединяются к растущему кластеру при формировании квазикристалла: в ходе роста будет появляться так много дефектов, что окажется практически невозможно образовать что-то, хотя бы напоминающее квазикристалл. Скептики пришли к выводу, что во всех практических смыслах идеальный квазикристалл – это недостижимое состояние вещества.

Это был по-настоящему тяжелый момент в нашей квазикристаллической истории. Обе проблемы казались непреодолимыми. Лучшие эксперименты с Al_6Mn проводились с быстро охлажденными образцами, которые всегда давали на рентгеновской дифракционной картине размытые пятна вместо предсказываемых нами четких точек. А теперь еще появился сильный теоретический аргумент в пользу того, что квазикристаллы – недостижимое на практике состояние вещества.

Дискуссию удалось разрешить благодаря двум прорывам. Один был теоретическим, другой – экспериментальным.

Йорктаун-Хайтс, Нью-Йорк, 1987 год

Теоретический прорыв был связан с открытием альтернативы пенроузовским замкам – так называемых правил роста. Они позволяли добавлять плитки к мозаике по одной безо всяких ошибок и без образования дефектов. К установлению правил роста меня подтолкнул очередной визит в Исследовательский центр IBM имени Томаса Дж. Уотсона в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк. На этот раз меня пригласили туда на лето для продолжения исследований по квазикристаллам.

Однажды в период моей работы в Центре исследователь по имени Джордж Онода пригласил меня и еще одного коллегу – Дэвида Дивинченцо – на ланч. Он хотел обсудить новую идею о том, как избежать дефектов в мозаиках Пенроуза. Джорджа я знал несколько лет. Мы встречались во время моего первого научного отпуска в IBM в 1984 году, примерно тогда же, когда вышла наша первая с Довом статья по квазикристаллам. А с Дэвидом я познакомился, когда он еще был аспирантом в Пенсильванском университете.

Когда мы уселись за стол, Джордж объяснил, что он знаком с проблемой частых дефектов, возникающих при следовании правилам совмещения Пенроуза, но, поработав над этим вопросом, обнаружил, что можно выработать дополнительные правила, которые гарантируют снижение частоты возникновения дефектов. Идея звучала интригующе. Так что, быстро покончив с ланчем, мы перебрались для дальнейшего обсуждения за большой круглый кофейный стол. Джордж вытащил коробку, полную бумажных пенроузовских плиток, и начал демонстрировать свои новые правила.

Без сомнения, правила Джорджа были шагом вперед. Мы все равно в итоге зашли в тупик и получили зазор, который невозможно было заполнить, но прежде мы смогли сложить друг с другом более двух десятков плиток. Поняв, как работают новые правила Джорджа, мы заметили, что можно добавить еще одно правило, которое делает процесс еще лучше. А добавив его, мы обнаружили еще одно, ведущее к дальнейшим улучшениям. На протяжении следующих двух часов каждый из нас поочередно добавлял новые правила, пока мы вдруг не обнаружили, что можем покрыть весь стол плитками Джорджа без единой ошибки и без добавления новых правил.

Со стороны было, наверно, странно видеть троих ученых, склонившихся над столом и пытающихся собрать самодельный бумажный пазл. Но если кому-то и было до нас дело, мы этого не заметили. Чем больше времени мы тратили на проект, тем более захватывающим он становился. Никто из нас не ожидал найти правила, позволяющие соединить так много плиток Пенроуза без единого дефекта.

К сожалению, для этого нам понадобился длинный список туманных на первый взгляд правил вроде: “Если возникла конфигурация, похожая на такую-то и такую-то, то добавьте вот к этому ее краю широкую плитку”. Однако в дальнейшем, внимательно изучив этот список, я заметил, что его можно компактно переформулировать в терминах добавления плиток в местах, называемых открытыми вершинами.

Вершина замощения – это любая точка, где сходятся углы нескольких плиток. Открытая вершина – это такая, в которой остается клинообразное пространство для добавления новых плиток.

Весь наш длинный список новых правил удалось упаковать в одно-единственное предложение: “Добавлять плитку к вершине замощения можно только в случае наличия единственного варианта, ведущего к образованию правильной новой вершины, допустимой в идеальном пенроузовском замощении; в противном случае следует переходить к другой вершине”.

Может ли такое простое правило в самом деле работать? Математическое доказательство его эффективности оказалось непростым и потребовало нескольких месяцев работы. Я вновь привлек к делу Джоша Соколара, который на тот момент уже считался мирового уровня экспертом по замощениям. Прошло несколько лет с того времени, когда мы вдвоем впервые выдвинули свои соображения о том, как могут формироваться квазикристаллы. Тогда мы опирались на замки, реализующие правила совмещения, линии Амманна и правила дефляции-инфляции. Теперь же, при помощи изощренного сочетания компьютерных программ и математических рассуждений, построенных Джошем, мы смогли продемонстрировать, что все эти три свойства были принципиальны для доказательства того, что новое правило для вершин работает безотказно при небольшой технической оговорке: первоначальный зародыш кластера из плиток включает конфигурацию, которую специалисты по мозаикам Пенроуза называют декаподом.

Наши новые правила роста кардинально отличались от исходных правил совмещения Пенроуза. Его правила предписывают, как две плитки должны соединяться краями. Правила роста диктуют, как группы плиток должны соединяться вокруг вершин. Однако, как и правила совмещения, правила роста могли бы выполняться в результате реальных взаимодействий атомов, в которых связывающие их силы простираются не дальше, чем на несколько длин межатомных связей.

Правила роста оказались полной неожиданностью для научного сообщества. В числе наиболее изумленных ими был и сам Роджер Пенроуз. Мы с Роджером познакомились в 1985 году, когда я пригласил его в Пенсильванский университет на встречу с обеими моими теоретическими группами и коллегами-экспериментаторами, работавшими над квазикристаллами. Я с удовольствием демонстрировал ему все наши исследования, вдохновленные его замечательным открытием. Роджер был образцом скромности и обходительности. Со своим звенящим британским акцентом он деликатно задавал нам сотни вопросов и щедро делился собственными идеями. У нас быстро установились прекрасные отношения, которые продолжаются по сей день, поскольку нас объединяет интерес как к квазикристаллам, так и к космологии.

Однако в 1987 году Роджер все еще был убежден, что правы скептики. Из-за проблем, которые возникают в процессе конструирования мозаик Пенроуза, он считал невозможным, чтобы атомы с обычными межатомными силами формировали высококачественные квазикристаллы. Но уже через несколько лет он изменил свое мнение. В 1996 году Роджеру исполнилось шестьдесят пять, и меня пригласили в Оксфордский университет отметить праздник и отдать должное многочисленным важным достижениям ученого. Это мероприятие дало мне возможность показать Роджеру математическое доказательство наших правил роста. На память я подарил ему редкий набор наших трехмерных строительных блоков (см. иллюстрацию на странице 113, а также на обложке), который он с благодарностью принял.

Прошло еще почти три десятилетия, прежде чем мы смогли завершить доказательство правил роста для случая трех измерений. Хотя тут работают те же принципы, что и для двумерных плиток Пенроуза, получить доказательство оказалось намного сложнее. Трехмерные строительные блоки гораздо труднее визуализировать, и приходится рассматривать гораздо большее количество их конфигураций. Мы с Джошем откладывали эту задачу в долгий ящик, пока в 2016 году не решили вновь взяться за нее, опираясь уже на усовершенствованные технологии визуализации. К этому времени Джош стал профессором в Университете Дьюка и подключил к работе своего талантливого аспиранта Коннора Ханна. Втроем мы наконец завершили доказательство.

Обнаружения правил роста для двумерных мозаик Пенроуза оказалось достаточно, чтобы уничтожить концептуальный аргумент скептиков о том, что идеальный квазикристалл – это состояние недостижимое. Но удастся ли когда-нибудь найти такое сочетание элементов, которое сформирует в лабораторных условиях идеальный квазикристалл?

Сендай, Япония, 1987 год

Еще до того, как наша статья о правилах роста была опубликована, один ученый, удаленный от нас на четверть окружности Земли, справился с этой задачей.

Ан-Пан Цай и его коллеги в японском Университете Тохоку объявили об открытии нового прекрасного икосаэдрического квазикристалла, состоящего из алюминия, меди и железа. В отличие от квазикристаллов, синтезированных ранее, образец Цая не требовал быстрого охлаждения. Поэтому его можно было отжигать, то есть аккуратно прогревать в течение нескольких дней без превращения в кристалл. Отожженный квазикристалл был почти бездефектным и имел красивую граненую форму, которая демонстрировала его естественную симметрию пятого порядка.

Образец на снимке справа может на первый взгляд показаться непримечательным, чем-то вроде ограненного кристалла алмаза или кварца. Но он совершенно необыкновенный. На этом изображении вы видите самую первую в мире идеальную пятиугольную грань, и это был крупный научный прорыв по сравнению с неупорядоченными перистыми структурами, которые образовывал шехтмановский сплав Al_6Mn.

До открытия квазикристаллов большинство специалистов сочли бы грани с симметрией пятого порядка вымыслом, поскольку это было бы нарушением многовековых законов, установленных Гаюи и Браве. Однако перед вами находится неоспоримое доказательство их существования.

На проверку этих результатов понадобилось время. Однако Пол Хейни и его ученик Питер Бэнсел получили в итоге рентгеновские дифракционные картины для нового образца из алюминия, меди и железа в точности тем же способом, которым уже получали их для шехтмановского Al_6Mn. На сей раз Хейни и Бэнсел обнаружили нечто поразительно иное. Брэгговские пики для образца Цая были четкими и точечными, а не размытыми; положения этих пиков были идеально выровнены вдоль прямых линий в соответствии с нашими предсказаниями для икосаэдрической квазикристаллической модели.

Наконец-то мы получили первый несомненный, надежный пример икосаэдрического квазикристалла. Защитники модели икосаэдрического стекла благородно признали свое поражение – и квазикристаллы были наконец признаны подлинной формой вещества. На протяжении следующих нескольких лет обнаруживалось все больше примеров идеальных квазикристаллов. Многие из них были найдены Цаем и его коллегами. Когда много лет спустя у меня появилась возможность посетить его в Японии, я был рад возможности лично выразить ему свое восхищение и преклонение перед его историческим вкладом в науку.

И все же, несмотря на это новое экспериментальное доказательство, оставалось немало скептиков, включая почтенного Лайнуса Полинга, который непоколебимо держался идеи о множественном двойниковании.

Филадельфия, 1989 год

Я пригласил Полинга посетить меня в Пенсильванском университете, чтобы проанализировать вместе с ним имеющие решающее значение измерения образца Цая, выполненные Хейни и Бэнселом. Это был памятный случай, и меня искренне впечатлило то, сколько часов Полинг потратил на скрупулезное прочесывание всех данных. В процессе анализа он задавал множество дотошных вопросов, пытаясь выявить потенциальные недочеты в новом рентгеновском дифракционном тесте.

К концу дня Полинг признал, что даже модель с восемью сотнями атомов на повторяющийся блок, которая, как он утверждал, объясняла данные по шехтмановскому образцу Al_6Mn, не может объяснить новый квазикристалл. Но это не означало, что он признал поражение. Это значило, что ему надо вернуться и существенно увеличить в своей теории число атомов в одном строительном блоке, пока не удастся добиться соответствия новым данным, хотя это и сделает его теорию еще более запутанной, чем прежде.

Полинг сказал нам, что планирует опубликовать новую статью в Proceedings of the National Academy of Sciences, описав в ней свою пересмотренную модель множественного двойникования для идеального квазикристалла Цая. В качестве жеста профессионального уважения он предложил нам сделать сопутствующую публикацию о том, почему квазикристаллическая модель объясняет эти результаты проще. При поддержке Полинга обе статьи появились рядом в одном из выпусков следующего года.

Моя переписка с Полингом продолжалась еще не один год, а тем временем в лабораториях обнаруживались все новые и новые сочетания элементов, дающие безупречные квазикристаллы. С годами Полинг лучше ознакомился с квазикристаллической концепцией и, казалось, признал ее преимущества. Мне думается, он понял, что будущее за теорией квазикристаллов, но был не готов отказаться от своей любимой идеи. Я уважал его позицию. Я наслаждался нашими нескончаемыми дружескими дебатами и был глубоко опечален, когда в 1994 году прочел новость о том, что он покинул нас в возрасте девяноста трех лет.

К тому времени было уже совершенно ясно, что на пути синтеза идеальных стабильных квазикристаллов в лаборатории не осталось никаких препятствий. Тема достигла такого уровня признания, что уже проводились ежегодные международные конференции по квазикристаллам с сотнями участников – от широкого круга экспериментаторов и теоретиков до чистых математиков.

Я гордился своей ролью во всем происходящем, но вместе с тем чувствовал, что тема становится слишком многолюдной и зрелой, на мой вкус. Для продолжения работы над квазикристаллами мне требовался вопрос, которым больше никто не занимался.

Я повторял себе, что выращивание идеальных квазикристаллов в лаборатории оказалось проще, чем кто-либо мог подумать.

А могут ли идеальные квазикристаллы расти сами, без всякого человеческого вмешательства?

Эта мысль напоминала вопрос, который я коротко исследовал в 1984 году вскоре после того, как мы опубликовали нашу первую статью: если синтетические квазикристаллы возможны и их легко создать, то как насчет природных квазикристаллов?

До сих пор квазикристаллы создавались только в тщательно контролируемых лабораторных условиях, настолько безупречных, что они вряд ли могли быть воспроизведены в природе. Поэтому я был совершенно уверен, что другие ученые сочтут разговор о природных квазикристаллах полной ерундой. Объявят это невозможным. И для меня это было достаточной причиной, чтобы начать разрабатывать такую идею.

Часть II

Поиски начинаются

Глава 7

Превзошла ли нас природа?

Принстон, 1999 год

“Кто-нибудь когда-нибудь находил природный квазикристалл?”

Жизнерадостный седоволосый сотрудник поспешил к кафедре со своим вопросом, как только я закончил лекцию. Я тогда только приступил к работе на физическом факультете в Принстоне и решил посвятить свой первый доклад истории квазикристаллов. На тот момент прошло уже пятнадцать лет с тех пор, как мы с Довом Левином ввели это понятие.

Я не мог припомнить задававшего вопрос человека по факультетским собраниям и вскоре понял почему. Он представился как Кен Деффайес с факультета геолого-геофизических наук. Я был удивлен, что он пришел на мой доклад. Как правило, еженедельные коллоквиумы посещали только физики и астрофизики.

Вопрос мне понравился, поскольку демонстрировал понимание сути моей лекции. Я представил ряд новых теоретических аргументов в пользу того, что квазикристаллы могут быть такими же стабильными и легко растущими, как обычные кристаллы. Поэтому было естественно, что как геолог он захотел узнать, известно ли что-то об их существовании в природе.

– Нет, – ответил я. – Я раньше пытался наугад искать их в музейных коллекциях, но безуспешно. Однако, – добавил я с улыбкой, – у меня есть одна идея для их систематического поиска.

Глаза Кена расширились, и он попросил меня описать эту идею.

Я ответил ему, что она включает автоматизированный поиск по компьютерной базе данных, содержащей десятки тысяч дифракционных картин. Часть из них получена для синтетических материалов. Но почти десять тысяч – для природных минералов. Несколькими годами ранее я привлек аспиранта, чтобы тот снимок за снимком прочесал эту базу данных в поисках потенциальных квазикристаллов, однако его энтузиазм быстро угас. Позже я понял, что процесс проверки, вероятно, можно полностью автоматизировать. Можно сузить поиск с помощью компьютерной программы, получить образцы наиболее перспективных кандидатов и проверить их в лаборатории.

Кен счел это отличной идеей и сказал мне, что знает человека как раз для такой работы – талантливого студента по имени Питер Лу. Питер выигрывал золотые медали в соревнованиях “Камни, минералы и окаменелости” на четырех последовательных турнирах национальной научной олимпиады для школьников. Теперь он учился на физическом факультете, а это значит, пояснил Кен, что к следующему году ему предстоит найти тему для дипломной работы. У Питера также имелся опыт работы с электронным микроскопом, что могло пригодиться в случае обнаружения потенциальных квазикристаллов.

Кен также посоветовал мне связаться с Яо Нанем, директором Принстонского центра визуализации и анализа, специалистом по электронной микроскопии. Нань, по словам Кена, был одаренным учителем, наставником Питера. А еще он был высококлассным специалистом по получению дифракционных картин необычных материалов.

На следующий день Кен познакомил меня с Питером, который, похоже, идеально подходил для этой работы. Питер был энергичным и амбициозным студентом в поисках достойного проекта. Он был невысокого роста и, несмотря на молодость, говорил авторитетным тоном. На моей лекции он не присутствовал, но чувствовал, что услышал от Кена достаточно, чтобы уверенно говорить о проекте и своей квалификации.

Затем Питер и Кен позвали меня встретиться с Яо Нанем в Центре визуализации и осмотреть оборудование. Там были электронные микроскопы и масса других дорогих инструментов для изучения различных материалов. Оборудование предоставлялось ученым и студентам факультетов всего университета, а также экспертам из близлежащих промышленных лабораторий. Нань с энтузиазмом отнесся к нашему проекту и выразил готовность оказать нам любую помощь, включая гарантированное выделение времени для работы с электронным микроскопом Центра. Когда он показывал нам оборудование, я обратил внимание на его спокойную сдержанность и опыт и сразу понял, что он мог бы стать ценным членом команды.

Обзаведясь поддержкой Кена, Питера и Наня, я посчитал, что располагаю командой людей с необходимым сочетанием знаний и навыков, чтобы продвинуться в систематическом поиске природных квазикристаллов. Так я всерьез приступил к так долго откладывавшимся поискам.

Хотя таланты Питера касались в основном минералогии и экспериментальной физики, он быстро освоил основы квазикристаллической математики. Мы начали работу над компьютерным алгоритмом, который позволил бы на основании дифракционных картин, хранящихся в Международном центре дифракционных данных (International Centre for Diffraction Data, ICDD), оценить вероятность, с какой тот или иной минерал-кандидат может являться квазикристаллом.

ICDD – это некоммерческая организация, которая получает из лабораторий по всему миру информацию о материалах и их порошковых рентгенограммах. Та хранится в зашифрованной базе данных, а ученые и инженеры покупают подписку, чтобы получить к ней доступ. Обычно специалисты используют эту базу данных для сравнения изучаемых ими дифракционных картин с теми, что были получены ранее для известных материалов.

ICDD также предоставляет программное обеспечение для извлечения информации из своей базы данных, однако их программа оказалась слишком неудобной для наших целей. За раз она давала доступ только к одной порошковой дифрактограмме вместе с большим объемом описательной информации, которая в нашем случае была излишней.

Для проведения статистического анализа нам нужен был доступ только к самим порошковым дифрактограммам. Поэтому мы написали в ICDD, объяснили суть нашего проекта и попросили разрешения работать с расшифрованной версией их базы данных. Это позволило бы нам написать собственное программное обеспечение для извлечения необходимой информации и сжатия ее в один большой файл для нашего анализа. Мы не знали, чего ожидать, ведь мы просили особого доступа к их самому ценному ресурсу. Но они щедро предоставили нам все необходимое, даже не взяв за это денег.

Следующее препятствие на нашем пути состояло в том, что работать приходилось только с порошковыми дифракционными картинами. Если бы ICDD мог предложить нам дифрактограммы единичных зерен, то отделить квазикристаллические структуры (на следующей странице вверху слева) от кристаллических (справа) можно было бы за полдня.

ICDD не собирает дифракционные картины единичных зерен, поскольку для большинства материалов их просто нет. Чтобы получить высококачественную дифракционную картину отдельного зерна, требуется образец определенного размера и толщины. Для большинства изучаемых минералов и материалов подбирать образцы такого типа слишком сложно и долго.

Вместо этого ученые берут множество крошечных отдельных зерен, ориентированных под случайными углами друг относительно друга. Такой “порошок” из зерен может образоваться естественным путем, а может быть легко приготовлен измельчением одного или нескольких небольших образцов до порошкообразного состояния.

Под рентгеновскими лучами совокупность зерен порождает так называемую рентгеновскую порошковую дифрактограмму, которая объединяет дифракционные картины от всех зерен. Например, если все отдельные квазикристаллы дают четкую точечную дифракционную картину вроде той, что изображена внизу слева, то порошковая дифрактограмма будет похожа на ту, что представлена справа.

Порошковая дифрактограмма похожа на то, что вы увидели бы, если бы поместили четкую точечную дифракционную картину на диск проигрывателя и закрутили бы его так, чтобы каждая точка размазалась в кольцо. На рисунке слева в расположении точек четко видна симметрия десятого порядка. На порошковой дифрактограмме справа вся информация о симметрии потеряна. Остались только кольца разного радиуса и яркости.

Представьте, что у вас есть только правое изображение. Смогли бы вы определить, что оно получено для порошка из случайным образом ориентированных зерен, каждое из которых по отдельности дает рисунок, подобный тому, что представлен слева? Именно на этот вопрос мы и пытались ответить. Довольно удивительно, что, как выяснили мы с Питером, в радиусах и интенсивностях колец на рисунке справа все же содержится достаточно информации, чтобы идентифицировать потенциальные квазикристаллы и прийти к уже знакомому нам, похожему на снежинку узору, изображенному слева.

Диаграмма на следующей странице суммирует все то, что нам удалось обнаружить. На графике сопоставляются два свойства, которые мы вычисляли для каждой порошковой дифракционной картины из каталога ICDD. По горизонтальной оси отложено, насколько близки кольца на порошковой дифрактограмме образца к идеальному набору радиусов безупречного икосаэдрического квазикристалла. По вертикальной оси отложено, насколько хорошо соответствуют друг другу их интенсивности.

Два серых квадрата в нижней левой части диаграммы представляют два известных синтетических квазикристалла, которые уже были в каталоге ICDD. Получается, что на деле эти два квадрата настолько близки к совершенству, насколько это возможно. Если бы порошковая дифрактограмма природного минерала имела показатели, близкие к этим квадратам, резонно было бы ожидать, что это квазикристалл, каждое зерно которого дает точечную дифракционную картину.

Точки на диаграмме представляют результаты, полученные для более чем девяти тысяч минералов и оказавшиеся слишком далеко от серых квадратов, чтобы считать эти образцы многообещающими кандидатами. Кружки представляют минералы, порошковые дифракционные картины которых попадают ближе всего к квадратам, что наводит на мысль о потенциальных квазикристаллах.

Кружки соответствовали минералам, которые нам с Питером предстояло теперь найти и доставить в нашу принстонскую лабораторию для дальнейшего изучения. Как только образец поступал, его нарезали на тонкие слои и изучали под электронным микроскопом, чтобы определить, является ли он истинным квазикристаллом.

Когда подошел к концу последний год обучения Питера в Принстоне, он представил результаты своего труда в качестве дипломной работы. По традиции группа сотрудников факультета устраивает “прожарку” выпускников, дотошно расспрашивая их, чтобы проверить степень знакомства с предметом. Однако Питер решил немного пошутить и сам вызвался одним из тех, кто будет жарить. В буквальном смысле.

Часть времени формальной защиты своего дипломного проекта Питер посвятил тому, чтобы развлекать присутствующих приготовлением стейка с кровью на специальной сковороде с покрытием из квазикристаллического металла. Использование синтетических квазикристаллов в качестве антипригарного покрытия было одним из первых коммерческих применений новой формы вещества. Это покрытие было придумано и запатентовано французским исследователем квазикристаллов Жаном-Мари Дюбуа с коллегами. Французский производитель продавал такие сковородки под торговой маркой Cybernox.

Квазикристаллическая поверхность была скользкой, как популярное тефлоновое антипригарное покрытие, но гораздо более прочной. Питер смог обжарить свой стейк без использования масла, демонстрируя, что к квазикристаллической поверхности ничего не прилипает. Он завершил демонстрацию, нарезав стейк острым ножом прямо на сковороде, чего никто не стал бы делать на тефлоновом покрытии. Питер показал, что на поверхности не возникло никаких повреждений из-за твердости квазикристаллического материала. А вот о ноже для стейка сказать то же самое было нельзя – на поверхности сковороды остались заметные куски металлической стружки.

Питер также представил подробности нашего поиска по каталогу ICDD. Он объяснил разработанный нами алгоритм поиска и рассказал о кандидатах, свойства которых нам удалось изучить. Природного квазикристалла найти не удалось. Но сами попытки собрать и протестировать нужные минералы оказались серией приключений с массой забавных накладок.

Например, спустя несколько месяцев напряженной работы мы наконец сумели добыть образец одного из наших лучших кандидатов. Размером он был всего несколько дюймов. Однако для исследования под электронным микроскопом нужен был шлиф толщиной меньше человеческого волоса.

Процедура нарезки требовала специального оборудования, которого в Принстоне не было. Поэтому мы договорились отправить образец в лабораторию Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA). Мы ожидали получить из лаборатории тонкий срез вместе с оставшейся частью образца. Если бы на этом шлифе нам удалось найти квазикристалл, остальная часть образца была бы чрезвычайно ценна для дальнейших исследований и в итоге стала бы важнейшим экспонатом в музее.

Но когда из UCLA пришел пакет и я открыл коробку, в ней обнаружился только один сверхтонкий шлиф. Что же случилось с остальной частью редкого образца, который мы с таким трудом добыли?

Я бросился звонить в UCLA, чтобы выяснить, когда они вышлют нам остаток образца. В итоге я дозвонился до техника, который занимался нашим заказом, и он жизнерадостно сообщил: “А мы думали, что вам нужен только один шлиф, и все остальное выкинули”.

Я был в ужасе. Насколько нам было известно, это мог оказаться единственный в мире образец данного минерала. Если бы мы исследовали срез и обнаружили, что он содержит первый природный квазикристалл, нам пришлось бы жить дальше с осознанием того, что 99,99 % редкого материала было выброшено в мусорное ведро. Следующие несколько часов мы нервно ждали, пока Яо Нань проверит тончайший шлиф. Когда он сообщил, что образец оказался пустышкой, мы с Питером покинули лабораторию со странной смесью разочарования и облегчения.

В итоге все минералы, которые мы выявили, добыли и проверили, тоже оказались бесполезными. Через год после того, как Питер защитил свой проект, мы опубликовали статью о нашем эксперименте в Physical Review Letters, описав алгоритм компьютерного поиска и нашу длинную цепочку неудач.

Мы пришли к выводу, что недостаток нашего подхода состоял в том, что качество данных, собираемых ICDD из различных лабораторий по всему миру, было неодинаковым. В результате наш алгоритм автоматического поиска давал много ложных срабатываний. Мне пришлось принять тот факт, что до обнаружения настоящего природного квазикристалла нам предстоит пережить еще много разочарований.

Питер с отличием окончил Принстон и отправился в Гарвардскую аспирантуру, чтобы изучать совершенно другие темы. Хотя он больше не участвовал в моих поисках природных квазикристаллов, он сохранил живой интерес к красоте квазикристаллических мозаик. Еще в бытность Питера студентом мы с ним иногда говорили о том, что Пенроузу удалось построить квазикристаллическую мозаику, не зная о ее скрытом квазипериодическом порядке. В принципе, предполагали мы, квазипериодические мозаики могли быть непреднамеренно созданы кем-то и до Пенроуза. Перспективным казалось искать их среди исламских мозаик, поскольку многим исламским культурам были присущи глубокие знания в области математики и интерес к геометрическим узорам.

Спустя годы, когда Питеру выпал шанс съездить в отпуск в Бухару (Узбекистан), он нашел там множество примеров периодических узоров, включавших десятиконечные звезды как часть повторяющегося мотива. Это наблюдение по возвращении домой вдохновило его на поиск по каталогам исламских мозаик. Многие мозаики были похожи на те, что он видел в Бухаре, – периодические узоры с правильно расположенными пяти- и десятиконечными звездами. Однако образец, найденный в мавзолее Дарб-и-Имам в Исфахане (Иран), памятнике с надписью, датированной 1453 годом, не поддавался простому описанию (см. рисунок вверху).

Вскоре после этого Питер обратился ко мне за помощью в анализе этой сложной мозаики. Мы преобразовали фотографию в точный геометрический узор, состоящий из трех форм – так называемых плиток гирих, как показано на следующей странице. Проанализировав узор, мы обнаружили, что он почти идеально квазипериодический, за исключением небольшого процента ошибок, которые могли быть связаны с более поздними реставрациями. Мало того, мы выяснили, что для этого узора можно построить бесконечное расширение, используя своего рода дефляцию – правило разделения, которое было намного сложнее аналогичного правила для плиток Пенроуза.

К сожалению, нет никаких сведений о том, как мастера Дарб-и-Имама создали этот сложный узор. Об этом можно лишь гадать, основываясь на фрагментах, сохранившихся по сей день в святыне. Хотя дизайн предполагает некоторое понимание правила дефляции, которое выявили мы с Питером, не нашлось никаких признаков того, что мастера применяли какие-либо правила соответствия. На сегодня не известно другой исламской мозаики с таким количеством сохранившихся плиток, которая была бы столь безупречно квазипериодической.

Проект с исламской мозаикой стал увлекательным отступлением в область искусства и археологии, но я не был готов отказаться от своих поисков природного квазикристалла. Я все еще надеялся, что кто-то откликнется на нашу с Питером статью, в которой описывался наш поиск по каталогу ICDD.

В заключительном абзаце той статьи мы предложили поделиться оставшимся списком потенциальных кандидатов, которые мы не смогли изучить, с любым желающим присоединиться к поиску: “Заинтересованным предлагается связаться с П. Дж. Л. и П. Дж. С. [Питером и Полом]”.

Мы надеялись, что это приглашение послужит своего рода научным приводным маяком. Но никто не отвечал на наш призыв о помощи… никто… целых шесть долгих лет. А затем…

Глава 8

Лука

Принстон, Бостон и Флоренция, Италия, 2007 год

31 мая 2007 года мы с Питером Лу получили электронное письмо от итальянского минералога Лу́ки Бинди. Мы были застигнуты врасплох. Никто из нас не слышал раньше о Луке. Однако он о нас, очевидно, знал.

Лука занимался изучением особого класса минералов, известных как несоразмерные кристаллы. Их атомы расположены квазипериодически, подобно квазикристаллам, но таким образом, что соблюдаются давно установленные правила Гаюи и Браве, нарушаемые в квазикристаллах.

Изучая эту тему, Лука наткнулся на нашу статью, описывающую методичные поиски природных квазикристаллов. Он обратил внимание, что мы приглашали потенциальных коллег связаться с нами, и решил воспользоваться этим предложением.

Лука представился как руководитель отдела минералогии в Музее естественной истории Флорентийского университета. Он вызвался изучать любые потенциально квазикристаллические минералы, которые найдутся во вверенной ему музейной коллекции.

Другими словами, подумал я, этот итальянский ученый, о котором я ничего не слышал, готов стать волонтером в сумасбродной затее пары американских ученых, с которыми он никогда не встречался и чьи поиски природных квазикристаллов не дали осязаемых результатов за последние восемь лет. Кто же он такой? Я был заинтригован.

К тому времени Питер стал перспективным аспирантом в Гарварде и работал над проектами, не связанными с квазикристаллами. Он сомневался, следует ли нам работать с этим незнакомым ученым. А я подумал: почему нет?

Лука, как и я, почти сразу стал одержим поисками природных квазикристаллов. Хотя он был спортивным и любил проводить время на свежем воздухе, ему хватало терпения на то, чтобы бесчисленные часы в одиночестве работать в лаборатории, даже если шансы на успех были мизерными.

Мы с Питером начали с отправки Луке нашего списка основных кандидатов в квазикристаллы по данным каталога ICDD. Лука занялся поиском образцов из нашего списка в коллекции своего музея и тщательным их анализом. Однако ничего интересного из этого не вышло. На протяжении следующих нескольких месяцев он регулярно высылал мне негативные результаты. Неудача за неудачей.

В какой-то момент я высказал Луке предположение, что по сравнению с земными минералами “метеориты кажутся более перспективными, поскольку включают разнообразные чистые металлические сплавы, и мне хотелось бы вместе поработать над ними”. Как позднее выяснилось, это была пророческая идея. Однако Лука не поддержал тогда мое предложение, возможно, потому, что он был минералогом и метеориты находились вне поля его профессиональной деятельности.

Именно в тот период постоянный обмен сообщениями между мной и Лукой начал перерастать в глубокую дружбу, проверенную с самого начала непрекращающимися разочарованиями, которые он испытывал в лаборатории. Наше взаимоуважение основывалось на науке и подпитывалось ежедневными электронными письмами и чатами в “Скайпе”.

Флоренция и Генуя, Италия, 3 ноября 2008 года

После более чем года разочаровывающих результатов Лука внезапно и по собственной инициативе сделал то, что и должен был сделать любой толковый ученый. Он отказался от неудачной стратегии и переключился на новую.

Хотя файл с данными ICDD, который мы с Питером использовали для первоначального анализа, содержал дифракционные картины для тысяч минералов, имелись некоторые редкие и недавно обнаруженные природные минералы, которые еще не были в него включены. Лука решил нацелиться именно на эти минералы. Он еще сильнее сузил круг поиска, сосредоточившись на тех из них, что содержали металлические алюминий и медь – сочетание элементов, которые в то время были комбинацией, используемой при создании многих синтетических квазикристаллов.

В начале ноября 2008 года я поехал в Италию на ежегодный фестиваль науки в Генуе. Меня пригласили рассказать о научно-популярной книге “Бесконечная Вселенная”. Мы с физиком Нилом Туроком написали ее, чтобы познакомить широкую публику с разработанной нами циклической теорией Вселенной. Циклическая теория – ведущая альтернатива инфляционной модели, в разработке которой я также принимал участие несколькими десятилетиями ранее, но которую больше не считаю жизнеспособной.

Я уже некоторое время не получал от Луки никаких вестей. Поэтому и не потрудился сообщить ему, что на неделе буду в Италии. Прогуливаясь по площади Сан-Лоренцо перед отелем в поисках хорошего итальянского кофе, я почувствовал вибрацию моего BlackBerry. Это был Лука. Открывая сообщение, я ожидал извещения об очередной неудаче. Но вместо этого электронное письмо начиналось так:

Я изучил музейный образец (из минералогической коллекции музея), помеченный как “хатыркит” (CuAl_2). При предварительном исследовании с помощью SEM [сканирующего электронного микроскопа] я понял, что этот образец на самом деле состоит из четырех различных фаз, а именно купалита (CuAl), хатыркита (CuAl_2), неизвестной фазы состава CuFeAl и, наконец, фазы со стехиометрическим составом Al_65Cu_20Fe_15 (в нормировке на 100 атомов).

Остаток сообщения был посвящен последней упомянутой фазе – минералу, который Лука описал химической формулой Al_65Cu_20Fe_15, означающей 65 % алюминия, 20 % меди и 15 % железа.

Образец, о котором он упоминал, представлен на следующей странице. На фото слева он находится в оригинальной пластиковой коробке, а рядом для масштаба положена монета достоинством в пять евроцентов. Бо́льшая часть того, что вы видите внутри коробки, – это комок замазки, удерживающий камень на месте, чтобы он не ударился и не разбился при перемещении. Сам образец поперечником всего около трех миллиметров (показан в увеличенном масштабе справа) был закреплен кусочком замазки за свой краешек.

На этом снимке с монетой в пять евроцентов я впервые увидел крошечное зернышко, с которого предстояло начаться грандиозному приключению.

Надпись на коробке с образцом гласила: Khatyrkite (хатыркит). Это кристаллический минерал, состоящий из CuAl_2 (один атом меди на каждые два атома алюминия). Хатыркит был внесен в официальный каталог Международной минералогической ассоциации, то есть его состав и периодическая структура уже были известны, а свойства тщательно измерены и задокументированы. Образец был зарегистрирован в официальном каталоге музея Флоренции под номером 46407/G. Этикетка на пластиковой коробке по неизвестной причине включала также номер 4061 со словом Khatyrka (Хатырка – название реки на Дальнем Востоке России) и надписью Koriak Russia, отсылавшей к Корякскому нагорью на границе Камчатки и Чукотки.

На снимке крупным планом видно, что зерно содержит сложный конгломерат минералов. Лука обнаружил, что части посветлее включали обычные минералы, такие как оливины, пироксены и шпинели. Более темный материал состоял в основном из сплавов меди и алюминия. На коробке стояла пометка “Хатыркит”, потому что писавший этикетку считал кристалл CuAl_2 тем компонентом, который делает образец достойным внимания.

Лука уже разрезал минерал слоями, чтобы изучить его состав. Он сделал шесть тонких шлифов, каждый толщиной с человеческий волос. Однако для изготовления этих шлифов Лука вынужден был пожертвовать большей частью образца. Девяносто процентов того, что в конечном итоге оказалось чрезвычайно ценным образцом минерала, было уничтожено. На рисунке ниже изображен тонкий шлиф, о котором Лука взволнованно рассказывал в своем электронном письме.

На черно-белом изображении видна смесь разных материалов, словно перемешанных случайным образом. С помощью электронного микрозонда, который бомбардирует образец узким пучком электронов для измерения химического состава, Лука смог идентифицировать большинство минералов шлифа. Каждая точка на изображении соответствует отдельному замеру.

Белые точки соответствуют местам, где Лука нашел хатыркит, CuAl_2 (как уже упоминалось, это один атом меди на каждые два атома алюминия). Черные точки соответствуют другому редкому кристаллу, известному как купалит, CuAl, – это смесь атомов меди и алюминия в соотношении 50 на 50.

Затем он нашел несколько поистине загадочных участков. Треугольники обозначают области со смесью атомов алюминия, меди и железа примерно в равных пропорциях, какой не встречается нигде в официальном каталоге природных минералов Международной минералогической ассоциации. А квадратики – это Al_65Cu_20Fe_15, еще один вариант состава, которого не было в каталоге.

Лука стремился изолировать два загадочных минерала, соответствующих треугольникам и квадратикам, чтобы получить для них порошковые дифракционные картины и идентифицировать их. Для этого он пошел на большой риск и использовал специальный инструмент, чтобы выдавить эти участки. Операция потребовала исключительной зрительно-моторной координации, поскольку участки были микроскопическими, а шлиф – тонким, как волос. Луке удалось собрать материал. Но остальная часть хрупкого среза была уничтожена в процессе.

В результате ценная информация о том, как различные минералы были связаны друг с другом, оказалась утрачена. Надо сказать, Лука в то время не понимал, насколько редким и важным окажется этот образец и насколько ценной могла бы стать эта информация. Его единственной целью было как можно скорее выделить отдельные зерна минерала, чтобы по рентгеновской дифрактограмме определить, являются ли они перспективными кандидатами в квазикристаллы.

Когда процесс был завершен, все, что осталось от исходного образца, – это два крошечных пятнышка материала, которые Лука приклеил на кончики пары тонких стеклянных волокон. Но, хоть они и были крошечными, Луке хватило их для получения порошковой рентгеновской дифрактограммы.

Лука сравнил результаты с опубликованными данными для синтетических квазикристаллов – и перспективы его очень взволновали. Но у него еще не было уверенности, что это не совпадение. У него не было разработанной нами с Питером компьютерной программы, необходимой для выполнения сложных проверок, и он не мог определить вращательную симметрию в расположении атомов, основываясь только на порошковой дифрактограмме. Это была та же проблема, с которой мы с Питером столкнулись, работая с базой данных ICDD.

Через несколько минут после прочтения электронного письма Луки я отправил его данные порошковой дифракции Питеру для немедленного изучения. Проверка должна была дать точное количественное сравнение порошковой дифрактограммы образца с данными, которые мы ожидали получить от природного квазикристалла. Пока результаты не были известны, радоваться находке Луки было рано.

Два дня спустя я вернулся в Соединенные Штаты и получил первые результаты. Судя по тесту, вероятность того, что зерна с квадратиками содержат природный квазикристалл, была достаточно высока. Но праздновать было еще рано. Как я пояснял Луке, “хороший шанс” – это еще отнюдь не доказательство. В прежних наших с Питером исследованиях не было ничего, кроме ложноположительных результатов. Прежде чем с уверенностью говорить об обнаружении природного квазикристалла, требовалось выполнить дополнительные проверки.

На тот момент, однако, оставалось всего две крошечных крупинки исходного камня. Быстрый поиск других образцов хатыркита в коллекциях неподалеку от Флоренции и Принстона результатов не дал. Так что у нас не было выбора, кроме как сосредоточиться на тех крупинках, которые уже были у нас в руках. У Луки в лаборатории не было высокоточных инструментов, необходимых для проведения окончательных проверок оставшегося материала. Но у меня был доступ к нужному оборудованию, а также выход на лучшего специалиста для проведения таких анализов. Я обратился к Яо Наню, директору Принстонского центра визуализации и анализа.

11 ноября 2008 года, спустя примерно полтора года с начала нашего с Лукой сотрудничества, из Флоренции в мой кабинет доставили пластиковую коробку. В ней находились два небольших латунных цилиндра, в которых хранят образцы для экспериментов по порошковой дифракции. В каждом цилиндре было тонкое стекловолокно. И на торце каждого стекловолокна была приклеена почти невидимая крупинка темного материала.

Я хотел убедиться, что образец доставлен в целости и сохранности. Помню, как открывал упаковку, вынимал пластиковую коробку и сильно прищуривался, стараясь понять, могу ли я разглядеть крупинки на концах волокон. Студенту, который был в тот момент в моем кабинете, я объяснил, что потратил больше десяти лет на поиски природного квазикристалла и надеялся, что если найду его, то он будет размером хотя бы с речной камешек.

– Будет ужасно досадно, – сказал я, – если первый обнаруженный природный квазикристалл мне даже не удастся разглядеть!

Глава 9

Квазисчастливого Нового года

Принстон, 21 ноября 2007 года

Я крепко сжимал маленькую коробку, взбираясь по склону от корпуса, где располагался мой кабинет, к Принстонскому центру визуализации и анализа. В коробочке находились два латунных цилиндра, которые я получил от Луки. В каждом цилиндре было тонкое стекловолокно длиной около дюйма с приклеенным на конце драгоценным кусочком материала.

Яо Нань, директор Центра, сидел за столом, с головой погрузившись в работу. Я окинул взглядом его кабинет. Повсюду были разложены стопки книг и журналов, а также коробки с образцами, относящимися к разным проектам.

Повсеместный беспорядок был осязаемым доказательством огромного количества времени, которое Яо Нань уделял работе с многочисленными преподавателями и студентами со всех концов кампуса. Я и сам уже был перед ним в долгу. Он вкладывал в поддержку нашего исследования свое время и средства, которыми мог бы распорядиться иначе.

Высокий и сухопарый, он встал из-за стола, приветливо улыбнулся и ловко проскользнул ко мне мимо всех стопок, чтобы поздороваться. Мы обменялись любезностями, и он пригласил меня сесть. Я огляделся, не зная, куда податься, – даже стулья и небольшой журнальный столик в кабинете были завалены материалами исследований и мусором, оставшимся от предыдущих встреч. Чтобы освободить мне место, он быстро переложил все на пол.

Яо Нань (на снимке вверху он в лаборатории) знал, что я несу ему для исследования образцы, полученные от Луки. Я быстро протянул ему коробку и откинулся на стуле, чтобы понаблюдать за его реакцией. Нань пользуется большим уважением как член Американского общества микроскопии и в профессиональном плане всегда сохраняет хладнокровие и собранность. Но он явно был ошеломлен, когда заглянул внутрь и увидел, что придется работать всего с парой крупинок, каждая размером около десятой доли миллиметра. Я и сам тревожился из-за малого количества материала, а такая реакция заставила меня нервничать еще больше.

Как я и подозревал, все очень плохо, – подумал я.

По словам Наня, отделять эти крупинки от стекловолокна было рискованной задачей. Поэтому, прежде чем пытаться предпринимать действия, способные повредить образцы, мы решили посмотреть, что можно узнать, оставив их на месте. Для начала можно было на более точном оборудовании повторить те же измерения дифракции рентгеновских лучей, которые выполнял Лука, чтобы проверить, действительно ли образец такой многообещающий, как это следовало из первичных тестов.

Однако и спустя несколько недель наши собственные результаты все еще оставались неоднозначными. Хотя Нань использовал более совершенный инструмент, он не смог улучшить результаты Луки. Измеренные нами пики порошковой дифракции были примерно такими же, как у него. Мы подозревали, что проблема может заключаться в шаткости опор из стекловолокна. Они слишком сильно раскачивались, когда Нань вращал образец, и от этого картина дифракции рентгеновских лучей размывалась.

Мы думали над тем, чтобы снять крупинки со стекловолокна и разместить на новом, более жестком креплении. Но, как уже обсуждалось с Нанем, отсоединение крошечных образцов было рискованной операцией. Я считал, что если уж мы собираемся рискнуть, то должны использовать эту возможность по максимуму, а не просто переклеить образцы и повторить тот же тест. Стоило тогда сразу переходить к решающей проверке: дифракции проходящего потока электронов на отдельных зернах крупинки.

Преимущество просвечивающей дифракции электронов в том, что пучок электронов можно очень точно сфокусировать. Затем электронный луч направляется на крошечную часть одного-единственного из множества зерен, составляющих крупинку. В результате получается дифракционная картина, которая сразу ясно показывает симметрию в расположении атомов.

Подготовить наш образец к исследованию оказалось непросто. Требовалось снять крупинку со стекловолокна, разделить ее на множество отдельных микроскопических зерен, а затем отсортировать все эти зерна и найти такое, которое было бы достаточно тонким для прохождения электронного луча.

План Наня состоял в том, чтобы нанести каплю ацетона на кончик волокна, дать клею медленно размягчиться, а затем осторожно удалить отдельные крупинки материала по частям с помощью пинцета. Описание казалось обманчиво простым, но я знал, что это мучительно тонкая работа, требующая большого мастерства.

Я сел рядом с Нанем, когда он поднес пипетку к стекловолокну и осторожно выпустил крошечную капельку ацетона. Я затаил дыхание. Ацетон коснулся кончика волокна. И прямо на наших глазах вся крупинка внезапно исчезла.

Мы опешили. Предполагалось, что крупинка состоит из металлических зерен. Металлические зерна не растворяются в ацетоне. Что случилось? Мы оба замолчали в паническом замешательстве. Медленно пройдясь взглядом от кончика волокна вниз, мы вдруг почти одновременно ахнули.

Мы и не думали, что крупинка крепилась к волокну таким небольшим количеством клея, что крошечной капли ацетона, которую нанес Нань, хватит, чтобы полностью отделить ее от опоры.

Крупинка могла упасть на пол и подвергнуться загрязнению. Что еще хуже, едва заметная крупинка могла попросту потеряться. Но оказалось, что в тридцати сантиметрах под стекловолокном на столе стоял крошечный белый тигель размером и формой с чашку для куклы. Нань планировал складывать в него кусочки материала, которые собирался отделять пинцетом. Совершенно случайно тигель оказался точно под концом волокна.

Опустив взгляд, мы с Нанем увидели, что капля ацетона благополучно приземлилась прямо в центр чистого белого тигля – и в ней была целая россыпь металлических крупинок.

Крупинка порошкового материала, которая изначально была размером всего в одну десятую миллиметра, только что рассыпалась на сотни мельчайших зерен, и все они плавали в небольшой лужице ацетона. Нам предстояло подождать, пока ацетон испарится, а затем разместить частицы на специальной золотой сетке размером с небольшую монету, которая обычно используется для изучения порошкообразных образцов под просвечивающим электронным микроскопом.

Пучок электронов настолько тонок, что за раз можно исследовать только один участок одного зернышка. В идеале зерно должно иметь сплюснутую форму: широкую по двум направлениям, но очень тонкую в третьем – том, по которому предстоит идти лучу.

Глядя на крошечные зернышки нашего образца, мы с Нанем поняли, что бесполезно даже пытаться разрезать любое из них, добиваясь необходимой толщины, составляющей тысячную долю миллиметра. Нашей единственной надеждой было найти зерно, которое случайно оказалось достаточно тонким и ориентированным в подходящем для наших целей направлении.

К сожалению, продолжить мы смогли не сразу. В Принстоне начинались зимние каникулы, и Центр визуализации на это время закрывался. А на следующие два месяца, по словам Наня, все время на нужном нам микроскопе было уже зарезервировано.

Я не особо тешил себя надеждой на то, что в образце действительно окажется квазикристалл. Примерно десятью годами ранее мы с Питером Лу изучили несколько минералов с многообещающими порошковыми дифрактограммами – и ни один из них не выдержал решающей проверки на просвечивающем электронном микроскопе. Я полагал, что и этот образец исключением, вероятно, не станет. Но мне все равно не хотелось месяцами ждать, чтобы в этом убедиться.

Я спросил Наня, есть ли шанс проверить образец раньше. Он указал на единственное окошко в расписании на следующие два месяца: пять часов утра в пятницу, второго января. Ожидаемо, подумал я. Никто не хотел работать перед рассветом на следующий день после Нового года.

Однако неудобное время меня не обескуражило:

– Прекрасно! – сказал я. – Тогда и увидимся!

И как ни странно, он согласился.

Принстон, 2 января 2009 года

Когда в 4:30 утра зазвонил будильник, температура в Принстоне стояла мерзкая – минус семь градусов. Закутавшись в свое самое теплое зимнее пальто и надев шапку и перчатки, я в темноте отправился в лабораторию визуализации на встречу с Нанем.

Пока я ехал на машине через город, мне внезапно подумалось, что мы с Нанем уже несколько недель назад зарезервировали время, но так и не подтвердили дату. Вдруг он забыл? – задавался я вопросом. Возможно, я зря покинул теплую постель и безо всякой пользы страдаю от холода.

Однако, когда я вошел в лабораторию, Нань как безупречный профессионал уже вовсю там работал. Я сел рядом с ним за просвечивающий электронный микроскоп. Он уже аккуратно поместил в держатель образцов золотую сетку с нашими зернами, загрузил держатель в микроскоп, откачал камеру и приступал к поиску среди зерен перспективного кандидата для исследования. Нань смотрел прямо в микроскоп, а я мог наблюдать за происходящим по изображению на мониторе.

Спустя несколько минут он указал на зерно размером два микрона, что примерно в пятьдесят раз меньше толщины человеческого волоса. Увеличенный снимок этого зерна приведен справа. Под микроскопом оно было похоже на крошечный топор. Нань отметил, что часть зерна около “рукояти” казалась достаточно тонкой, чтобы электроны могли сквозь нее пройти.

Пользуясь регуляторами, он медленно перемещал держатель образца, пока “рукоять” зерна-“топора” не оказалась прямо на оси электронного луча. После нескольких проверок Нань объявил, что готов приступить к эксперименту.

Первым шагом было использование просвечивающего электронного микроскопа в режиме сходящегося луча, который для образцов очень совершенных кристаллов дает узор из пересекающихся полос, называемый линиями Кикучи в честь японского физика Сэйси Кикучи, открывшего этот эффект в 1928 году.

К нашему удивлению, зерно сразу же породило красивые линии Кикучи. Мы не ожидали найти такой идеальный образец в породе и уж тем более с самой первой попытки.

Но что по-настоящему заставило нас раскрыть от удивления рты, так это то, что узор состоял из полос, образующих рисунок с симметрией десятого порядка, представленный на следующей странице. Я не отрываясь смотрел на монитор. Десятилучевая симметрия линий Кикучи была невозможна для обычных кристаллов. Ее обнаружение было для нас первым указанием, что образец действительно может быть природным квазикристаллом.

Я почувствовал, как выпрямляюсь на стуле. Это утро могло оказаться поистине потрясающим!

Линии Кикучи позволяют направить электронный пучок так, чтобы он шел почти в точности вдоль оси симметрии атомной структуры. Нань принялся возиться с элементами управления, чтобы переориентировать образец и переключиться в режим дифракции.

Как только он нажал на переключатель, на экране появилось изображение, совершенно меня поразившее. Я увидел созвездие четких дифракционных точек, которые располагались в форме снежинки, состоящей из пятиугольников и десятиугольников, – идеальный узор для икосаэдрического квазикристалла. Я почувствовал, как мое лицо расплывается в улыбке. Я буквально не верил своим глазам. Это была электронная дифракционная картина, гораздо более совершенная, чем та, которую Шехтман получил в 1982 году. Но у него образец был синтетическим, а здесь – природным. Я с благоговением рассматривал изображение на экране.

Мы с Нанем не кричали “Эврика!”, не хлопали в ладоши, не поздравляли друг друга. Мы сидели в полной тишине, потому что в словах не было необходимости. Мы оба понимали, что стали свидетелями “невозможности второго рода”. Это было первое открытие природного квазикристалла.

Большинство ученых работают всю жизнь в надежде поймать такой момент. Сидя вместе и поеживаясь от холода в еще не прогревшейся лаборатории, мы с Нанем прекрасно осознавали, как нам повезло. Это был момент тихого ошеломления.

Прошло почти двадцать пять лет с тех пор, как я впервые начал свои неформальные поиски природного квазикристалла в коллекциях минералов музеев естествознания. Десять – с тех пор, как мы с Нанем, Питером и Кеном начали систематический поиск по всемирной базе данных минералов. Многие считали этот трудоемкий проект безнадежным и, возможно, даже немного дурацким. Как скептики и предсказывали, мы так и не получили ни одного обнадеживающего результата. Фактически мы даже близко к нему не подошли.

И все же этот безуспешный поиск привел меня к Луке Бинди и давно забытому образцу в хранилище его музея. И теперь ни одно из этих десятилетий неудач ничего не значило. Все изменилось благодаря изображению, что я видел на мониторе. На следующей странице представлена сильно переэкспонированная версия первой дифракционной картины, которую мы увидели тем утром.

Все еще любуясь изображением, мы с Нанем наконец начали обмениваться репликами. Наш разговор был очень деловым – мы спокойно обсуждали дальнейшие шаги.

Первым делом требовалось разместить образец на держателе, позволяющем наклонять его под точно заданными углами, чтобы пронаблюдать различные узоры в разных направлениях. Этот тест должен был иметь решающее значение и показать, что образец обладает всеми симметриями икосаэдра.

По словам Наня, это можно было сделать, только впустив воздух в вакуумную камеру, где находился образец, и затем переустановив держатель – сложная операция, требовавшая времени. Хотя официально оборудование было зарезервировано другими людьми, масштаб нашего открытия побудил Наня попытаться урвать на неделе время для этой проверки. А пока что нам обоим пора было идти домой.

Морозные улицы Принстона все еще были темными и пустынными, когда я покинул лабораторию. Но я уже не обращал внимания на холод. Я ехал домой в некой грезе наяву, снова и снова мысленно воспроизводя это утро. Природный квазикристалл. Невозможно.

Вздремнув, я через несколько часов отправил Луке электронное письмо с темой “Квазисчастливого Нового года”. Мой итальянский коллега был третьим человеком в мире, который узнал об открытии природных квазикристаллов. Но Лука, вероятно, сказал бы, что он был первым. Первоначальные порошковые дифракционные тесты в его лаборатории во Флоренции дали неоднозначные результаты. Но научная интуиция Луки, которая в течение следующих нескольких лет еще не раз подтверждала свою удивительную точность, вселила в него полную уверенность в том, что материал, который он мне прислал, содержит квазикристалл.

Через несколько дней Нань, как и обещал, сумел выкроить чуть больше времени на просвечивающем электронном микроскопе. Он поворачивал образец под разными углами и получил серию дифракционных картин с симметрией прямоугольника (см. слева внизу) и шестиугольника (справа).

Углы, под которыми Наню требовалось поворачивать образец, чтобы перейти от десятилучевого узора к прямоугольному, а затем к шестиугольному, точно соответствовали предсказываемым для икосаэдра; например, угол между воображаемой линией, соединяющей центр икосаэдра с одной из его вершин, и линией, идущей от центра икосаэдра к центру одной из его треугольных граней. Это было неоспоримым доказательством того, что наше зерно обладает идеальной икосаэдрической симметрией.

Предварительный тест Луки показал, что зерна содержали алюминий, железо и медь примерно в той же пропорции, которую Ан-Пан Цай и его коллеги измерили в историческом образце, открытом ими в 1987 году, – первом достоверном примере синтетического квазикристалла с точечными дифракционными пиками. Но для полной уверенности нам нужно было провести более точное измерение.

У меня был небольшой образец синтетического квазикристалла Цая, подаренный мне на память в 1989 году. Более двадцати лет он был одним из ценнейших экспонатов в моем кабинете, но я все же отколол от него небольшую часть, чтобы Нань провел количественное сравнение синтетического образца с первым известным природным.

Соответствие оказалось почти идеальным: Al_63Cu_24Fe_13 (63 % алюминия, 24 % меди и 13 % железа). Красиво ограненный синтетический квазикристалл Цая в форме додекаэдра и крошечные зерна в образце природного хатыркита имели в точности одинаковый состав и расположение атомов.

Эти два вещества прибыли в Принстон с противоположных концов света. Один из них был синтезирован в японской лаборатории, другой создан природой и привезен из Италии. А теперь выяснилось, что они почти в точности одинаковы. Невозможно.

Мы с Лукой при участии Яо Наня и Питера Лу подготовили статью под названием “Открытие природных квазикристаллов”, которую отправили в Science – ведущий журнал для представления новых научных результатов. Я знал, что нам придется подождать несколько месяцев, чтобы узнать, принята ли статья к публикации.

В тот момент мне следовало бы радоваться, что нам наконец-то удалось найти природный квазикристалл – достичь цели, к которой я стремился десятилетиями. Но вместо этого я ощущал странное неудовлетворение. Меня мучило чувство, что природа все еще хранит некую тайну, касающуюся этого образца хатыркита, которую еще предстоит раскрыть.

Я не мог понять, в чем конкретно причина этого ощущения, и понятия не имел, сколько пройдет времени, прежде чем я в нем разберусь. Просто было сильнейшее чувство, что приключение только начинается.

Глава 10

Когда вы говорите “невозможно”

Принстон, 8 января 2009 года

Я громко постучал в высокую дубовую дверь со стеклянной табличкой “Проф. Л. Холлистер”. Это должна была быть первая из множества моих встреч с прославленным геологом, и я понятия не имел, чего ожидать.

Я знал, что Линкольн – эксперт в петрологии, изучении происхождения и состава горных пород. Еще я знал, что он бескомпромиссный исследователь с широким кругом интересов и любимец принстонского кампуса. Но я не мог и предположить, что вскоре он станет одним из наших самых сильных критиков и поставит под сомнение обоснованность всего нашего проекта.

Линкольн сделал карьеру, бросая вызовы общепринятым представлениям и в итоге доказывая свою правоту. Когда он только начинал работать по своей специальности в 1960-х годах, все признавали, что минералы в метаморфических породах имеют однородный состав, поскольку образуются при высоких температурах и давлениях. Но Линкольн смог объяснить, почему это не так. Как один из первых геологов, получивших камни, доставленные с Луны, он показал, что некоторые минералы в лунных лавах, образовавшиеся, как считалось, на большой глубине под высоким давлением, на самом деле сформировались в быстро остывающих лавах на поверхности. Он также значительно продвинул наше понимание континентальной коры, проведя серию исследований в отдаленных регионах Британской Колумбии, Аляски и Бутана.

Успех Линкольна на протяжении всей карьеры основывался на его навыках выживания в дикой природе и жестком, деловом подходе к работе в лаборатории. Я знал, что нет лучшего эксперта, который помог бы мне выяснить, как образовался наш природный квазикристалл.

Искусственные квазикристаллы стали обычным явлением по всему миру с тех пор, как Ан-Пан Цай в 1987 году синтезировал первый идеальный образец Al_63Cu_24Fe_13. Но Цай работал в тщательно контролируемых лабораторных условиях, начиная с правильного соотношения различных металлов и заканчивая тщательно регулируемой скоростью охлаждения их смеси. В результате его команда создала идеальные искусственные образцы, вроде того, что изображен внизу слева. Напротив, квазикристаллы, которые мы обнаружили во флорентийском образце, были сформированы природой в совершенно неконтролируемой среде и спрессованы вперемешку с другими минералами, как видно на изображении справа. Белые точки соответствуют расположению квазикристаллов, а серые и черные – других кристаллических минералов.

Элементный состав природного квазикристалла был таким же, как у синтетического, и оба они имели примерно одинаковую бездефектную структуру. Мы словно смотрели на пару близнецов, появившихся, однако, у разных родителей в далеких частях света. Как это случилось? Я жаждал это узнать.

Когда Линкольн открыл мне дверь и поздоровался, первой моей мыслью было: он действительно выглядит как настоящий геолог. Ростом под метр восемьдесят, с загорелой кожей, седеющими волосами и грубоватым, по-мужски красивым лицом, Линкольн казался готовым в любой момент схватить рюкзак и отправиться в очередное путешествие.

Физически он был настолько в форме, что, не упомяни он сам о скором выходе на пенсию, я бы и не догадался, что ему уже семьдесят. Он сказал, что пакует вещи, чем и объяснялся царивший кругом беспорядок: всюду были разбросаны карты, микроскопы и крупные образцы горных пород.

Линкольн пригласил меня в свой внутренний кабинет, где было место, чтобы присесть, и в течение следующих тридцати минут я излагал ему свою историю. Я рассказал о том, как мы впервые разработали теорию квазикристаллов, об открытии синтетических версий в лаборатории и о моих поисках природного образца, которые начались в 1980-х годах и завершились меньше недели назад открытием, сделанным в Принстонском центре визуализации и анализа.

А потом я задал ему вопрос, который с того самого момента не давал мне покоя: каким образом природа это сделала?

Линкольн, прищурившись, взглянул на меня. Позже я узнал, что все его ученики очень хорошо знали этот прищур, как и то, что этот, как они говорили, “холлистеровский взгляд” непременно означает неприятности.

Он, должно быть, сделал поправку на то, что я физик-теоретик, который, очевидно, практически ничего не знает о геологии. Холлистеровский взгляд постепенно смягчился, когда Линкольн начал осторожно сообщать мне плохие новости.

– То, с чем вы пришли… – произнес он, сделав долгую драматическую паузу, – невозможно!

– Подождите! – Я порывисто перебил его.

Я слышал это слово десятилетиями и хотел объясниться.

– Квазикристаллы определенно возможны, – напомнил я ему. – Мы изготовили их в лаборатории, в том числе те, которые имеют тот же состав, что и природный образец, только что нами обнаруженный.

Явно изо всех сил сдерживаясь, Линкольн немного повысил голос:

– Меня не беспокоят квазикристаллы, – сказал он с напором. – Я никогда о них не слышал, но то, что вы объяснили, звучит нормально. Меня беспокоит то, что, по вашим словам, и квазикристалл, и кристалл хатыркита содержат металлический алюминий. Алюминий имеет очень сильное сродство к кислороду. На Земле полно алюминия, но он не металлический. Он весь связан с кислородом.

Как только алюминий связывается с кислородом, он перестает блестеть и теряет электропроводность металлического алюминия.

– Насколько мне известно, ни одного образца металлического алюминия или сплава, его содержащего, никогда не видели в природе. Вы думаете, что ваш камень имеет естественное происхождение. Но к сожалению, это, вероятно, просто отходы с алюминиевого завода.

Весь металлический алюминий, встречающийся в повседневной жизни, получен искусственно путем выделения металлического алюминия из оксида алюминия.

Заявление Линкольна звучало как приговор. На этом месте большинство геологов, уважая его репутацию, слыша строгий тон его голоса и понимая все сказанное, поблагодарили бы его за совет и тут же закончили свое расследование.

Однако перед ним сидел упрямый физик-теоретик, который, будучи неофитом во всем, что касалось геологии, был слишком хорошо знаком с “невозможными” проблемами. Поэтому я продолжил и задал Линкольну тот же вопрос, который всегда задаю себе, когда слышу слово “невозможно”.

– Когда вы говорите “невозможно”… Имеете ли вы в виду нечто невозможное, как 1 + 1 = 3? Или речь о чем-то очень и очень маловероятном? И крайне интересном, если это окажется правдой?

К счастью, Линкольн, похоже, не счел мой вопрос дерзким, поскольку не выгнал меня сразу из своего кабинета. Вместо этого он сделал паузу, чтобы обдумать ответ. Когда он наконец заговорил, его голос вернулся к нормальной громкости.

– Я полагаю, – задумчиво сказал он, – что, если бы я был вынужден исходить из естественного объяснения, мне нужно было бы найти условия, при которых алюминий мог бы легко отделиться от кислорода. Для этого потребовалось бы сверхвысокое давление, которое может быть обнаружено на глубине трех тысяч километров от поверхности Земли вблизи границы ядра и мантии.

– Но даже тогда, – продолжал он рассуждать, – если вам все же удастся получить металлический алюминий и сформировать свой квазикристалл, потребуется найти механизм, чтобы быстро доставить его на поверхность Земли без разложения минерала и реакции алюминия с кислородом по пути наверх.

На мгновение я забеспокоился, что он может счесть это непреодолимым препятствием. К счастью, я ошибался.

– Есть один мыслимый способ, которым это может произойти, – добавил он. – Возможно, вы знаете Джейсона Моргана, геофизика из Принстона, который помог оформиться современной теории тектоники плит. Джейсон вышел в отставку несколько лет назад. У него была теория о возможном существовании суперплюмов – трубообразных потоков вещества, восходящих от границы ядра и мантии к поверхности. Суперплюмы, если они существуют, были бы гигантскими версиями хорошо известных плюмов, породивших Гавайские острова.

– Концепция суперплюмов так и не была доказана, – продолжил Линкольн. – Но, если бы ваш образец был создан на границе ядра и мантии и таким образом вынесен на поверхность, это могло бы стать первым прямым доказательством его идеи.

Когда Линкольн закончил, мои глаза, должно быть, стали размером с блюдца. Все же наш образец не невозможен, – подумал я. – И если окажется, что он естественного происхождения, это будет иметь колоссальное значение.

После недолгого молчания я робко предложил свою любимую идею:

– Если проблема заключается в том, чтобы защитить алюминий от кислорода, возможно ли, что образец сформировался в космосе, быть может, внутри метеорита?

Идея о том, что метеориты могут быть источником квазикристаллов, приходила мне в голову и раньше. Я размышлял об этом несколько лет и даже упоминал об этой возможности в разговоре с Лукой, хотя мы и не стали ее разрабатывать. В то время я, однако, не догадывался, насколько мой вопрос наивен. Я думал, что в космосе мало или совсем нет кислорода, хотя на самом деле метеороиды и астероиды полны кислорода, связанного с другими элементами.

К счастью, Линкольн не указал на мою ошибку.

– Я мало что знаю о метеоритах, – сказал он, – но я знаю кое-кого, кто вам нужен.

Линкольн имел в виду Гленна Макферсона, главу отдела метеоритов Смитсоновского национального музея естественной истории. Гленн получил докторскую степень в Принстоне в 1981 году. Линкольн был знаком с ним уже не первый десяток лет и даже рекомендовал его на нынешнюю должность.

Линкольн предложил помочь мне организовать встречу с Гленном в его офисе в Вашингтоне. Он также предложил съездить к нему вместе со мной, и я с радостью согласился. Я воспринял это предложение как добрый знак, индикатор того, что легендарный геолог был до некоторой степени заинтересован нашим открытием.

Вернувшись в офис, я написал Луке в Италию, чтобы рассказать ему о своей встрече с Линкольном. Лука знал о профессиональной репутации Линкольна и очень его уважал. Я старался быть как можно более оптимистичным и не подчеркивал специально, что по первому впечатлению Линкольна образец был обычным куском металлолома.

Лука, как и я, не подозревал, что металлический алюминий никогда раньше не встречался в природе. Эта новость означала, что у нас стало еще больше причин беспокоиться о судьбе статьи, отправленной нами в Science. Оказывается, мы не только сообщали о невозможной новой форме материи, о квазикристалле, но также заявляли, что нашли природный металлический алюминий, что делало наше открытие вдвойне невозможным.

Лука был впечатлен идеей Линкольна о суперплюмах и тем, насколько хорошо, казалось, прошел разговор. Но, по правде говоря, я забеспокоился. Оба предложенных объяснения, что суперплюмы, что метеориты, выглядели серьезными натяжками.

Неделю спустя мы с Лукой получили добрую весть из редакции журнала Science. Статья, описывающая наше открытие природного квазикристалла, прошла первый этап рецензирования. Это звучало обнадеживающе. Тот факт, что редакторы не отвергли нашу статью сразу, означал, что они не сочли наши аргументы нелепыми, даже несмотря на то, что квазикристалл содержал металлический алюминий. Однако настоящим испытанием должен был стать следующий раунд рецензирования статьи. Все рецензенты будут экспертами, которые, вероятно, как и Линкольн, сочтут сообщение об открытии природного металлического алюминия абсурдным.

Вашингтон, округ Колумбия, 24 января 2009 года

“Невозможно!”

Мы с Линкольном поднимались ко входу в Смитсоновский институт по лестнице, на вершине которой уже стоял Гленн Макферсон. Держа открытой гигантскую дверь, ведущую в Музей естественной истории, он высказывал свое мнение о флорентийском образце достаточно громко, чтобы его могли слышать все.

Я не знал, что Линкольн подготовил Гленна к теме нашей беседы и что к нашему приезду тот уже внимательно проанализировал образец. Поэтому я был совершенно обескуражен таким началом встречи.

Гленн был выше нас с Линкольном. Стройный, с темными волосами, седеющими на висках, и темными усами, он, в отличие от Линкольна, выглядел как человек, проводящий все свое время в лаборатории.

Гленн проводил нас с Линкольном внутрь, помог зарегистрироваться и получить специальные бейджики, необходимые, чтобы войти во внутреннее святилище Смитсоновского института. Затем он повел нас к своему кабинету длинным извилистым путем, включавшим бесчисленные коридоры, лифты, множество защитных дверей, а потом еще больше коридоров. Все время, пока мы следовали за ним через все эти бесконечные проходы, Гленн продолжал забрасывать меня причинами, по которым наш образец не может быть естественным.

Присутствие в нем металлического алюминия – то самое обстоятельство, о котором сказал Линкольн, – было, по словам Гленна, лишь одной из проблем. Когда мы наконец добрались до конференц-зала рядом с его кабинетом, он пригласил нас сесть за большой стол, на котором тут же начал раскладывать ключевые статьи и распечатки данных, демонстрирующих, насколько невозможно естественное образование на Земле металлического алюминия.

– А что касается метеоритов… – зловеще произнес Гленн, прицелившись в мою любимую теорию. За время своей работы с метеоритами Гленн, как он нас заверил, видел все их типы – и ему никогда не приходилось встречать ни одного экземпляра, который содержал бы металлический алюминий или алюминиевые сплавы.

Гленн был убежден, абсолютно убежден, что наш образец – это… и тут он произнес ужасное слово из четырех букв: Ш-Л-А-К. Шлак – это универсальное название бесполезного побочного продукта промышленного процесса. Шлак означает не естественное. Шлак означает, что нам не удалось найти то, что, как мы думали, мы нашли. “Шлак” – отвратительное слово, которого я не хотел слышать.

Гленн, однако, еще не закончил. Другой большой проблемой, пояснил он, было утверждение, что в нашем образце металлический алюминий предположительно смешан с металлической медью в трех различных минералах: хатырките, купалите и нашем квазикристалле. Он утверждал, что это тоже невозможно. Как алюминий имеет сродство к кислороду, так медь имеет сродство к сере.

Эти два металла обнаруживаются в минералах разных классов из-за разного характера образуемых ими химических связей. Немыслимо, по словам Гленна, чтобы они могли естественным путем образовать металлический сплав вроде хатыркита, купалита или нашего квазикристалла в результате какого-либо природного геохимического процесса.

Третья проблема заключалась в отсутствии коррозии. Как мог образец, содержащий металлический алюминий, сохраниться на поверхности Земли без каких-либо следов коррозии?

Гленн все продолжал перечислять бесконечный, похоже, список дополнительных причин, по которым образец никак не мог быть природным.

Слушая и делая заметки, я понимал, что Гленн серьезно проработал этот вопрос, и предположил, что он старается произвести впечатление на Линкольна, своего бывшего наставника. Сначала Линкольн пытался отстоять версию природного квазикристалла, предложив свою идею о суперплюмах. Но в конце концов он сник под неутихающим напором Гленна. Несколько часов спустя, когда мы покидали Смитсоновский институт, Линкольн, казалось, был уже полностью убежден в выводах Гленна: наш образец обязан быть искусственным побочным продуктом алюминиевого завода или лаборатории.

Встреча в Смитсоновском институте могла бы положить конец нашему исследованию. Уверен, Линкольн и Гленн думали, что никогда больше не услышат ни обо мне, ни о Луке.

Однако рассуждения Гленна не пошатнули моей решимости. Все они опирались на различные разумные, но, откровенно говоря, недоказанные научные предположения. И хотя Гленн представил множество аргументов, подтверждающих его заключение, все его аргументы по определению отражали то, что наблюдалось в прошлом. Ни один из них не доказывал, что в будущем нельзя найти нечто новое.

Я предпочитал смотреть на ситуацию иначе. Если Гленн ошибается и флорентийский образец – не шлак, то его значимость еще выше, чем мы первоначально себе представляли. Он не только доказал бы существование природных квазикристаллов, но опроверг бы широко распространенные допущения о том, какого рода минералы могут формироваться в природе.

Когда мы с Линкольном вернулись в Принстон, я написал Луке электронное письмо с исчерпывающим и совершенно честным описанием нашего визита. Я нажал кнопку “Отправить” и подумал: что, если неутешительные новости склонят его отказаться от проекта? Долго ждать ответа мне не пришлось. Он появился в моем почтовом ящике уже через несколько минут.

Лука не собирался сдаваться. Он был уверен в природном происхождении нашего образца. Он не только оставался столь же привержен нашему исследованию, как и я, но был так же полон решимости научно доказать нашу точку зрения. Мы с Лукой понимали, что ложимся на опасный курс. Эта битва непременно станет публичной и, несмотря на все наши усилия, способна поставить нас в очень неловкое положение.

Чтобы выстоять в ней, нужно было выработать новую стратегию. И нам требовалось, чтобы два наших самых суровых критика – Линкольн и Гленн – играли в ней ключевую роль.

Глава 11

Команда синих против команды красных

Принстон, Флоренция, 25 января 2009 года

Мы с Лукой подвергались колоссальному давлению. Мы написали и подали в журнал статью, объявляющую о нашем открытии, и процесс рецензирования был в самом разгаре. Но теперь мы столкнулись с мощной оппозицией в лице Линкольна и Гленна, которые не признавали наших выводов.

По их утверждению, наш образец был шлаком. Мы были одурачены: природный хатыркит, наш природный квазикристалл и металлический алюминий были попросту невозможны.

Это противодействие поставило нас в ужасное положение. Если бы после публикации статьи в Science выяснилось, что она ошибочна, как считали Линкольн и Гленн, ущерб нашей репутации был бы огромным – и это сказалось бы на будущих исследовательских проектах. С другой стороны, если бы мы отступили и отозвали статью, это привлекло бы внимание и вызвало подозрения. Поиск природных квазикристаллов потерял бы доверие научного сообщества и мог бы вообще прекратиться.

Выйти из этого затруднительного положения можно было только одним способом – приложить все силы к тому, чтобы быстро, до публикации, решить ключевой научный вопрос: наш квазикристалл является природным или шлаковым? Мы считали, что аргументы в пользу природного происхождения образца намного сильнее. Но нужно было нечто большее. Требовались веские доказательства, способные пошатнуть позиции наших самых жестких критиков.

Также важно было сохранить участие в исследовании Линкольна и Гленна. Во-первых, мы вчетвером составляли хорошую команду. Их научный опыт хорошо дополнял наш. Тот факт, что оба они были настроены крайне скептически, я считал преимуществом. При всем желании я не верил, что мы с Лукой можем быть до конца объективными.

Главный принцип – не дурачить самого себя. А себя как раз легче всего одурачить[6].

Ричард Фейнман, 1974

Мой давний наставник Ричард Фейнман однажды выступил на церемонии вручения дипломов в Калифорнийском технологическом институте с яркой речью об опасности явления, называемого предвзятостью подтверждения. Это давно известная человеческая слабость, которая изучается десятилетиями. Люди во всех сферах жизни склонны игнорировать аргументы, которые противоречат ранее сформировавшимся у них убеждениям, а аргументы, которые выглядят подтверждающими, наоборот, охотно принимают. Тезис Фейнмана состоял в том, что чем сильнее ваша уверенность, тем больше вы рискуете ошибиться.

Я всегда твердо придерживался этой философии. И постепенно выработал надежное решение проблемы – я всегда ищу для своих исследовательских групп людей, которые, на мой взгляд, сыграют роль самых непримиримых критиков, каких только можно себе представить. Внутренние критики моей команды должны быть жестче любых иных, способных оспорить работу, если ей суждено стать опубликованной. Я называю критиков “красной командой”, а защитников – “синей командой”. Цель состоит в том, чтобы две команды сражались в безжалостной, но дружеской схватке до тех пор, пока не будет раскрыта научная истина.

Линкольн и Гленн были на тот момент настроены столь негативно, что стали идеальными кандидатами в красную команду. В этом состояла их неявная роль, которую мы никогда не обсуждали открыто. Мы с Лукой были синей командой и несли основную ответственность за сбор доказательств.

Члены синей команды, Лука и я, сразу начали ежедневные встречи в интернете, где обсуждали нашу исследовательскую работу, которая вскоре стала напоминать американские горки. Трепет в один момент, страх – в другой. Вскоре мы уже пристрастились к этим выбросам адреналина.

Лука на удивление дальновидно предложил переписываться в чате, вместо того чтобы вести голосовые беседы. Эти письменные протоколы оказались ценным ресурсом на извилистом пути нашего расследования. Мы часто возвращались к ним, чтобы проверить факты и освежить память.

Наша напряженная ежедневная переписка неизбежно переходила в соперничество: кому удастся обнаружить нечто наиболее интересное? Мы соревновались в поисках лучшей новой научной статьи, лучшего нового контакта в интернете, лучшей новой зацепки в вопросе происхождения флорентийского образца и лучших новых лабораторных измерений оставшихся зернышек. В большинстве случаев твердую победу одерживал Лука. Однако и я время от времени наслаждался неожиданными победами.

Нашей первоочередной задачей было понять, когда и как образец с надписью “Хатыркит” попал в минералогический музей Луки.

Лука прочесал архивы музея и откопал переписку более чем двадцатилетней давности. Из писем выяснилось, что музей приобрел хатыркит в 1990 году в рамках крупной закупки 3500 образцов. Курцио Чиприани, предшественник Луки, заплатил за весь лот около 30 000 долларов. Забавно было узнать, что наш драгоценный теперь хатыркит когда-то не стоил и десяти долларов в базарный день.

Согласно записям, Чиприани купил образцы у частного коллекционера минералов из Амстердама по имени Нико Куккук. Информация была многообещающая, но, к сожалению, неполная. Ни в одном из старых документов не было его контактных данных.

Амстердам, Голландия, февраль 2009 года.

Мы с Лукой погрузились в интернет и принялись рыться в голландских телефонных справочниках. Там нашлось множество Куккуков, но ни одного из них не звали Нико. Мы отыскали ряд других торговцев минералами и засыпали их электронными письмами на английском и голландском языках с просьбами о помощи. Но даже через месяц совместных усилий нам так и не удалось найти ни единой зацепки.

А если Нико Куккук так и не найдется, – недоумевал я, – как нам тогда установить происхождение флорентийского образца?

Это был досадный тупик, но мы с Лукой уже глубоко погрузились в расследование по другим направлениям. Времени было так мало, что у нас не оставалось выбора, кроме как разрабатывать множество разных идей параллельно.

Линкольн и Гленн по-прежнему настаивали на том, что содержащие алюминий металлические сплавы во флорентийском образце – не что иное, как шлак, и это была одна из главных наших проблем. Хотя и хатыркит, и купалит уже были внесены в каталог признанных минералов Международной минералогической ассоциации, ни Линкольн, ни Гленн не доверяли анализу, связанному с этими записями. Металлический алюминий без кислорода оставался камнем преткновения. “Невозможно”, – безапелляционно заявляли они.

Мы с Лукой думали, что сможем убедить их в естественном происхождении металлических сплавов, найдя еще один образец хатыркита в другой коллекции. Но было понятно: чтобы убедить их, источник должен быть безупречным.

Мы начали с проверки престижных музеев, располагающих гигантскими коллекциями минералов, таких как Смитсоновский институт в Вашингтоне и Американский музей естественной истории в Нью-Йорке. Ни там ни здесь нам не повезло, что, честно говоря, было неожиданно и немного тревожило. Тогда мы обратились к музеям с более скромными коллекциями, где иногда имелись каталоги минералов, доступные через интернет. И снова неудача, что еще сильнее нас обеспокоило. Затем мы перешли к проверке совсем скромных коллекций в небольших музеях, академических учреждениях и у частных собирателей по всему миру.

Мы обратились к международным торговцам минералами. Есть ли у кого-нибудь хатыркит? Не доводилось ли продавать его кому-нибудь? Мы проверили Mindat.org – великолепную общедоступную базу данных по минералам, которой пользуются как любители, так и профессиональные минералоги. У кого-нибудь на этом сайте есть хатыркит?

Нортфилд, Миннесота, март 2009 года

Итогом нашего широкоохватного поиска по всему миру стало выявление четырех потенциальных источников хатыркита. Три образца находились в Северной Америке и Западной Европе. Четвертый, возможно самый многообещающий, – в российском Санкт-Петербурге.

Меня особенно взволновало сообщение Луки, когда он обнаружил один из образцов в коллекции минералов Карлтон-колледжа в Нортфилде, штат Миннесота. Образец, хранящийся в академическом учреждении, несомненно подлинный, – подумал я. Уверенность еще больше укрепилась, когда я узнал, что ведущий профессор геологии Карлтона, Кэмерон Дэвидсон, – выпускник Принстонского университета и один из бывших студентов Линкольна.

Кэмерон согласился прислать мне минерал для исследования. Я возлагал большие надежды на этот конкретный образец и в нетерпении по несколько раз в день проверял свой университетский почтовый ящик. Прошло больше недели, прежде чем поступили плохие новости: Кэмерон решил сначала проверить минерал самостоятельно и обнаружил, что это подделка. На нем было написано: “Хатыркит, металлический сплав алюминия и меди”. Но проверка показала, что там нет даже следов алюминия.

То же случилось и с двумя другими предполагаемыми образцами, обнаруженными в ходе нашего поиска. По итогам проверок выяснилось, что все образцы за пределами России – полнейший фейк.

Наши попытки найти свежий образец хатыркита выявили ограничения международного рынка минералов. Коллекционеры-любители стремятся заполучить как можно больше различных видов минералов. Однако подлинность минерала невозможно установить невооруженным глазом. В отличие от алмазов, которые настолько дороги, что независимая сертификация считается рутинной процедурой, стоимость большинства минералов невелика, а профессиональные проверки требуют времени и сравнительно дороги. В итоге чаще всего коллекционер-любитель решает приобрести образец, полагаясь исключительно на информацию продавца. Но и тот, скорее всего, не проводил никаких проверок.

В конце концов коллекционер может решить либо подарить, либо продать непроверенный минерал музею или научному учреждению. Куратор тогда оказывается перед той же дилеммой, что и коллекционер. Тестирование занимает много времени и стоит довольно дорого. Обычный подход состоит в том, чтобы просто принять заявленное обозначение.

Все поддельные образцы доказывали одно и то же: международный рынок минералов похож на большое казино, где каждая продажа минерала – это лотерея. Я начал понимать, почему Линкольн и Гленн так скептически относились к образцу из Флоренции, несмотря на то что он был найден в уважаемом музее.

Может, он действительно не подлинный?

Санкт-Петербург, Россия, февраль – март 2009 года

У нас оставался четвертый и последний шанс. Вся надежда была на образец, который находился в российском Горном музее в Санкт-Петербурге. Я пытался умерить свой энтузиазм в свете наших предыдущих неудач, но все же делал ставку на успех.

Русский образец должен быть подлинным, – рассуждал я, – поскольку это официальный голотип кристаллического хатыркита, что, по-видимому, означает, что он прошел строжайшую проверку подлинности.

Голотип – это сертифицированный образец нового минерала, одобренный Международной минералогической ассоциацией. Для того чтобы новый минерал был принят ассоциацией, необходимо представить результаты серии лабораторных испытаний, которые рассматриваются международным комитетом минералогов. Если комитет сочтет результаты тестов убедительными, к публикации должна быть подготовлена статья с описанием нового минерала. Кроме того, образец, называемый голотипом, должен быть передан в дар общественному музею.

С голотипом хатыркита были связаны трое российских ученых – Леонид Разин, Николай Рудашевский и Леонид Вяльсов. Мы с Лукой знали, что в 1985 году они написали научную статью, представленную на иллюстрации слева, где сообщали об открытии как хатыркита, так и купалита. Для нас это было весьма примечательно, поскольку указывало на совпадение: это были те самые редкие минералы, которые мы нашли во флорентийском образце.

Мы с Лукой считали, что если петербургский голотип, как ожидалось, окажется подлинным, то позиции флорентийского образца значительно усилятся. Итак, мы вернулись к русской статье и еще раз тщательно ее проанализировали.

В ней сообщалось, что новый минерал был обнаружен в отдаленном районе Чукотского округа. Мы с Лукой выяснили, что Чукотский округ – официальное название территории, расположенной напротив Аляски за Беринговым проливом и к северу от полуострова Камчатка.

Камчатку и Чукотку разделяет Корякское нагорье. На нем берет начало одна из крупнейших здешних рек Хатырка, от названия которой образовано название “хатыркит”. Русские ученые писали, что обнаружили хатыркит, промывая сине-зеленую глину на Лиственитовом ручье неподалеку от реки Хатырки, как показано на карте со следующей страницы.

Особенно вдохновило нас то, что это место соответствовало этикетке на пластиковой коробке, которую Лука нашел в своем музее: Khatyrka, Koriak Russia.

Означало ли это, что флорентийский образец происходит из того же места? Возможно. Если так, то вполне вероятно, что образец был природным, поскольку в столь отдаленном регионе России не было ни заводов, ни литейных цехов.

Но даже если образцы были не из одного и того же места, само существование подлинного образца хатыркита с таким же основным химическим составом, как у образца, найденного во Флоренции, было хорошей новостью для синей команды. Если бы мы смогли доказать Линкольну и Гленну, что петербургский голотип имеет естественное происхождение, это заставило бы их пересмотреть свои возражения.

Дальнейшие действия были ясны. Нам нужен был доступ к голотипу для проверки исходных результатов лабораторных исследований.

Мы с Лукой попытались использовать наше совместное влияние, чтобы позаимствовать голотип из российского Горного музея. Мы объяснили, что хотим подтвердить подлинность образца из Флоренции и выполнить на голотипе ряд определенных неразрушающих тестов, которые никоим образом не повредят материал. К сожалению, директор петербургского Горного музея отказался сотрудничать. Предоставление друг другу образцов для тестирования – обычное дело среди ученых, тем более если образцу в процессе не грозят повреждения, как и предполагалось в данном случае. Но российский директор строго запретил кому-либо прикасаться к голотипу, в том числе и своей собственной команде ученых.

Для нас с Лукой это было особенно тяжелым поражением. Еще один обескураживающий тупик.

Принстон, март 2009 года

В разгар всей этой бурной деятельности журнал Science прислал очередное сообщение о нашей статье, объявляющей об открытии природного квазикристалла. Я со страхом ждал этого момента на протяжении уже нескольких месяцев. Мы с Лукой испытывали в тот период всю тяжесть резкой критики Линкольна и Гленна, и я предполагал, что их мнение разделят и другие геологи. Так что я ожидал от журнала резкой критики, сопровождаемой язвительным письмом об отказе.

Готовый к худшему, я был приятно удивлен и польщен текстом рецензии на нашу статью. Анонимные коллеги по профессии в целом отреагировали одобрительно. Они признали важность нашего открытия, задали хорошие вопросы и внесли конструктивные предложения по улучшению работы.

У нас с Лукой не возникло никаких трудностей с тем, чтобы учесть рекомендации рецензентов. Мы оба чувствовали, что статью, скорее всего, примут к печати, как только будут рассмотрены наши исправления, а это означало, что до публикации, вероятно, остается менее двух месяцев. Конечно, мы именно к этому и стремились. Но тем острее становилась потребность срочно разрешить наши разногласия с красной командой.

Линкольн предложил новый подход. Если установить точное место, где был обнаружен петербургский образец, можно было бы изучить геологические условия в окрестностях. Он предположил, что так мы сможем найти нечто, способное помочь нам объяснить загадочное присутствие металлического алюминия.

Мы с Линкольном сразу же приступили к работе в принстонском Центре карт и геопространственной информации. Мы часами корпели над хранящимися в коллекции большими картами Чукотки в поисках хоть какого-нибудь упоминания Лиственитового ручья. Это было трудоемкое исследование в духе научных изысканий прошлого.

В статье российской группы было достаточно информации, чтобы сузить зону поиска километров до двадцати. В обычных обстоятельствах этого бы хватило. Но в данном случае различных возможностей было слишком много. Рельеф Корякского нагорья настолько разнообразен, что геологические условия кардинально меняются каждые несколько километров. Нам нужно было найти конкретный ручей, чтобы как можно точнее определить место открытия.

Я всегда находил название ручья музыкальным, по крайней мере, так я его произносил: ЛИСТ-вен-и-ТОВ-ый. Я повторял его про себя, просматривая листы карт, будто мог заставить его волшебным образом появиться тихим повторением: ЛИСТ-вен-и-ТОВ-ый, ЛИСТ-вен-и-ТОВ-ый, ЛИСТ-вен-и-ТОВ-ый. Возможно, именно поэтому это название так глубоко врезалось в мое подсознание.

Я редко запоминаю свои сны. Но однажды, когда я поздно вечером вернулся домой из картографического центра, мне приснился особенно яркий сон о Лиственитовом. Мы с Лукой стояли вместе на берегу ручья перед холмом, возвышавшимся на несколько футов над нашими головами. Наши руки были сцеплены и высоко подняты в знак победы, и мы широко улыбались.

Я не мог даже представить себя путешествующим в такое отдаленное место, как Корякское нагорье. Но тот сон был настолько сильным эмоциональным переживанием, что я записал его и пересказал Луке во время одной из наших ежедневных переписок через интернет. Это был настолько необычный опыт, что объяснить его я мог, только предположив, что все неудачи и разочарования синей команды начали сказываться на мне психологически.

Несмотря на многие часы, проведенные в поисках любых доступных источников, мы с Линкольном так и не сумели отыскать на картах никаких следов Лиственитового ручья. Итак, еще один тупик.

Соперничество синей и красной команд становилось настолько неравным, что я даже бросил вести счет.

Принстон и Флоренция, март – апрель 2009 года

Хотя бо́льшая часть наших усилий концентрировалась на попытках установить происхождение и свойства петербургского образца, синяя команда продолжала поиски и по другим направлениям. Например, мы с Лукой все еще пытались найти научное объяснение присутствию в образце природного алюминия.

Мы были удивлены, обнаружив целый ряд публикаций ученых, утверждающих, что они открыли в природе чистый металлический алюминий. Не смешанный с медью или другими металлами, как в нашем образце, а просто чистый алюминий. Когда мы с Лукой показывали такие статьи Линкольну и Гленну, они высмеивали каждое из этих утверждений. По их словам, авторы были малоизвестными, а их доказательства неубедительными. С точки зрения красной команды природный металлический алюминий был чем-то совершенно невозможным.

Тем не менее я стал связываться с этими учеными и закупать образцы их материалов. В итоге получилась, как я ее называю, “самая большая в мире коллекция (предполагаемого) природного алюминия”.

Когда я начал исследовать образцы, мне пришлось признать, что Линкольн и Гленн, вероятно, правы. Большинство образцов выглядели сомнительно. Один из них был особенно подозрительным – похожим на обрывок электрического провода, в который попала молния. Другие было труднее оценить, и я посчитал, что тут оправдан более серьезный анализ. Я мог бы провести его сам, но решил, что это должен сделать наиболее скептически настроенный человек.

Поэтому я отнес всю свою коллекцию Гленну, надеясь, что он изучит все в своей лаборатории в Смитсоновском национальном музее естественной истории. Однако он почему-то никак не находил на это времени. То ли он был слишком скептичен, то ли слишком занят, то ли и то и другое. На момент, когда я пишу эти строки, моя коллекция все еще ожидает его анализа. Впрочем, она не занимает слишком много места у него на полке. “Самая большая в мире коллекция (предполагаемого) природного алюминия” могла бы уместиться на ладони, и еще осталось бы полно места.

Мы с Лукой нашли множество других статей, описывающих металлический алюминий, обнаруженный в отдаленных районах, который, однако, определенно можно было связать с человеческой деятельностью. Его источники включали литейные производства, выхлопы реактивных двигателей, испытания ядерных бомб, сковородки и монеты, надолго оставленные на горячей печи. Согласно нашим исследованиям, все эти образцы, возникшие в результате антропогенных процессов, отличались по физическим свойствам от флорентийского образца. Это не доказывало его природного происхождения, но это были хорошие новости, которые ненадолго подняли дух отстающей синей команды.

Мы с Лукой также отыскали научные статьи с различными теориями того, как металлический алюминий мог бы образовываться в ходе естественных процессов. Некоторые из этих идей казались довольно запутанными, и мы не знали, как оценить их жизнеспособность.

Поначалу я надеялся, что большинство из этих теорий удастся отсеять с учетом геологии Камчатского полуострова и Чукотки. К сожалению, надежда была наивной. Какое бы безумное геологическое свойство ни требовалось для теории образования природного алюминия, в тех местах оно встречалось. Этот регион был настоящей геологической мешаниной – не зря геологи изучали его десятилетиями. Из-за геологической сложности региона ни одну из теорий так и не удалось исключить.

Тель-Авив, Израиль, март 2009 года

Крайний срок для принятия решения о публикации нашей статьи в журнале Science стремительно приближался, а мы с Лукой все еще не могли доказать, что открытый нами квазикристалл был природным, в чем сами были уверены. В качестве последней отчаянной меры мы предприняли попытку разыскать Леонида Разина, ведущего автора русской статьи 1985 года, в которой впервые сообщалось об открытии на Чукотке хатыркита и купалита.

Из ограниченного объема информации, доступной в интернете, мы узнали, что на момент публикации статьи в 1985 году Разин возглавлял советский Институт платины[7]. Это многое объясняло, поскольку платина играет стратегически важную роль в технологиях, а на Чукотке есть ее значительные месторождения. Профессиональные интересы Разина объясняли его работу в таком далеком районе.

Тот факт, что Разин возглавлял Институт платины, подсказывал, что он не был простым минералогом. Чтобы занять такой пост, требовались серьезные политические связи внутри коммунистической партии[8].

Жив ли еще Разин? В России ли он? Мы с Лукой написали русским ученым по электронной почте. Каждый из них направлял нас к другим, те – к третьим и так далее. В общем, мы снова провалились в кроличью нору.

В конце концов мы узнали, что Разин был довольно известным человеком, но никогда не пользовался особой популярностью и уважением у коллег. Несколько человек сказали нам, что у него были влиятельные знакомые в КГБ и что он не стеснялся использовать эти связи для уничтожения своих конкурентов.

Другие ученые, включая всемирно известных геологов и членов престижной Российской академии наук, сказали нам, что Разин не заслуживает доверия. Они не восприняли всерьез заявление Разина об обнаружении природных минералов, содержащих металлический алюминий, просто потому, что в принципе не считали его сколько-нибудь надежным источником какой-либо информации. Другими словами, наши российские коллеги сошлись во мнении с Линкольном и Гленном, хотя и по другой причине. Они тоже считали, что образец, вероятно, был подделкой.

Честно говоря, это было последнее, что мы с Лукой хотели бы услышать. На тот момент статья Разина была нашей единственной серьезной зацепкой. Мы все еще надеялись, что российское открытие подтвердится, хотя все улики были не в нашу пользу.

После долгой переписки нам наконец удалось выйти на нескольких человек, которые подтвердили нам, что Разин еще жив. Они считали, что он эмигрировал из России в Израиль после распада Советского Союза в начале 1990-х годов. Израиль – не очень большая страна, поэтому нетрудно было просмотреть в интернете телефонные справочники основных городов. Я быстро обнаружил, что L. Razin зарегистрирован в Тель-Авиве.

Однако при попытке позвонить возникла проблема: человек, ответивший на звонок, не говорил по-английски. Я повесил трубку и решил привлечь израильского аспиранта из Принстона в качестве переводчика.

Я перезвонил, теперь уже вместе со своим опытным переводчиком с иврита. И снова проблема: на том конце провода не говорили и на иврите.

В третий раз я призвал на помощь русского аспиранта. Наконец-то успех! Собеседник свободно говорил по-русски и сразу подтвердил, что я дозвонился до дома Леонида Разина.

Я сделал несколько глубоких вдохов, ожидая, пока Разин подойдет к телефону. У нас вот-вот должен был состояться важный разговор, который повлияет на будущее всего проекта.

Кратко представившись, я сказал ему, что меня интересует статья 1985 года об открытии хатыркита и купалита.

– Вы – тот самый Леонид Разин, ведущий автор статьи? – спросил я, пытаясь сдержать волнение.

– Да, я академик Разин, – холодно ответил он.

Голос Разина звучал скорее формально, чем дружелюбно. Он явно хотел убедиться, что я уважаю его статус выдающегося члена Российской академии наук[9].

Я решил не говорить ему, что обладаю сопоставимым статусом в Соединенных Штатах и был избран в Национальную академию наук. Вместо этого я попытался успокоить его: похвалил его статью и описал, как мы обнаружили образцы новой фазы вещества в породе с аналогичным химическим составом.

Его реакция была на удивление прохладной. Я ожидал, что Разин обрадуется звонку другого ученого, желающего обсудить статью, которую он написал почти четверть века назад. Я полагал, что он еще сильнее взволнуется, узнав, что его работа поможет обосновать существование новой формы материи.

Однако Разин словно бы источал крайнее безразличие. На меня его отношение произвело отталкивающее впечатление, но я продолжал засыпать его вопросами.

– Вы лично обнаружили образцы хатыркита в полевых условиях?

– Да, – ответил он. Это слово я понял безо всякого перевода и облегченно улыбнулся.

– У вас остался ваш геологический полевой дневник? – спросил я, надеясь прочитать о том, как он обнаружил образец хатыркита, а также его заметки о геологическом окружении.

Разин хмыкнул и что-то пробормотал.

– Я не уверен, – проговорил он наконец. – Возможно, он в Москве.

Я оторвался от своих записей. Для меня это был большой красный флаг.

Линкольн уже сказал мне, что каждый полевой геолог всегда знает, где находится его полевой дневник. Это ценнейшая вещь, которая должна быть всегда с собой при работе на местности. Геолог пишет подробный отчет о каждом взятом образце камня, песка или глины и о точных условиях, в каких тот был найден. Потерять дневник или где-то оставить совершенно непозволительно. Меня очень обеспокоил тот факт, что Разин не знал точного местонахождения своего полевого дневника.

Я попробовал зайти с другой стороны:

– Не могли бы вы рассказать мне о том, в каких условиях вы нашли этот образец?

– Это описано в статье, – прозвучал холодный ответ.

Я настаивал:

– Мне бы хотелось получить более подробную информацию о точных геологических условиях.

Разин снова хмыкнул и что-то пробормотал. Наконец прозвучало:

– Я не помню.

Я снова оторвался от своих записей. Большой красный флаг только что буквально вспыхнул пламенем.

Разин утверждал, что нашел образец лично. Тот самый образец, в котором, по его утверждению, он обнаружил новые уникальные минералы, который передал в качестве голотипа в петербургский Горный музей и который представил в Международную минералогическую ассоциацию для признания новых минералов.

И теперь он говорит мне, что не помнит, где он его нашел?

Я продолжил двигаться по списку вопросов:

– Есть ли у вас другие образцы? – спросил я.

– Может быть, – ответил он. – Может быть, в Москве.

Всего через несколько секунд на экране моего компьютера открылся туристический сайт – я уже уточнял стоимость билета из Тель-Авива в Москву и обратно. Менее пятисот долларов. Терпимо, подумал я.

– Не могли бы вы слетать в Москву, – продолжал спрашивать я, – чтобы найти свой геологический полевой дневник и дополнительные образцы? Я бы оплатил стоимость перелета и проживания.

– Может быть, – прозвучал приглушенный ответ.

Мы с переводчиком недоумевали, что означает это “может быть”.

Проблемы со здоровьем? Нет. Может, дело в политике? Нет. Не хотелось ехать в Россию по другим причинам? Нет. После эмиграции в Израиль он несколько раз ездил туда и обратно.

Наконец до нас дошло, что Разин, наверное, намекает на вознаграждение.

Я пытался объяснить ему, что мы академические ученые и изучаем минералы, практически не имеющие рыночной стоимости. Мы искали крошечные образцы сплавов алюминия, меди и железа, образцы, абсолютно бесполезные в коммерческом плане, но бесценные для науки.

Мы очень ограничены в средствах, продолжал я. Покрыть его расходы на поездку в Москву мы в состоянии, но выплатить денежное вознаграждение нам не по силам.

Я надеялся, что Разин оценит возможность внести свой вклад в науку. Вместо этого он затих и почти перестал отвечать. Вскоре телефонный разговор завершился.

Следующие несколько дней я тщательно взвешивал все варианты и обдумывал, как бы подступиться к Разину. Я обратился за советом к моему бывшему ученику Дову Левину. Прошло двадцать пять лет с тех пор, как мы с Довом придумали идею квазикристаллов. Теперь он был профессором Техниона в Хайфе и надежным коллегой.

Дов связал меня с одним из своих русских друзей в Хайфе, который согласился поговорить с Разиным о его требованиях. Возможно, подумал я, все же получится выплатить ему небольшую компенсацию.

Однако запрос, поступивший от Разина через посредника, был просто возмутительным. Он хотел намного больше того, что я мог себе позволить. Друг Дова пытался убедить меня в обратном. Он рассказал, что многие русские эмигранты в Израиле страдают от финансовых проблем. По его словам, Разин был достойным доверия ученым и заслуживал моей щедрости.

Однако меня Разин тревожил. За время нашего телефонного разговора он успел произвести на меня очень дурное впечатление. Я не сомневался, что Разин сможет откопать какой-нибудь полевой дневник, если я отправлю его в Москву. Однако, с учетом нашего разговора, я не был уверен, что тот будет подлинным.

Несколько дней я мучился с выбором, но в конце концов принял решение прервать общение с Разиным.

Когда наша последняя надежда рухнула, мы с Лукой были глубоко подавлены. Как нам теперь выяснять происхождение петербургского голотипа? И как нам без этой информации установить подлинность флорентийского образца? А без подтверждения подлинности нашего образца хатыркита как доказать, что обнаруженный нами квазикристалл не подделка?

У меня было чувство, что мы с Лукой провалились буквально на самое дно. К сожалению, я ошибался. Вскоре дела приняли еще более неприятный оборот.

Глава 12

Изощренный, если не злонамеренный, Творец

Принстон и Флоренция, конец апреля 2009 года

Месяцы детективной работы пошли коту под хвост, и тревога в синей команде все нарастала.

За отсутствием других вариантов мы с Лукой были вынуждены вернуться к самому началу. У нас все еще лежали в ожидании изучения от 50 до 100 крошечных крупинок, и на каждую из них требовалась масса времени и усилий. Дело было не только в том, что с крошечными образцами трудно работать, – многие из них содержали настолько сложные сочетания минералов, что для полного анализа требовалось несколько дней, а в некоторых случаях несколько недель.

В целом объем материала был меньше точки в конце этого предложения. Но было ясно, что, как бы мы ни старались, нам физически не успеть проанализировать все фрагменты до дедлайна в журнале Science, который маячил менее чем в двух месяцах.

Ситуация усугублялась тем, что нам с Лукой приходилось выкраивать время на исследования, лавируя между другими научными проектами, регулярными преподавательскими обязанностями, поездками на конференции и публичными выступлениями. Например, Лука как директор Музея естественной истории Флорентийского университета занимался разработкой детальной программы по увековечиванию памяти своего предшественника Курцио Чиприани. Чиприани был близким другом и коллегой Луки. Полвека он курировал флорентийскую коллекцию минералов.

Вдова Чиприани Марта также помогала в планировании мероприятий. Однажды она разговорилась с Лукой после очередного заседания. Он рассказал ей об истории нашего проекта и посетовал на трудную текущую ситуацию. У нас кончились идеи и близились к исчерпанию материалы для исследования. В результате мы серьезно рисковали не уложиться в сроки.

Марта слушала с интересом, тихо кивая. Лука упомянул, что наше исследование строится вокруг образца из музейной коллекции Куккука. И тут ее глаза заблестели. Она знала, что ее покойный муж лично отвечал за приобретение минералов у Куккука и очень ими дорожил. Так что безо всяких колебаний она решила раскрыть нам один из его величайших секретов. Как рассказала Марта, ее муж часто приносил минералы с работы домой, чтобы тщательнее исследовать их в личной лаборатории, которую он оборудовал в подвале.

Выносить образцы из музея было строжайше запрещено. И даже высокий статус Чиприани как директора музея не позволял сделать для него исключение из этого правила. Лука был поражен услышанным, но вместе с тем заинтригован. Если Чиприани так сильно любил коллекцию Куккука, то в его личной лаборатории могла найтись какая-нибудь важная подсказка. Так что Лука с готовностью принял приглашение Марты и посетил их дом уже на следующий день.

Лука обнаружил, что Чиприани как настоящий профессионал был очень педантичен в своей лабораторной работе. Он тщательно фиксировал в журнале все подробности своих исследований, так что разобраться в хорошо организованных записях было несложно. На одной из страниц хатыркит был аккуратно помечен знакомым номером 4061, тем самым, что стоял на коробке с хатыркитом, которую Лука ранее откопал в музейном запаснике.

Осматривая секретную лабораторию своего наставника, Лука с удивлением обнаружил, что Чиприани сумел собрать большую коллекцию материалов – более сотни образцов, в отдельной пластиковой коробке каждый. Копаясь в них, Лука нашел коробку с небольшим пузырьком и пометкой: “4061-Хатыркит”. Внутри пузырька была крошечная порция порошкообразного материала. Чиприани, по-видимому, соскоблил его с оригинального образца и взял домой в свою секретную лабораторию, где порошок, предположительно, годами оставался нетронутым.

Я был в восторге от нашей удачи, когда Лука написал мне об этом по электронной почте.

Неожиданно хатыркита для изучения стало больше! Причем из того же самого источника, в котором содержались природные квазикристаллы!

Я был уверен, что секретная коллекция Чиприани поможет нам подтвердить подлинность образца хатыркита и содержащихся в нем природных квазикристаллов. Казалось чудом, что фортуна вновь повернулась к нам лицом. Если повезет, мы обнаружим множество прямых контактов между квазикристаллами и другими естественными минералами, а именно таких доказательств настойчиво требовали от нас Линкольн и Гленн.

Мы с Лукой были настолько уверены в важности этой находки, что решили немедленно послать ее Гленну Макферсону. Мы хотели дать главному скептику красной команды возможность первым прикоснуться к нетронутому материалу, посчитав это лучшим способом убедить его в естественном происхождении флорентийского образца.

Уже на следующий день Лука отправил порошок по почте в Смитсоновский институт. Мы с нетерпением ожидали реакции Гленна, а также богатейших научных данных, которые он, конечно же, предоставит. Синяя команда шла на обгон! Моему величайшему возбуждению в тот момент было соразмерно лишь чувство глубокого облегчения от того, что мы наконец-то были в шаге от успеха.

Вашингтон, 12 мая 2009 года

Десять дней спустя мы получили электронное письмо от Гленна. Но это не были поздравления, которых мы ждали. Прочитав первую строчку, я похолодел.

Я начинаю верить в изощренность, если не явную злонамеренность, Творца[10].

Что? Нет! – промелькнула мысль. И я стал читать дальше. Это были дурные вести.

Я осмотрел оба зерна. Они являются частями метеорита Альенде… В целом они окружены мелкозернистым материалом, который может происходить только из матрицы метеорита Альенде или почти идентичного углистого хондрита CV3. Я потратил тридцать лет, рассматривая Альенде, и это либо он, либо его близнец. Здесь не может быть ничего общего с хатыркитом и купалитом… Если предположить, что это Альенде, то заявленное местонахождение (Сибирь) удалено на 13–16 тысяч километров от места его падения (на севере Мексики). Если это был обломок того метеорита, я бы сказал, что присутствие алюмомедных сплавов наводит на мысль, что вы нашли фрагмент шестимиллиардолетнего инопланетного звездолета, попавшего в ловушку в Солнечной системе, когда она только формировалась… Пол, я не знаю, что сказать. С учетом того, что мне теперь известно, я бы отозвал статью, до тех пор пока мы не получим приемлемых доказательств… Что до меня, то я настолько ошеломлен, что отправляюсь домой и собираюсь как следует выпить. При других обстоятельствах (и лет сорок назад) я бы подумал, что это все Аллен Фант с его шоу “Скрытая камера”. У меня от всего этого просто крыша едет.

Я понял, что неожиданное чудо из секретной лаборатории Чиприани обернулось полной катастрофой. И так оно и было.

Как один из ведущих мировых экспертов по метеориту Альенде Гленн немедленно опознал его несомненные признаки в порошковом материале из пузырька Чиприани. Метеорит Альенде, названный по месту его падения вблизи одноименного мексиканского города, вошел в атмосферу и столкнулся с Землей 8 февраля 1969 года. Гленн потратил годы, исследуя каждую трещинку Альенде, поскольку в нем таились секреты рождения Солнечной системы.

Некоторые космологи считают, что Вселенная возникла из ничего в Большом взрыве, который случился 13,8 миллиарда лет назад. Другие полагают, что взрыв мог в действительности быть отскоком, переходом от предшествующей эпохи сжатия к нынешнему периоду расширения, и в таком случае Вселенная может быть намного старше. В любом случае космологи соглашаются, что 13,8 миллиарда лет назад Вселенная была намного горячее и плотнее солнечного ядра. Пространство было заполнено раскаленным газом из быстро движущихся свободных протонов, нейтронов и электронов. По мере расширения пространства горячий газ остывал и элементарные частицы, которые прежде носились свободно, теперь соединялись друг с другом, образуя атомы, молекулы, пыль, планеты, звезды, галактики, скопления галактик и скопления скоплений. Около 9 миллиардов лет спустя в галактике, известной как Млечный Путь, в облаке пыли, состоящем из остатков предыдущих поколений звезд, начала формироваться наша Солнечная система. Бо́льшая часть вещества свалилась в центр пылевого облака и образовала молодое Солнце. Остатки пыли, вращающиеся вокруг Солнца, медленно слипались, конденсируясь в планеты, астероиды и другие объекты, которые мы до сих пор видим обращающимися вокруг Солнца.

Метеорит Альенде, наряду с другими метеоритами, известными как углистые хондриты CV3, образовался более 4,5 миллиарда лет назад при рождении Солнечной системы как раз в момент возгорания Солнца. Образцы этих метеоритов высоко ценятся, поскольку дают ученым очень важную информацию о химических и физических условиях, существовавших в то время.

Гленн исследовал образцы Альенде так долго и тщательно, что распознал бы их даже во сне. Неудивительно, что он был шокирован, обнаружив, что Чиприани по ошибке поместил порошок хорошо известного Альенде в пузырек для ничем не примечательного образца “4061-Хатыркит”. Как же мог Чиприани спутать образец из флорентийского музея с таким прекрасно распознаваемым материалом? В любом случае, Гленн счел это непростительным.

Лука был поражен и подавлен. Я чувствовал себя немного лучше. Для меня это была лишь последняя неприятность в уже и без того безумно переменчивом расследовании. В конце концов, мы могли никогда и не узнать, какие эксперименты проводил Чиприани в своей домашней лаборатории. Да, пометка “4061” совпадала с музейной этикеткой. Но все наши осмысленные данные были получены для другого образца 4061 – тщательно хранимого музейного образца хатыркита, который совершенно определенно не был частью метеорита Альенде.

Гленн видел ситуацию иначе. Он дал нам понять, что рассматривает это фиаско как позорную точку невозврата. Он утратил доверие ко всему, что поступало из Флоренции. С чего ему доверять подлинности оригинального музейного образца? Весь музей, настаивал он, может быть набит неверно идентифицированными образцами и подделками.

Что еще хуже, Гленн решил, что он теперь будет категорически против публикации статьи в Science, и настаивал на том, чтобы красная команда выступила единым фронтом. Он отправил Линкольну копию своего резкого письма об изощренном, если не злонамеренном, Творце, недвусмысленно предлагая ему присоединиться к сопротивлению.

Принстон, 15 мая 2009 года

Я знал, что рукопись статьи для журнала Science уже находилась у выпускающего редактора и стремительно двигалась к публикации. Так что реакция Гленна на инцидент с Чиприани поставила меня перед дилеммой. Как руководителю группы мне следовало принять трудное решение, которое могло повлиять на профессиональную репутацию каждого участника, – публиковать или отзывать статью?

Миссия красной команды как скептиков заключалась в том, чтобы не дать нам обмануть самих себя, о чем предупреждал Фейнман. Линкольн и Гленн были потрясающими сотрудниками. Но их дружеское оппонирование перерастало в открытое противодействие.

Как мы можем публиковать наше открытие без их поддержки? – размышлял я.

Поскольку ни Линкольн, ни Гленн не фигурировали в числе соавторов, они не участвовали в принятии этого решения. Но в то же время мы с Лукой не хотели сбрасывать со счетов их мнение. Они были важными компетентными советниками, внесшими существенный вклад во все аспекты исследования, которое мы вели с момента первоначального открытия.

Однако нам нужно было проконсультироваться и с двумя официальными соавторами – Питером Лу и Яо Нанем. Десять лет назад Питер помогал мне изучать всемирную базу данных по минералам. А пять месяцев назад мы с Яо Нанем, блестящим микроскопистом и директором Принстонского центра визуализации и анализа, сделали исходное открытие.

Питер выступил за немедленную публикацию. Он выразил уверенность в том, что образец природный, основываясь на своих впечатлениях от имеющихся снимков исходного фрагмента музейного хатыркита. Нань отказался голосовать и положился на научное суждение синей команды.

Я сопоставил все мнения с имеющимися доказательствами и быстро принял решение. Однако я специально выждал, прежде чем обратиться к Линкольну и Гленну. Отношения накалялись, и я хотел дать красной команде остыть, чтобы мы могли провести беспристрастную дискуссию.

В серии встреч и телефонных звонков я напомнил им о толстом лабораторном журнале с наблюдениями и данными, собранными по образцу из флорентийского музея. Все они говорили в пользу естественного происхождения образца.

И Линкольн, и Гленн признали, что это правда.

Далее я указал на то, что инцидент с Чиприани не имеет отношения к делу. Возможно, Чиприани действительно, взяв домой образцы из музея, впоследствии неаккуратно с ними обращался. Но в конечном итоге история с Чиприани ничего не доказывала и не опровергала. Я настаивал на том, что мы должны ее просто игнорировать. Все наблюдения и данные в статье, отправленной в Science, были строго ограничены исходным образцом хатыркита, который тщательно отслеживался и сохранялся во флорентийском музее.

Конечно, Гленн теперь с подозрением относился ко всему, что поступало из Флоренции, включая музейный образец. Однако под давлением он вынужден был признать отсутствие каких-либо доказательств того, что с музеем что-то не так.

Наконец, подводя итоги, я сделал упор на то, что считал ключевым моментом, с которым все могли согласиться: на преобладание доказательств, указывающих на то, что флорентийский образец хатыркита и квазикристаллы в нем являются природными. Ни Линкольн, ни Гленн не могли не согласиться с этим выводом.

Но этим, подчеркнул я, полностью исчерпывалось то, что мы утверждали в своей статье. Мы не претендовали на абсолютное доказательство того, что квазикристалл был природным. Учитывая их обеспокоенность, мы добавили оговорку о том, что наличие металлического алюминия в минералах, включая квазикристаллы, объяснить крайне сложно. Мы и не давали этому феномену никакого окончательного объяснения, а лишь представляли все имевшиеся на тот момент аргументы. Мы признавали, что присутствие алюминия могло означать, что образец был побочным продуктом человеческой деятельности. В то же время, однако, мы представили убедительные экспериментальные данные в пользу альтернативной теории, которая, следует признать, была довольно смелой гипотезой о естественном образовании квазикристаллов.

Я всегда считал, что статья, в которой честно представлены подтверждающие доказательства наряду с четким предупреждением об ограничениях, должна считаться научно корректной. Я также полагал, что публикация о нашем открытии позволит другим ученым добавить к ней свои аргументы и данные или предложить другие идеи, лучше объясняющие существование загадочного флорентийского образца.

Лука полностью согласился с моим анализом. Линкольн и Гленн, однако, решительно возражали, и их упорное сопротивление раскрыло подлинную природу научного конфликта. Они были обеспокоены тем, что физик-теоретик, то есть я, придерживался более низких стандартов доказательности, чем петролог и эксперт по метеоритам, то есть они. По их мнению, статью не следовало публиковать до тех пор, пока мы не получим возможность окончательно исключить вариант с антропогенным происхождением сплавов металлического алюминия. И неважно, сколько времени на это уйдет.

Для Линкольна и Гленна остававшаяся неопределенность перевешивала все доказательства. В конце концов я понял, что ни тщательность формулировок, ни сколь угодно полное раскрытие всех деталей с моей стороны никогда не смогут это компенсировать. Оба они выражали обеспокоенность, что при таком числе остающихся без ответа вопросов статья может стать профессиональным конфузом, и в какой-то момент прямо попросили, чтобы я убрал их имена из раздела благодарностей или хотя бы изменил формулировки, ясно обозначив, что они не поддерживают сделанные выводы.

Однако к тому времени статья уже была отправлена в печать. Журнал отклонил запрос на частичное редактирование и отказался удалить благодарности. Единственная альтернатива, которую предложили редакторы, – снять статью целиком.

Итак, наступил решающий момент. Снятие статьи в последний момент возымело бы серьезные последствия. Отказ от публикации обычно интерпретируется как признак проблем, а плохие новости быстро распространяются в научном сообществе. Я знал, что отказ от публикации вызовет подозрения и подорвет доверие к проекту в будущем.

В тяжелых размышлениях над принятием окончательного решения я заново вспоминал события последних пяти месяцев. Наши с Лукой поиски природных квазикристаллов оказались намного более непредсказуемым делом, чем любое другое научное предприятие, в котором мне доводилось участвовать прежде, с невероятным числом тягостных поворотов и виражей. Я хорошо понимал, что Линкольн и Гленн привыкли к куда более организованным исследованиям.

Я также понимал, почему красная команда была столь обеспокоена подделками. По их мнению, металлический алюминий просто не мог существовать в естественной среде. Однако, на мой взгляд, бессчетные часы лабораторных исследований во Флоренции, Вашингтоне и Принстоне, по существу, исключили все до единой идеи о том, как наш образец мог быть получен искусственно. Естественное происхождение этого минерала было наиболее правдоподобным объяснением, даже если мы не могли ответить на все связанные с ним вопросы.

Каждый раз, перебирая аргументы, я приходил к одному и тому же выводу: статью следовало опубликовать. Она была написана ответственно, а цена отказа от ее публикации стала слишком высокой. Я не сомневался в том, что принимаю правильное решение, и твердо отклонил возражения красной команды.

Наша статья под названием “Природные квазикристаллы” была опубликована в журнале Science 5 июня 2009 года. Соавторами выступили Лука Бинди, Яо Нань, Питер Лу и я с благодарностями Линкольну Холлистеру и Гленну Макферсону.

Последствия оказались неоднозначными. С одной стороны, статья в журнале Science получила значительное международное внимание. Не было никаких признаков скептицизма, что казалось удивительным, учитывая спорный характер наших данных. Мы с Лукой были полны энтузиазма. В то же время я не мог не заметить, что красная команда внезапно замолчала. Линкольн и Гленн никак не сообщили нам, что ознакомились с публикацией, и предпочли не высказывать никаких комментариев ни в одной из многочисленных последующих статей, которые публиковались в различных изданиях по всему миру.

Флоренция, 3 июля 2009 года

Примерно через месяц после публикации об открытом нами первом в истории природном квазикристалле и через два года после начала совместной работы мы с Лукой наконец-то получили возможность встретиться лично. Мне удалось навестить его во Флоренции в ходе поездки в Европу для чтения серии лекций по другой теме.

Мы тепло обняли друг друга. После сотен ежедневных разговоров по “Скайпу” обо всем, от научных проблем до семейных вопросов, встреча с Лукой была подобна воссоединению со старым другом. Было ясно, что интенсивная совместная работа установила между нами тесную связь. Лука оказался выше и еще спортивнее, чем я предполагал. Бурный энтузиазм и искреннее тепло, которые он умудрялся передавать даже через интернет, еще ярче проявлялись при личной встрече. Мы двое принадлежали к разным культурам, разным поколениям и разным научным кругам. Однако мы нашли друг в друге поистине родственные души.

Лука провел для меня краткую экскурсию по университетскому музею и с гордостью показал прекрасные новые стенды с минералами, которые он сконструировал. Мы устроились поработать в его кабинете и несколько часов без перерыва говорили о состоянии нашего исследования и о том, что нужно делать дальше.

Хотя статья в Science была успешно опубликована, мы оба прекрасно осознавали, что не оправдали высоких ожиданий красной команды. То, что научные журналы, пресса и читатели приняли наш результат, не имело большого значения. Мы не собирались останавливаться, пока не произойдет одно из двух: либо мы убедим Линкольна и Гленна в своей правоте, либо они убедят нас, что мы неправы. А значит, наше расследование должно было продолжаться. Мы с Лукой договорились проанализировать больше зерен в поисках дополнительных улик, выполнить новые эксперименты с уже изученными зернами, собрать больше информации об алюминиевых сплавах и проанализировать больше теоретических идей о природе флорентийского образца.

Я ждал, что статья в Science послужит своего рода триггером, в чем и признался Луке. Я надеялся, например, что она побудит геологов по всему миру проверить собственные коллекции минералов на наличие природных квазикристаллов или, еще лучше, отправить нам свои образцы для изучения. Но, к моему разочарованию, никто к нам не обратился. Искать предстояло самим.

Наша напряженная дискуссия продолжалась и за обедом, пока нам с сожалением не пришлось расстаться. Я дружески обнял Луку на прощание и покинул Флоренцию с чувством еще большей признательности и восхищения своим итальянским коллегой.

А вот со стороны Линкольна и Гленна я начал чувствовать растущую холодность в электронных письмах, которые теперь стали редкими. Оказалось, ощущения меня не обманули. Через несколько недель после моего возвращения из Европы Линкольн в жесткой форме выразил мне свое разочарование:

Я считаю, что образец, с которым вы работали, не является природным. Я чувствую, что в попытках определить его происхождение я уткнулся в стену убывающей отдачи.

Линкольн сообщил, что не станет продолжать работу с нами, если только мы каким-то образом не отыщем совершенно новый образец из какого-то другого источника. Это, разумеется, подразумевало уход из проекта и Гленна тоже.

Это письмо Линкольна меня разочаровало и опечалило. Конечно, у красной команды действительно были очень серьезные разногласия с синей. Но, как и все хорошие научные разногласия, наши дебаты оставались исключительно рабочими и никогда не переходили в личные нападки. Я всегда считал, что Линкольн и Гленн играют ключевую роль в нашем расследовании, а потому был полон решимости тем или иным образом сохранить их участие в нем. Тот факт, что теперь мы переживали полосу разногласий, ни на йоту не изменил моего уважения к ним.

Но откуда мог взяться следующий прорыв? И что я мог сделать для возвращения Линкольна и Гленна в команду в отсутствие каких-либо значимых новостей?

Глава 13

Тайный секретный дневник

Флоренция, сентябрь 2009 года

Прошло почти три месяца с публикации в Science о нашем открытии. Однако за целое лето, потраченное на исследования, ни у кого из нашей команды не появилось ничего, хотя бы отдаленно заслуживающего внимания. Мы с Лукой и Яо Нанем проводили долгие часы в лаборатории без какого-либо прогресса.

И вот, когда казалось, что наш проект вот-вот окончательно завязнет, случилось нечто совершенно неожиданное. Причем не в лаборатории. Не на конференции. Не во взаимодействии с другими учеными. Катализатором послужили вино и спагетти.

Лука наслаждался ужином во Флоренции со своей сестрой Моникой и ее другом Роберто, развлекая их рассказами о самых драматичных моментах нашей истории. А история была уже довольно длинной: бесценный образец хатыркита, найденный Лукой в хранилище своего музея, неожиданное открытие природного квазикристалла в лаборатории Принстона с участием Яо Наня, досадные поддельные образцы, которые мы обнаружили в частных коллекциях, неприкасаемый голотип, запертый в музее Санкт-Петербурга, сомнительный русский ученый, которого мы разыскали в Израиле, необъяснимая путаница со знаменитым метеоритом Альенде, а также бесконечная череда безрезультатных экспериментов и дискуссий.

Лука рассказал, что мы проследили происхождение оригинального образца хатыркита из флорентийского музея до голландского коллекционера минералов. Но, к нашему сожалению, этот след обрывался в Амстердаме. Товарищ Луки по застолью, Роберто, как раз жил в Амстердаме и был заинтригован этой деталью. Он кивнул, когда услышал фамилию коллекционера – Куккук. По его словам, неудивительно, что того трудно найти, поскольку это довольно распространенная фамилия. У самого Роберто была знакомая по фамилии Куккук. Эта пожилая женщина жила в соседнем доме, и он часто помогал ей носить пакеты из продуктового магазина. Он пообещал Луке, что спросит ее совета.

К тому времени мы с Лукой уже потратили месяцы на прочесывание Амстердама. По мнению Луки, шансы на то, что случайная знакомая Роберто, не имеющая отношения к нашей истории, окажется полезной, были крайне малы. Но он ошибался.

Не прошло и суток, как Роберто вернулся в Амстердам и отправил Луке электронное письмо. Его соседка не просто знала Нико Куккука – они были очень хорошо знакомы. На самом деле она оказалась его вдовой!

Неожиданная новость поразила нас как молния. Лука немедленно купил билет в Амстердам, куда было два часа лета, и отправил мне короткое электронное письмо о том, что собирается как можно скорее расспросить пожилую женщину.

“Чувствую себя агентом ЦРУ”, – писал Лука.

Амстердам, сентябрь 2009 года

На следующий день Лука с большими надеждами прилетел в Амстердам. Воодушевленный, он направился к квартире Куккуков в соседнем с Роберто доме, где, к его удивлению, они с Роберто внезапно натолкнулись на непробиваемую стену по имени Дебора Куккук. По всей видимости, восьмидесятилетняя дама была озадачена непрошеным визитом и, к ужасу Луки, категорически отказалась сотрудничать. Она не хотела делиться личной информацией своей семьи с неизвестным итальянцем, каким бы обаятельным и убедительным он ни был.

Роберто, к его чести, изо всех сил старался спасти ситуацию. Он решил, что единственный выход для Луки – это исчезнуть из виду, чтобы он сам попытался наедине поговорить со своей соседкой. Лука неохотно согласился и угрюмо отправился ждать в ближайшее кафе.

Как может Роберто обнаружить что-то полезное? – думал Лука. – Ведь двумя днями ранее он еще ничего не знал о наших поисках.

Пока Лука вынужденно бездействовал, разговор между Роберто и Деборой превратился в битву характеров. Всякий раз, когда Роберто спрашивал Дебору о коллекции ее мужа, та настаивала, что практически ничего о ней не знает. Она была готова признать, что ее покойный муж торговал минералами и ракушками. Она также знала, что в 1990 году он избавился от всей своей коллекции минералов, чтобы сосредоточиться исключительно на сборе ракушек, которым он отдавал предпочтение. Вот и все. Больше она ничего не знала. Конец истории. Какими бы способами Роберто ни пытался расспросить о коллекции минералов, Дебора уходила в глухую оборону.

Наконец то ли Роберто какими-то словами расшевелил ее память, то ли женщина устала от его назойливых вопросов, но Дебора робко предложила поделиться важной новой информацией. Она сказала Роберто, что, хотя ее муж и продал свою коллекцию минералов, он сохранил свой секретный дневник, в котором вел записи обо всех приобретениях. И тот все еще оставался у нее.

После аккуратных уговоров Дебора согласилась дать Роберто заглянуть в секретный дневник. Разумеется, он быстро нашел запись о хатырките, который был описан просто как “руда из России”. Нико Куккук также дотошно отметил, что получил образец во время поездки в Румынию.

Далее в записи пояснялось, что Куккук купил образец в Румынии в 1987 году у человека по имени Тим. Ни фамилии, ни контактной информации не было.

Торговец минералами по имени Тим? В Румынии? Тим Румынский?

Роберто наскоро переписал некоторые заметки, попрощался с Деборой и сообщил новость Луке, который передал ее мне. Мы с Лукой предположили, что Тим, скорее всего, занимался контрабандой минералов. Они с Куккуком, по всей видимости, вели совместный бизнес в конце 1980-х годов, когда Румыния еще находилась под властью коммунистического диктатора и считалась сателлитом Советского Союза. В те времена тайный вывоз природных минералов из-за железного занавеса, вероятно, считался серьезным преступлением.

Принстон и Румыния, октябрь 2009 года

Следующий шаг, конечно, будет несложным, думалось мне. По сравнению с поисками Леонида Разина в Израиле или вдовы голландского торговца минералами в Амстердаме разыскать Тима Румынского будет легко.

В конце концов, – рассуждал я, – сколько в Румынии может быть контрабандистов по имени Тим?

Мой оптимизм был необоснованным. Мы разослали ориентировку своим контактам в Румынии и коллекционерам по всему миру, однако оказалось, что никто никогда не слышал о Тиме Румынском.

По мере того как мы расширяли наши поиски Тима, проблеск надежды появился на другом фронте.

Одна из проблем, которая осложняла нам работу с самого начала исследования, состояла в том, что для изучения мы располагали всего двумя крошечными зернышками и крайне ограниченной информацией о породе, откуда они получены. У нас был единственный снимок с большим увеличением одного среза исходного образца, где была видна сложная конфигурация алюмомедных сплавов и силикатных минералов. Но, сделав это изображение, Лука измельчил срезы, чтобы извлечь те зерна, которые он отправил мне в Принстон для анализа. И конечно же, именно в этих зернах обнаружился самый первый природный квазикристалл.

Линкольн Холлистер постоянно сетовал, что для изучения доступно одно-единственное изображение. Всякий раз при встречах он подчеркивал, что Лука совершил серьезную ошибку, измельчив флорентийский образец и, что особенно досадно, не получив перед этим большую серию снимков с разным увеличением с помощью своего электронного микроскопа. Изображения могли бы показать, что квазикристаллы и другие сплавы алюминия и меди окружены силикатными минералами, о природном происхождении которых хорошо известно, или имеют с ними множественные контакты. Выявив эти контакты и, возможно, обнаружив места, где металл и силикаты прореагировали друг с другом химически, мы получили бы веские доказательства того, что квазикристаллы тоже были естественными. К сожалению, зерна после измельчения стали слишком маленькими, чтобы обеспечить убедительные доказательства.

Мне было особенно тяжело согласиться с этой критикой, поскольку я глубоко осознавал ее незаслуженность. На самом деле Лука сделал полную серию электронных микрофотографий. Беда в том, что они были утрачены. После того как Лука получил соответствующую серию снимков, его лабораторию во Флоренции постигла настоящая катастрофа: сломался электронный микроскоп – и жесткий диск с данными не подлежал восстановлению. Лаборатория занялась заменой микроскопа и жесткого диска. А остатки сломанного оборудования без особых церемоний бросили пылиться в углу. Фотографии Луки пропали на сгоревшем жестком диске.

Лука сразу рассказал мне о катастрофических событиях и, естественно, был глубоко опечален. Но больше всего он боялся, что эти проблемы создадут у Линкольна и Гленна впечатление низкого, любительского уровня работы его лаборатории. Лука считал, что правдивый рассказ о том, как он стал жертвой случайной механической поломки, прозвучал бы жалко – в духе “собака съела мою домашнюю работу”. Поэтому он заставил меня поклясться хранить молчание, решив, что ему лучше вынести шквал критики со стороны красной команды, чем глупо оправдываться.

Я уважал решение Луки, но предложил, чтобы мы потихоньку попытались выяснить, не сможет ли специалист по восстановлению данных вытащить хоть что-то из потерянных изображений. Увы, эксперт, с которым мы консультировались, не стал нас обнадеживать. Он считал, что шансов на успех мало, потому что в результате аварии значительная часть жесткого диска была непоправимо повреждена. Разочарованные в очередной раз, мы вдвоем вернулись к основному направлению нашего расследования и совершенно забыли об усилиях по спасению данных.

Спустя несколько месяцев, когда поиски контрабандиста минералов Тима Румынского приближались к своему удручающему завершению, Лука получил неожиданное сообщение от компьютерных волшебников. Каким-то образом им все же удалось восстановить несколько изображений с поврежденного жесткого диска.

Это было хорошей новостью еще и потому, что восстановленные изображения послужили подходящим поводом для того, чтобы попытаться наладить взаимопонимание с Линкольном и Гленном. Они были удивлены, узнав всю правду о засекреченной аварии оборудования у Луки. И очарованы набором восстановленных изображений, одно из которых приведено на следующей странице.

Линкольн и Гленн, вероятно, ожидали четких доказательств искусственной природы алюмомедных сплавов, к чему они всегда склонялись. Но вместо этого, как заметил Гленн в электронном письме, изображения оказались несколько неожиданными:

Здесь уровень сложности гораздо выше, чем на любой из предыдущих фотографий. Я бы использовал термин “собачий завтрак”!

Гленн любит образный язык. С того момента термин “собачий завтрак” стал частью внутреннего жаргона нашей команды. Само это выражение в британском сленге обозначает еду настолько безобразную, что понравиться она может лишь четвероногому члену семьи. Учитывая, что традиционная британская кухня включает такие блюда, как кровяной пудинг и заливное из угря, можно понять, какой ужас означает это выражение.

В данном случае Гленн пытался выразить свое впечатление, что наблюдаемый на изображениях беспорядок трудно истолковать. Фотографии были не похожи ни на что из того, что ему доводилось изучать ранее. Однако он не отметил на изображениях ничего, что вынудило бы его пересмотреть свое мнение о том, что образец из Флоренции является шлаком.

Мы с Лукой, напротив, обнаружили несколько важных особенностей, которые, видимо, упустил Гленн. Во-первых, шлак обычно содержит определенные характерные детали, такие как пузырьки или кусочки других распространенных промышленных материалов. Однако на восстановленных изображениях ничего подобного не наблюдалось.

Во-вторых, границы раздела между металлом, который выглядит светлым, и силикатами, которые представляются более темными, в ряде случаев были прямыми. Окружающие силикаты, состоящие из смеси кремния, кислорода и других компонентов, также были кристаллическими. Такая конфигурация на границе двух минералов могла возникнуть только в том случае, если оба материала сначала были полностью расплавлены до состояния жидкой смеси, а затем медленно охлаждались.

Из стандартных таблиц, используемых инженерами и геофизиками, мы знали, что охлаждающиеся силикаты должны кристаллизоваться первыми при температуре около 1500 градусов Цельсия. Медно-алюминиевые сплавы кристаллизуются позже, примерно при 1000 градусов Цельсия. Это дало нам количественную информацию о том, какие температуры испытывал наш “собачий завтрак”.

Тот факт, что металл расплавился, но не прореагировал с кислородом из расплавленного силиката, также имел большое значение. Обычно расплавленный металл химически очень активен, поскольку его атомы могут свободно перемещаться и вступать в реакцию с любыми встретившимися на пути атомами кислорода. Но здесь налицо был случай контакта расплавленного алюминия с жидким силикатом, богатым кислородом, без какой-либо реакции.

Логичным объяснением было то, что металл затвердел чрезвычайно быстро – прежде, чем успел вступить в реакцию со связанным в силикате кислородом. Сверхбыстрое охлаждение также объяснило бы необычно искаженные формы. Однако настолько быстрого охлаждения в норме не случается ни в каких-либо естественных процессах на поверхности Земли, ни в обычных лабораториях.

Благодаря восстановленным с жесткого диска изображениям мы с Лукой пришли к выводу, что список возможных источников флорентийского образца сужается. Теперь все указывало на естественное происхождение.

Амстердам, ноябрь 2009 года

Воодушевленные недавним успехом в восстановлении компьютерных изображений со сломанного жесткого диска, но разочарованные тем, что нам так и не удалось найти Тима Румынского, мы с Лукой решили попробовать тактику, почти не имевшую шансов на успех. Лука должен был вернуться в Амстердам и спросить Дебору, несговорчивую вдову голландского коллекционера минералов, не знает ли она чего-нибудь о Тиме.

На этот раз Деборе было комфортнее общаться с Лукой, так что она пригласила его в свой дом. После обмена любезностями он сразу перешел к делу: слышала ли она когда-нибудь, чтобы ее муж Нико упоминал кого-нибудь из Румынии по имени Тим?

Ответ Деборы был прямым и твердым: нет.

Лука, однако, проявил настойчивость, помня о том, сколько времени понадобилось Роберто, чтобы вытащить из нее информацию. Он рассказал Деборе, что ее покойный муж упомянул Тима по имени в дневнике, который она показала Роберто. Так что они, вероятно, были хорошими знакомыми.

Может быть, она вспомнит, что муж рассказывал ей о своих приключениях в Румынии? Нет, настаивала Дебора.

Разговор продолжался в том же духе. С какой бы стороны Лука ни пытался подойти к этой теме, ответ Деборы всякий раз оказывался одним и тем же. Она никогда не слышала, чтобы ее муж упоминал кого-нибудь по имени Тим.

И вот, когда Лука уже собирался сдаться, Дебора тихим голосом сделала поразительное признание. Ее муж вел второй дневник – ТАЙНЫЙ секретный дневник. В этом втором дневнике Куккук, очевидно, фиксировал приобретения сомнительной, как ему было известно, законности, в том числе и приобретения минералов при подозрительных обстоятельствах. Он не хотел оставлять бумажный след об этих операциях в своих официальных записях. Дебора, видимо, слишком нервничала или слишком смущалась, чтобы упомянуть об этом раньше. Но теперь она быстро принесла ТАЙНЫЙ секретный дневник из соседней комнаты и вручила его Луке. Как только дневник оказался в его руках, ему не потребовалось много времени, чтобы найти искомое.

В переводе запись гласила:

Большинство металлических минералов, имеющихся в моей небольшой коллекции фрагментов, были переданы мне через Тима.

Вступительная фраза соответствовала первому дневнику Куккука. А вот продолжение записи дало нам нечто новое:

Тим добывает минералы в лаборатории Рудашевского. Минералы в основном были переданы Тиму Л. Разиным (директором крупного центра в России), человеком, который работал в лаборатории Рудашевского.

Думаю, Луке трудно было сохранить самообладание. Все имена в ТАЙНОМ секретном дневнике были к тому времени хорошо нам известны. Два из них принадлежали ученым, игравшим важную роль в истории с хатыркитом. Доказательство их связи с Нико Куккуком поражало.

Разин. Судя по дневниковой записи Куккука, образец из Флоренции не просто был химически похож на петербургский голотип. Он поступил ровно из того же источника – от Леонида Разина, ученого, найденного нами в Израиле и отказавшегося сотрудничать, ученого, который утверждал, что лично обнаружил образец.

Рудашевский. Мы с Лукой знали Николая Рудашевского как электронного микроскописта, который работал со многими русскими минералогами в своей лаборатории в Санкт-Петербурге. В обмен на его помощь те часто включали Рудашевского в качестве соавтора в свои научные публикации. В 1985 году в одной из работ, написанных им в соавторстве с Разиным, описывалось открытие хатыркита и купалита.

Упоминание Куккуком двух российских ученых означало, что и флорентийский образец, и голотип в петербургском Горном музее, должно быть, происходили из одного и того же места – отдаленного района на востоке России, в окрестностях которого не было ни алюминиевых заводов, ни сложных лабораторий, где образцы могли быть получены искусственно.

Петербургский голотип, конечно, уже был сертифицирован Международной минералогической ассоциацией и признан имеющим естественное происхождение. Если оба образца поступили из одного и того же места, разумно было предположить, что флорентийский образец также сформировался естественным образом. Мы с Лукой были уверены, что ТАЙНЫЙ секретный дневник Куккука – это как раз тот самый перевал, одолев который мы сумеем доказать свою правоту в отношении первого в истории природного квазикристалла.

Глава 14

Валерий Крячко

Принстон и Флоренция, ноябрь 2009 года

Согласно ТАЙНОМУ секретному дневнику Нико Куккука, источником флорентийского образца хатыркита был Леонид Разин. Он же был ведущим автором статьи, описывающей петербургский голотип.

Но как Разин получил эти два образца?

Сам он утверждал, что лично добыл эти минералы в 1979 году в отдаленном необитаемом районе Дальнего Востока России. Но я знал, что экспедиция на Чукотку сопряжена с серьезными трудностями. Опыт контакта с Разиным заставил меня усомниться в его утверждении.

В то время Разин возглавлял советский Институт платины в Москве[11]. Коллеги полагали, что у него были прочные семейные связи как с КГБ, так и с коммунистической партией, которая контролировала все аспекты повседневной жизни в бывшем Советском Союзе. Те, кто лично был близок к сотрудникам КГБ (службы безопасности, впоследствии переименованной в ФСБ), были, как считалось, вполне способны разрушать жизнь другим людям.

Казалось маловероятным, что такой высокопоставленный человек с политическими связями, привыкший к городской жизни, отправился бы с обременительной миссией в подобное всеми забытое место. Я был убежден, что настоящие полевые работы должен был проводить кто-то из его подчиненных.

Но кто именно?

Санкт-Петербург, ноябрь 2009 года

Из дневника Куккука следовало, что Разин работал с лабораторией Николая Рудашевского, когда образец хатыркита был контрабандой вывезен из страны. Мне удалось разыскать Рудашевского, которому было уже за восемьдесят, – тот по-прежнему жил в Санкт-Петербурге со своей семьей. Его сын Владимир свободно говорил по-английски и был нашим посредником. Владимир пошел в науку по стопам отца и стал успешным предпринимателем в горнодобывающей промышленности. Он гордился отцовскими достижениями, понимал научное значение наших исследований и полностью поддерживал наши поиски невозможного.

Владимир часами беседовал со своим пожилым отцом о нашем расследовании, но ему не удавалось освежить его память о работе с хатыркитом и купалитом, выполненной более тридцати лет назад. И неудивительно: в то время образцы Разина не казались чем-то особо примечательным, а с тех пор лаборатория Рудашевского протестировала сотни, если не тысячи, других материалов.

Оказавшись в тупике, Владимир попытался придумать другой способ помочь нам. Я рассказал ему о своем неожиданно тяжелом общении с Леонидом Разиным. Владимир вызвался вместо отца позвонить напрямую Разину, чтобы попробовать продвинуться дальше. Я осторожно согласился, надеясь, что личная просьба сына бывшего коллеги, который и сам был ученым, склонит Разина к сотрудничеству.

Однако разговор Владимира с Разиным оказался еще провальнее, чем мой. Изначально Разин пытался помешать мне, потому что я не согласился на его непомерную плату. Теперь он был в ярости, узнав, что Владимир пытается помочь мне получить информацию бесплатно. Владимир рассказал мне, что Разин так разозлился во время их телефонного разговора, что пытался запугать его, напомнив о своих политических связях.

Эти угрозы ошеломили меня. Бывшие коллеги Разина предупреждали, что он может проявлять враждебность. Поэтому теперь я забеспокоился, что наше безобидное научное расследование может нанести вред семье Рудашевских. Хотя Разин и жил в Израиле, у него могли быть длинные руки.

Когда я попытался извиниться перед Владимиром за то, что подверг его самого и его отца потенциальной опасности, он просто рассмеялся, выразив уверенность в том, что угрозы Разина – пустышка. И действительно, с Рудашевскими ничего не случилось. Тем не менее мы с Лукой приняли произошедшее близко к сердцу и поклялись в будущем избегать любых контактов с Леонидом Разиным.

Флоренция и Принстон, декабрь 2009 года

Мы с Лукой, должно быть, уже тысячу раз перечитали оригинальную научную статью, в которой объявлялось об открытии хатыркита и купалита. Первый ее абзац всегда казался до странности загадочным.

В нем упоминался человек (первое выделение на изображении ниже) по имени В. В. Крячко, который обнаружил несколько неопознанных зерен при промывке породы из ручья Лиственитового (второе выделение). Но, во-первых, в этом абзаце не приводилось никаких деталей о самой промывке и не объяснялось, как именно она связана с открытием хатыркита и купалита. Во-вторых, этот загадочный Крячко больше нигде не упоминался и не был указан в качестве соавтора. Казалось, такое отсутствие упоминаний указывает на то, что Крячко не играл большой роли в открытии. Но если так, то зачем вообще упоминать его или ее? В-третьих, несмотря на наши самые тщательные поиски, нам так и не удалось найти на картах загадочный ручей Лиственитовый.

Существовали ли в действительности это место и этот человек?

Один авторитетный российский академик сказал нам, что есть очень простое возможное объяснение: не исключено, что Крячко – вымышленный персонаж, а ручей Лиственитовый – вымышленное место.

Разин был директором Института платины, напомнил нам наш собеседник. Он искал руды ценных металлов и, возможно, пытался скрыть все подробности, опасаясь конкуренции. Несмотря на то, что хатыркит и купалит не представляли рыночной ценности, конкуренты Разина догадались бы, что они были обнаружены во время поисков платины, проводимых институтом. Если бы Разин точно задокументировал события и местность, соперники могли бы собрать достаточно информации, чтобы отыскать ценные месторождения. Так что, возможно, Разин был практически вынужден создать вымышленную историю, чтобы сбить со следа конкурентов.

Это объяснение выглядело правдоподобным, хотя и немного странным в силу своего ненаучного характера.

Мы перепроверили версию о вымысле, обратившись к другому российскому академику, который сразу же выразил несогласие. Он заверил нас, что Крячко был не вымышленным персонажем, а довольно известным минералогом. Однако, как нам было сказано, он, к сожалению, уже несколько лет как скончался.

Располагая теперь уже двумя разными версиями, мы справились у третьего российского академика – и получили еще одну. Согласно третьей версии, Крячко был чукчей – одним из коренных жителей Чукотки. Вероятно, его наняли в качестве проводника для экспедиции Разина, по завершении которой он, должно быть, вернулся в свое поселение где-то в тундре. В таком случае, как нас заверили, искать его было совершенно бесполезно. Да и сколько-нибудь важной информацией он все равно не располагал бы, поскольку был в экспедиции на подхвате.

Итак, по мнению экспертов, В. В. Крячко либо был вымышленным персонажем, либо уже умер, либо его нельзя было разыскать. И что бы из этого ни оказалось правдой, все едино – нам никогда не установить с ним контакт. Мы с Лукой двинулись дальше.

Спустя несколько месяцев после того, как мы забросили поиски Крячко, мы с Лукой снова наткнулись на это имя в другом контексте. Тщательно изучая обширную литературу о российских рудных месторождениях, Лука заметил малоизвестную статью о минералах платиновой группы, обнаруженных в Корякских горах. Соавтором статьи был не кто иной, как В. В. Крячко.

То же самое имя? В том же самом регионе? Изучение близкородственных минералов?

Мы были уверены, что это не совпадение. Однако о В. В. Крячко не приводилось никакой информации, не упоминалось даже его место работы. Так что было непонятно, жив ли он.

Мы обратились к соавтору статьи Вадиму Дистлеру, который, как мы выяснили, был ведущим научным сотрудником ИГЕМ – находящегося в Москве Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук.

Мое электронное письмо Вадиму оставалось без ответа в течение нескольких недель – достаточно долго, чтобы я решил, что мы попали в очередной тупик. Когда Вадим наконец ответил на мое сообщение, он извинился за задержку и объяснил, что не мог добраться до своего кабинета из-за болезни и суровой зимней погоды в Москве. Мы договорились о телефонном звонке, и я подыскал русского коллегу в Принстоне, чтобы тот помог с переводом.

Наладив наконец связь, я решил сначала выяснить, на того ли вообще человека мы вышли. Известно ли Вадиму: это его соавтор, В. В. Крячко, упоминается в статье Разина? Я отчаянно нуждался в хороших новостях, потому что у нас заканчивались идеи и это была наша последняя зацепка.

У меня перехватило дыхание в ожидании ответа Вадима.

– Да, – сказал он.

Я победно вскинул руки.

Дальнейший разговор стал настоящей золотой жилой. В. В. Крячко оказался Валерием Крячко, и десятки лет назад Вадим был научным руководителем его кандидатской диссертации в Институте геологии рудных месторождений. Однажды летом перед поступлением Валерия в аспирантуру Леонид Разин предложил ему возможность получить ценный полевой опыт. В 1979 году Разин отправил молодого Валерия на ручей Лиственитовый на поиски платины.

Услышав перевод этой фразы, я почувствовал, как на моем лице расплывается улыбка. Это было простое объяснение, соединившее все разрозненные, казалось бы, элементы.

Леонид Разин, Институт платины; Валерий Крячко, студент, отправленный в экспедицию; ручей Лиственитовый.

Я боялся ответа на следующий вопрос, но просто обязан был его задать: жив ли еще Валерий? После паузы, показавшейся мне вечностью, я услышал ответ Вадима:

– Да!

Я едва сдерживал волнение. Валерий жив? Я задумался. Если удастся его найти, он, вероятно, расскажет, как были обнаружены образцы. Наконец-то мы сможем ответить на все вопросы, от которых старательно увиливал Разин.

Пока все эти мысли проносились у меня в голове, Вадим продолжал говорить с переводчиком.

– Валерий планирует приехать ко мне в Москву в конце месяца, – сказал он. – Вы хотите, чтобы он связался с вами?

Пораженный, я смотрел на переводчика. Шутите? Я рассмеялся. Скажите ему: “Да, да, да, тысячу раз да!”

Принстон и Москва, Россия, 7 января 2010 года

Спустя год и пять дней после открытия первого природного квазикристалла в принстонской лаборатории мне удалось установить прямую связь с Валерием Крячко, ученым, который извлек образец из земли более тридцати лет назад на Чукотке.

Я отправил ему электронное письмо со списком вопросов, ответы на которые помогли бы нам с Лукой подтвердить достоверность флорентийского образца хатыркита. Первое же его сообщение дало больше, чем я мог когда-либо надеяться. Вот полный текст этого письма:

Уважаемый профессор Пол Стейнхардт!

Благодарю за ваше письмо. Я внимательно слежу за дискуссией вокруг условий образования квазикристаллов и хатыркита в частности, поэтому хорошо представляю значимость этой находки и с удовольствием помогу вам понять условия формирования хатыркита. Вы можете использовать предоставленную мной информацию без всяких ограничений.

В 1979 году я проводил экспедиционные исследования Российской академии наук в качестве научного сотрудника Северо-Восточного комплексного научно-исследовательского института Академии наук СССР в Магадане. В планах была большая экспедиция, но из-за непогоды до реки Иомраутваам добрались только я и студент из Якутска. Я проводил работы на ручье Лиственитовый, небольшом ручейке длиной не более мили, который является правым притоком реки Иомраутваам. Несмотря на небольшой размер, он уникален. Несколько лет здесь искали россыпное золото. За год до моего приезда ручей был полностью истощен. Русло было разровнено бульдозером. В результате на левом берегу ручья обнажился метровый слой сине-зеленой глины, вероятно, побочный продукт серпентинита, кора химического выветривания. Промывать ее было крайне трудно, но возможно, если пользоваться горячей водой. Я промыл более 150 килограммов материала. После промывания в концентрате тяжелых минералов был обнаружен этот минерал, который сразу привлек внимание. Это была пирамида высотой 4 мм и 4 мм в основании. Мое внимание привлек его яркий серебристый цвет: белее, чем у самородных платиновых металлов, при меньшем весе. Приехав в Магадан, я передал этот образец Л. В. Разину, так как он был руководителем группы по изучению месторождений платины, куда входил и я. Через некоторое время он сказал мне, что это не платиновый минерал: я обнаружил четыре новые фазы минералов на основе алюминия. В следующем году Разин покинул институт и переехал в другой город. Больше я с ним не встречался. Годы спустя появилась публикация Разина про новые минералы хатыркит и купалит.

Думаю, что, кроме меня, никто не проводил геологического изучения ручья Лиственитовый. И, скорее всего, хатыркит оттуда никто не привозил. Многие вопросы о природе образования этой глины остаются без ответа. Она присутствует в ручье в большом количестве. Возможна организация экспедиции по изучению ручья. От этого места до Анадыря около 200 километров. Я очень хорошо знаком с местностью. Поток не отмечен на карте, которую вы мне прислали, но я постараюсь показать нужное место, используя изображения со спутников, так что вскоре пришлю их вам.

С уважением, В. В. (Валерий) Крячко.

Подробное письмо Валерия, а также его ответы на мои последующие вопросы в более поздних электронных письмах окончательно и бесповоротно доказали мне, что именно Валерий Крячко – а не Леонид Разин – был тем человеком, который летом 1979 года добыл образцы хатыркита из ручья Лиственитового.

Я наконец понял, почему в статье Разина так мало подробностей – вовсе не потому, что Разин выдумывал персонажей и места, чтобы скрыть свое местонахождение от конкурентов. И не потому, что Крячко был чукчей, исчезнувшим в глуши. И, уж конечно, не потому, что Крячко умер.

Я пришел к выводу, что Разин написал текст на основе того, что сумел вспомнить из устного рассказа Валерия Крячко, вместо того чтобы пригласить его стать соавтором. Возможно, дело было в том, что Валерий тогда был лишь студентом. По какой-то причине Разин просто не стал делиться с ним заслугой. После публикации той статьи потребовалась почти четверть века, чтобы узнать правду: и пусть теперь будет доподлинно известно, что именно Валерий Крячко первым обнаружил образцы, которые, как позже выяснилось, содержали новые кристаллические минералы хатыркит и купалит и первый природный квазикристалл.

К моему удивлению, Валерий уже был знаком с нашей статьей в Science, опубликованной семью месяцами ранее, в которой сообщалось об открытии первого в истории природного квазикристалла. Поскольку речь шла о российском образце, новость распространялась в национальных СМИ.

Однако, пока я не связался с Валерием, он и понятия не имел, что лично связан с историей о природных квазикристаллах. Для меня было честью сообщить ему, что он центральная фигура в этом открытии. Валерий был в восторге от этой новости и немедленно вызвался оказать любую необходимую помощь.

Принстон, январь 2010 года

Позднее в том же месяце я встретился с Линкольном, чтобы рассказать ему о последней цепочке невероятных событий. Я поведал ему, что нам с Лукой удалось разыскать Валерия Крячко и что он, несомненно, был тем самым человеком, который извлек из земли петербургский голотип, послуживший, скорее всего, источником также и флорентийского образца.

За последние несколько месяцев я на собственном горьком опыте убедился, что Линкольн никогда не пытается скрыть свое недовольство. Теперь мне довелось убедиться и в обратном. Когда Линкольн услышал хорошие новости, из комнаты словно внезапно исчезло темное облако. Я увидел, как на его лице появилась улыбка, и сразу понял, что легендарный Линкольн Холлистер снова официально в нашей команде. Это была именно та реакция, на которую я так надеялся.

Я все еще наслаждался моментом, когда он сделал потрясающее предложение: следующий шаг – экспедиция на Чукотку для поиска новых образцов. “Ты просто обязан поехать”, – настаивал Линкольн.

Затем он написал своему коллеге по красной команде Гленну Макферсону из Смитсоновского института:

Пол отыскал данные, указывающие на место происхождения образца на востоке Корякского нагорья. Он нашел человека, который добыл исходный образец, и убедительную связь между образцом из Флоренции и образцом из Санкт-Петербурга. Я думаю, этого достаточно, чтобы поддержать заявку в NSF[12] на экспедицию в ту местность с целью выяснить геологические условия и, если повезет, получить больше образцов.

Я толком не знал, что и думать. Но чувствовал, что поиск природных квазикристаллов вот-вот переключится на повышенную передачу и переместится из лаборатории в сферу, о которой я ничего не знал.

Глава 15

Нечто редкое вокруг чего-то невозможного

Пасадена, март 2010 года

В Пасадене стоял чудесный денек, напоминавший о том, что больше всего в Южной Калифорнии мне нравится погода. Дома, в Принстоне, все еще лежал грязный снег, а здесь весна уже была в самом разгаре. Под лучами теплого солнца я шагал по кампусу Калтеха.

Я шел по одному из основных маршрутов – по Оливковой аллее мимо хорошо знакомого двухэтажного здания. Ллойд-Хаус – общежитие для первокурсников. Рядом с ним на меня нахлынули воспоминания. В этом общежитии я пережил свое первое землетрясение – жуткий толчок, который выбросил меня из постели посреди ночи. Вспомнил я и неловкий момент, когда все еще первокурсником впервые набрался храбрости, чтобы неуверенно поприветствовать своего героя-физика и впоследствии наставника Ричарда Фейнмана.

Я снова вспомнил его знаменитое предостережение: легче всего одурачить самого себя. И вот, спустя столько лет, именно этот совет Фейнмана вернул меня сюда. Я хотел быть абсолютно уверен в том, что не обманываюсь в нашем исследовании квазикристаллов.

Я направлялся в клуб преподавателей, где у меня был назначен ланч с Эдом Столпером, проректором Калтеха и известным геологом. Эд обладал репутацией критического мыслителя, предельно, иногда даже беспощадно честного. Я делал ставку на его откровенную оценку нашего расследования. На протяжении своей карьеры Эд изучал как природные, так и искусственные материалы. Работая в JPL по программе Mars Exploration Rover[13], он обнаружил удивительное сходство между камнем на поверхности Марса и редким образцом породы, найденным на Земле. Он также специально исследовал искусственные материалы, подвергнутые воздействию факторов окружающей среды; например, подвергшиеся выветриванию куски шлака легко принять за природные образцы. Это напрямую связывало его работу с нашим расследованием. У меня с собой была толстая папка, набитая накопленными данными наших исследований. Благодаря своему обширному опыту Эд смог бы оценить, стоит ли изучаемый нами образец нашего времени, или все же есть вероятность, что это просто старый кусок металлолома.

Я заранее отрепетировал предстоящий разговор с Лукой. Но я не все ему рассказал. Сопутствовавший встрече риск был выше, чем хотелось признавать. Правда лишь заставила бы Луку больше переживать. Эд был хорошо известен и очень уважаем в научном сообществе, поэтому любой намек на осуждение нашей теории с его стороны стал бы катастрофой. Вырази он хоть сколько-нибудь серьезные сомнения, как Линкольн и Гленн сбежали бы из проекта. Поползли бы слухи, и в конечном итоге мои отношения с другими уважаемыми геологами, поддержка которых имела решающее значение для наших исследований, оказались бы подорваны.

Мы с Эдом прежде не встречались, но сразу узнали друг друга по фотографиям. У него были волнистые каштановые волосы, очки и приветливая манера держаться, которая сразу помогла мне расслабиться. Едва усевшись за стол, мы сразу перешли к делу.

Он терпеливо слушал мою длинную презентацию с рисунками и таблицами из толстой тетради. К тому времени наше расследование уже стало весьма запутанной историей, и я потратил довольно много времени, систематизируя все относящиеся к делу детали.

Эд обратил внимание на наши теории о том, как именно могут формироваться квазикристаллы. Он учел и то, что многие другие эксперты считали флорентийский образец шлаком, а также собранные нами с Лукой доказательства обратного. Время от времени он перебивал меня острыми вопросами, но так и не высказал своего мнения, даже когда я признал, что мы не нашли никаких решающих доказательств в поддержку нашей теории о природном происхождении флорентийского образца хатыркита.

К тому моменту, как я завершил изложение нашего дела, ланч уже близился к концу. Я откинулся на спинку стула, зная, что сделал все возможное, и ждал его реакции. Неужели это конец? – задавался я вопросом.

Как я и ожидал, Эд высказал откровенное, серьезное мнение, начав с итогового вывода. Он твердо заявил: “нет никаких шансов”, что наш образец искусственный. По его словам, это определенно не шлак и не антропогенный объект.

Фантастика! – подумал я. – Наша ставка выиграла! Вот бы Лука был здесь, чтобы разделить со мной этот момент!

Эд указал на несколько химических и геологических фактов из моей презентации, подкрепляющих его заключение. Он также взвесил упомянутые мной возможные теории формирования образца: удары молний, вулканы, гидротермальные источники, столкновения тектонических плит, обломки ракет или самолетов и, конечно, глубинные земные процессы и метеориты. Он считал метеоритное объяснение маловероятным и склонялся к другим теориям из числа тех, что мы рассматривали.

Пока я слушал Эда, моя затаенная тревога постепенно улетучивалась. Мне всегда трудно объяснять студентам университета, как тяжело ученому, даже признанному, вроде меня, бросать вызов общепринятым взглядам. В ретроспективе это всегда кажется таким простым. Они упускают из виду тот факт, что достижение научного прогресса – это всегда борьба, требующая большой личной выдержки. Со стороны коллег всегда испытываешь огромное давление, побуждающее соответствовать принятым представлениям. Например, когда мы с Лукой предположили естественное происхождение нашего образца металлического алюминия, что тогда считалось невозможным, мы более года сталкивались со скептицизмом и резкой критикой со стороны некоторых специалистов, в том числе наших собственных коллег из красной команды. Это было нелегко. Негативные комментарии иногда были настолько резкими, что мы оба приходили в уныние. Но работа – отличный защитный механизм. Мы продолжали двигаться вперед, постепенно собирая новые доказательства в пользу нашего тезиса. Через четырнадцать месяцев напряженного труда я испытал глубокое удовлетворение, когда Эд одобрил нашу работу.

Под конец встречи, когда я благодарил его за уделенное мне время, Эд дал мне последний и, как выяснилось, очень важный совет. Он предложил проанализировать содержание в нашем образце редких изотопов кислорода. Это было новое направление исследования, о котором мы с Лукой никогда не задумывались, и Эд считал, что оно позволит нам сократить оставшийся список возможных объяснений.

После того как Эд отправился к себе в кабинет, я еще некоторое время сидел за столом один и радовался тому, что только что произошло. Я собрал разбросанные по столу листы из своей тетради и написал подробный отчет о встрече, чтобы поделиться с Лукой.

Эд буквально засы́пал меня глубокими вопросами. Раз за разом я залезал в свой толстый блокнот и находил рисунки и таблицы, дававшие точный и однозначный ответ. Возможность настолько полно ответить на все вопросы Эда заставила меня по-новому оценить собранную нами с Лукой совокупность доказательств. Наш внешне беспорядочный всеохватный подход с погоней за любыми возможными зацепками и проведением всех возможных проверок окупился. Теперь благодаря Эду Столперу представителям научного сообщества придется отнестись к обнаружению природного квазикристалла серьезно.

Наше расследование определенно заслужило право на существование, сказал я себе.

Следующие несколько часов я провел в одиночестве, гуляя по кампусу и окрестностям. Я наслаждался чудесной весной и вспоминал Фейнмана, гадая, что бы тот сказал.

Принстон, конец марта 2010 года

Несколько дней спустя я вернулся домой в холодные объятия зимы. Линкольн и Гленн были впечатлены, когда я рассказал им об анализе Эда Столпера и о его в целом положительной реакции. Они признали, что это дает определенные надежды, однако продолжали ворчать, что у нас все еще нет решающего доказательства природного происхождения нашего образца.

Флоренция, 17 мая 2010 года

Шесть недель спустя синяя команда наконец была готова предоставить то, чего так требовала красная.

С тех пор как пятнадцатью месяцами ранее был обнаружен первый природный квазикристалл, мы с Лукой трудились в поте лица каждый в своей лаборатории в поисках новых зацепок для сокращающегося числа все более мелких зерен из флорентийского образца. Через месяц после моего разговора с Эдом Лука приступил к изучению зерна размером всего 70 нанометров – это примерно в тысячу раз меньше толщины человеческого волоса – и обнаружил нечто весьма примечательное. Вместо того чтобы послать мне электронное письмо с описанием находки, он назначил на следующий день встречу в “Скайпе”, пообещав продемонстрировать “кое-какие новости”.

Когда мы установили соединение, Лука написал в чате:

– Пожалуйста, дай мне пять минут, чтобы подготовить файл… У меня потрясающие новости…

Я сразу же ответил:

– Хорошо!!! Но я всю ночь покоя себе не находил!

Лука был не из тех, кто преувеличивает результаты тестов, поэтому я ожидал серьезного прорыва.

– Это будет превосходный сюрприз, – написал Лука. – Поверь мне.

Мне показалось, что прошла целая вечность, пока я сидел перед экраном в нетерпеливом ожидании. Наконец из Флоренции поступил большой файл. Я открыл его, и, когда появилось изображение, глаза у меня расширились, а дыхание перехватило. Я не мог поверить в то, что видел. Лука обнаружил крупицу стишовита.

Я чувствовал, как в моей голове начали проноситься потенциальные следствия этого открытия.

– Потрясающе! – написал я. – Насколько точно идентифицирован стишовит?

– На все сто процентов, – ответил он.

Стишовит – знаменитый минерал, названный в честь советского физика Сергея Стишова, который впервые синтезировал его в своей лаборатории в 1961 году. Он образуется только при очень высоких давлениях, примерно в 100 000 раз превышающих атмосферное давление на уровне моря. Вскоре после открытия в лаборатории природный образец стишовита был обнаружен в Аризонском метеоритном кратере. При дальнейшем исследовании ученые доказали, что он образовался в результате сверхскоростного столкновения метеорита с Землей.

Открытие стишовита во флорентийском образце хатыркита подтвердило нашу гипотезу о его естественной природе. Давление, необходимое для его создания, не достигается ни в одном промышленном процессе. Стишовит хорошо известен как индикатор сверхвысокого давления, далеко выходящего за рамки любых обычных геологических процессов на поверхности Земли.

По химическому составу стишовит совершенно непримечателен – это диоксид кремния, SiO_2. Один атом кремния на два атома кислорода. Эта же химическая формула соответствует обычному песку или оконному стеклу. Отличительной чертой стишовита является расположение атомов. Тут все аналогично ситуации с атомами углерода, которые на поверхности Земли образуют одну кристаллическую решетку, соответствующую графиту, а при высоких подземных давлениях – другую, дающую алмаз. Молекулы диоксида кремния также образуют различные кристаллические решетки в зависимости от условий формирования: при обычном давлении получается песок, а при сверхвысоком – стишовит.

Различие между стишовитом и песком однозначно выявляется по расположению четких брэгговских пиков и расстояниям между ними на электронной дифракционной картине. Лука уже провел эти проверки и прислал мне серию дифракционных картин, которые не оставляли сомнений относительно образца.

Несколько дней спустя Лука прислал мне по электронной почте увеличенное изображение крошечной области стишовитового зерна, которое таило в себе еще более потрясающие новости.

Размытое черно-белое изображение, представленное ниже, может показаться невзрачным. Но с научной точки зрения фотография поистине удивительна.

На снимке нечто очень редкое окружает нечто невозможное. Стишовит, серебристый материал, – редкий минерал. На изображении видно, что он окружает черное пятно – икосаэдрический квазикристалл, который когда-то считался невозможным. На самом деле “дважды невозможным” – вот более точное описание этого квазикристалла. Во-первых, он невозможен из-за запрещенной симметрии пятого порядка. А во-вторых, невозможен из-за химического состава, включающего металлический алюминий, который никогда прежде не встречался в природе.

Мы знали, что стишовит образуется лишь под воздействием высокого давления, которое достижимо только при определенных обстоятельствах: глубоко под землей, при столкновении в космическом пространстве или в результате удара очень большого метеорита о поверхность Земли. Возникающее при этом давление намного превышает все значения, достижимые при любой обычной человеческой деятельности.

В данном случае мы сразу исключили возможность образования квазикристалла при падении на Землю большого метеорита. Это расплавило бы богатый алюминием металл, обнаруженный по всему флорентийскому образцу, и привело бы к его химическому соединению с кислородом земной атмосферы.

Тот факт, что квазикристалл выдержал высокое давление, необходимое для образования стишовита, преподал нам еще один урок. Мы узнали, что квазикристалл уже существовал, когда формировался стишовит, и что вместе они сумели выдержать такие сверхвысокие давления, которые встречаются лишь далеко за рамками человеческой деятельности.

Это было прямым доказательством естественного происхождения, которое искали Линкольн и Гленн.

Я немедленно позвонил Линкольну, чтобы поделиться с ним этими захватывающими новостями. И с огромным удовольствием составил электронное письмо Гленну, приложив свежее изображение от Луки вместе с нашим анализом. Мне не терпелось узнать, будет ли его реакция, как обычно, скептической. В ответ он немного нервно подстраховал свою ставку:

Если это действительно стишовит и внутри него действительно квазикристалл, это вообще все меняет.

Теперь можно было отбросить почти все наши прежние теории формирования флорентийского образца. Он не мог быть шлаком. Его не могли создать артельщики, развлекаясь у костра. Он не мог быть продуктом выхлопа реактивного самолета. Не мог быть произведен взрывом или изготовлен в обычной лаборатории. Его не могли породить ни молния, ни гидротермальный выход, ни вулканы. Ни одна из теорий, выдвигавшихся другими авторами, не обеспечивала того экстраординарного давления, которое необходимо для образования стишовита.

То, как стишовит и квазикристалл сплавились вместе, было не менее показательно. У нас появилось доказательство того, что квазикристаллы не такие уж хрупкие, как предполагалось ранее. Поскольку квазикристалл был полностью заключен в зерно стишовита, это означало, что он способен выдерживать сверхвысокие давления.

Гленн согласился со всеми этими пунктами, но хотел исключить любые возможные альтернативные объяснения, какими бы сомнительными они ни казались. В качестве последнего аргумента он попросил нас подумать, не может ли образец быть результатом испытания атомной бомбы. Мы с Лукой легко исключили эту идею, поскольку измерения показали, что в образце нет никаких тяжелых элементов, которые были бы побочными продуктами ядерного взрыва.

Осталось всего две правдоподобных теории, которые могли бы объяснить присутствие стишовита. Образец мог возникнуть во внутреннем пространстве Земли, в тысячах километров под поверхностью, и попасть во внешнюю кору в суперплюме. Или это мог быть гость извне нашей планеты, фрагмент, возникший при разрушительном столкновении в космосе двух астероидов.

Какая из этих версий верна? И как нам ее доказать?

Глава 16

Икосаэдрит

Пасадена, май 2010 года

Изнутри или извне? Вот в чем вопрос.

В моем понимании метеоритная теория, отсылающая к космосу, всегда была приоритетным объяснением происхождения наших природных квазикристаллов. Метеориты содержат гораздо более широкий спектр металлов и металлических сплавов, чем земные минералы. Но нам нужно было нечто большее, чем рациональные соображения. Нам требовалось неоспоримое доказательство.

Двумя месяцами ранее Эд Столпер рекомендовал мне решить этот вопрос, проанализировав содержание в нашем образце редких изотопов кислорода. Он направил меня к геохимику Джону Эйлеру, который, среди прочего, изучал происхождение и эволюцию метеоритов. Однако до обнаружения стишовита я не чувствовал в себе достаточной уверенности, чтобы беспокоить Джона и просить его использовать дорогое оборудование для проверки нашего образца.

Джон тесно сотрудничал с Юньбинь Гуанем, директором Центра микроанализа в Калтехе. Центр располагал редкой исследовательской установкой под названием NanoSIMS – масс-спектрометром вторичных ионов с нанометровым разрешением, на котором можно было выполнить исследование изотопов кислорода, рекомендованное Эдом Столпером. Все установки NanoSIMS в мире можно было пересчитать по пальцам, и лишь несколько организаций, включая Калифорнийский технологический институт, допускали при работе с ними сотрудничество со сторонними участниками.

Джон согласился использовать NanoSIMS для проверки изотопов кислорода в одном из наших крошечных зерен. Я прилетел в Пасадену на встречу с ним, везя крошечные зерна в запечатанной коробочке, аккуратно уложенной в портфель. Эту драгоценную коробочку ни в коем случае нельзя было сдавать в багаж.

Прибыв в Калтех, я провел с Джоном несколько часов, просматривая все измерения, сделанные нашей командой в трех лабораториях – в Принстонском университете, Флорентийском университете и в Смитсоновском национальном музее естественной истории. Это был тот же набор данных, который я показал Эду двумя месяцами ранее, дополненный нашим недавним открытием стишовита.

Как и Эд, Джон пришел к выводу, что наш образец, скорее всего, имеет земное происхождение. “Свойства зерен минерала оливина напоминают мне земные образцы, которые я изучал”, – сказал он. Хотя я склонялся к тому, что наш образец прибыл из космоса, я очень уважал мнения Эда и Джона и старался сохранять непредвзятость.

Меня очень обрадовало то, что Джон согласился нам помочь. Он был умен, энергичен и точен. Однако меня глубоко разочаровали его следующие слова. Масс-спектрометр NanoSIMS был очень капризным устройством и в тот момент находился на ремонте. Предполагалось, что в рабочее состояние он вернется лишь через несколько месяцев.

Нам с Лукой ничего не оставалось, как ждать. То были поистине мучительные месяцы. Каждый день мы с Лукой связывались по “Скайпу” и обсуждали возможные исходы исследования. Космос или недра? Извне или изнутри? Что, если результат анализа будет не совместим ни с земным, ни с внеземным происхождением образца? В таком случае, несмотря на все наши меры предосторожности, нам придется рассмотреть ужасную третью возможность. Злой розыгрыш.

Проверка с помощью NanoSIMS была бескомпромиссной – она во мгновение ока обнаружила бы поддельный материал по измеренному распределению ядерных изотопов в образце. Ни один мистификатор не мог ожидать такой проверки, да и подделать изотопные характеристики никому бы не удалось. Чем больше затягивалось ожидание, тем труднее было выбросить из головы эту удручающую возможность.

Пасадена, июль 2010 года

Два месяца спустя нам сообщили, что NanoSIMS наконец-то в строю и наш образец будет проанализирован где-то в последнюю декаду месяца. Каждые несколько дней я проверял, не выполнен ли тест. И всякий раз ответом было: “Еще нет”. Изматывающее ожидание продолжалось.

Масс-спектрометр NanoSIMS был идеальным инструментом для изучения изотопов кислорода в нашем образце. Элементы отличаются друг от друга количеством протонов в ядре. Например, у всех атомов кислорода по восемь протонов, поэтому он значится под восьмым номером в таблице Менделеева. Термином “изотопы” обозначают атомы с одинаковым количеством протонов, но разным количеством нейтронов.

Существует три стабильных изотопа кислорода, каждый из которых содержит восемь протонов, но разное количество нейтронов. Самый распространенный тип атомов кислорода имеет одинаковое число протонов и нейтронов – по восемь штук. Поскольку 8 + 8 = 16, этот изотоп обозначается как 16O. Но есть и два менее распространенных изотопа кислорода: 17O содержит девять нейтронов, а 18O – десять.

Если бы вы изучили все атомы кислорода в воздухе, которым дышите, то обнаружили бы, что 99,76 % из них – это 16O, 0,04 % – 17O, а 0,2 % – 18O.

Это соотношение определяется историей нашей планеты и воздействием на ее минералы космических лучей и радиоактивности. У других планет, скажем у Марса, другая история эволюции, и на их минералы воздействовали космические лучи и радиоактивность другой интенсивности. Поэтому в минералах с Марса относительное содержание трех изотопов кислорода отличается от обычного для Земли. То же касается и минералов, образовавшихся на других планетах и на астероидах разных типов.

Измерив с помощью NanoSIMS содержание трех изотопов кислорода в различных минералах образца, геохимик может определить, является ли образец естественным и если да, то откуда он взялся.

Пасадена и Принстон, 26 июля 2010 года

Наконец от Джона Эйлера пришло долгожданное электронное письмо, в котором сообщалось, что исследование на масс-спектрометре NanoSIMS выполнено и результаты проанализированы:

Два важных вывода: аномалия 17O значительно меньше нуля, а 18O очень низкая.

Я чуть не зарычал от раздражения – после всех этих месяцев ожидания получить ответ и понятия не иметь, что он означает! Это был язык геохимиков, а я не геохимик. Однако, продолжив чтение, я был счастлив обнаружить, что Джон перевел результаты на понятный мне язык, использовав для иллюстрации своих соображений график, подобный тому, что приведен ниже.

По горизонтальной оси графика отложено количество обнаруженного в образце редкого изотопа 18O по отношению к наиболее распространенному изотопу 16O. Эту величину называют аномалией 18O. Вертикальная ось показывает количество редкого изотопа 17O по отношению все к тому же 16O. Это, соответственно, аномалия 17O.

Также на графике проведены две серые линии, пересекающиеся справа вверху. Точка их пересечения примерно соответствует уровням, которые получаются при измерениях океанской воды на Земле. Верхняя линия с надписью TF относится к так называемому земному фракционированию и указывает, какие доли 17O и 18O содержатся в различных минералах, образовавшихся на Земле. Поскольку горные породы на Земле формируются по-разному, распределение изотопов в них не совпадает в точности с океанской водой, а попадает обычно на различные позиции вдоль линии TF.

Ромбы, круги, треугольники и квадраты с выступающими линиями соответствуют значениям, которые были измерены для различных минералов, обнаруженных во флорентийском образце, – для пироксена, форстеритового оливина, нефелина и шпинели. Они не лежат вдоль линии TF, означающей земное фракционирование, откуда следует, что флорентийский образец не мог образоваться где-то на нашей планете.

Столь же важно и то, что результаты не распределены случайным образом, как могло бы оказаться в том случае, если бы материал был с целью обмана или случайно синтезирован в лаборатории или на алюминиевом заводе. Напротив, все точки ложатся вдоль другой линии, обозначенной CCAM.

CCAM – сокращение от Carbonaceous Chondrite Anhydrous Mineral (“безводный минерал углеродистых хондритов”). Этот специальный термин означал потрясающую вещь. В переводе с геохимического это означало, что флорентийский образец, включая наш квазикристалл, определенно был внеземным. Гость из космоса. Метеорит.

Если точнее, CCAM – это редкий тип метеоритов, называемых углистыми хондритами CV3.

Мы с Лукой были очень хорошо знакомы с углистыми хондритами CV3, особенно с самым известным из них под названием Альенде. Метеорит Альенде чуть не сорвал наш проект.

Годом ранее Гленн пришел к выводу, что порошкообразный материал в пузырьке с пометкой “4061-Хатыркит” из домашней лаборатории Курцио Чиприани на самом деле был частью метеорита Альенде. Помнилось, как он приписал эту путаницу “изощренному, если не злонамеренному, Творцу”. Отсюда он сделал вывод, что Чиприани был небрежным, а флорентийская коллекция минералов – ненадежной. Из-за этого едва не сорвалось первое публичное заявление о нашем открытии природного квазикристалла.

Благодаря исследованию на NanoSIMS мы с Лукой теперь знали, что Гленн ошибся, идентифицировав материал как Альенде. Но у его ошибки была вполне веская причина. Флорентийский образец хатыркита был столь же редким метеоритом. Оба они содержали множество одинаковых минералов, потому что образовались в сходных условиях 4,5 миллиарда лет назад при формировании Солнечной системы. Неудивительно, что Гленн принял одно за другое.

Однако идентичны они не были. Флорентийский образец оказался даже более интригующим, чем Альенде, поскольку содержал алюмомедные металлические сплавы, которые никогда ранее не встречались в других известных породах или минералах. А значит, он, возможно, был важнее Альенде, поскольку содержал следы прежде неизвестных физических процессов, происходивших в космическом пространстве. Вероятно, эти процессы повлияли на эволюцию планет и самые ранние стадии существования Солнечной системы. Но как именно?

Мы с Лукой знали, куда обращаться за ответом – непосредственно к одному из ведущих мировых экспертов по углистым хондритам CV3 Гленну Макферсону. Последние полтора года Гленн критиковал нашу работу. Он был самым убежденным сторонником версии, что образец из Флоренции – никчемный кусок шлака. С того самого момента, как мы с ним впервые встретились на ступенях Смитсоновского национального музея естественной истории, Гленн объяснял мне, почему он считает, что наш образец не может быть метеоритом.

Оригинальные снимки, восстановленные с поврежденного жесткого диска Луки, по мнению Гленна, содержали лишь беспорядочный “собачий завтрак”. Ни амстердамское расследование, связавшее наш образец с петербургским голотипом, ни установленный в конце концов контакт с Валерием Крячко, который непосредственно нашел образец при раскопках на Чукотке, не изменили существенным образом его позицию. Гленну удалось сохранить некоторую степень скептицизма даже после того, как Лука обнаружил в образце стишовит, заключающий в себе фрагмент квазикристалла.

Исследование на NanoSIMS могло свести на нет всю нашу тяжелую работу и доказать обоснованность скептицизма Гленна. Вместо этого оно дало противоположный результат, разом подтвердив нашу первоначальную гипотезу о естественном происхождении флорентийского образца.

К чести Гленна, это заставило его сложить оружие. Известный вычурностью своих выражений, Гленн в этот раз, получив по электронной почте мой отчет о результатах NanoSIMS, начал с простой фразы в теме письма: “Добро пожаловать в мой мир”.

Прежде всего, поздравляю – у вас внеземной образец. Я постоянно работаю с изотопами кислорода, поэтому очень хорошо понимаю эту диаграмму и ее значение. <…> Эти новые данные всё меняют. Можете отменять экспедицию в Сибирь и больше не беспокоиться/думать о таких вещах, как сверхвысокое давление, нижняя мантия, серпентинизация и так далее…

Однако теперь у нас есть несколько новых загадок. Если эта штука действительно добыта из осадочных отложений и это действительно метеорит, я не знаю, как они ее нашли, и не знаю, каким образом она сохранилась…

Весь этот проект внезапно оказался напрямую связан с моей сферой, а значит, мне придется играть более важную роль в руководстве им. Добро пожаловать в мой мир.

Убедить Гленна было важной вехой. Мы с Лукой очень уважали его опыт и интеллектуальную честность. Линкольн Холлистер также был счастлив узнать о реакции Гленна. Оба члена красной команды с радостью сдались синим. Теперь мы были единодушны.

Однако нас с Лукой не могли не позабавить территориальные притязания Гленна. Конечно, мы вовсе не собирались отказываться от своих ведущих ролей в проекте.

Принстон и Флоренция, 1 октября 2010 года

Спустя два месяца после подтверждения, полученного при исследовании на калтеховском масс-спектрометре NanoSIMS, Лука прислал мне еще одну вдохновляющую новость.

Комиссия Международной минералогической ассоциации по новым минералам, номенклатуре и классификации только что проголосовала за признание нашего квазикристалла природным минералом. Они также приняли предложенное нами название: “икосаэдрит” – подходящее имя для первого известного минерала с икосаэдрической симметрией, внесенного в официальный каталог.

Я смаковал этот исторический момент. Это было одно из тех достижений, к которым я стремился с тех самых пор, как впервые вообразил возможность существования природных квазикристаллов. Но я знал, что история еще не окончена. Я вновь перечитал сообщение Гленна, где он писал:

Можете отменять экспедицию в Сибирь…

Я посмотрел на письмо и покачал головой. Он определенно неправ, подумалось мне.

Теперь у нас имелись убедительные доказательства того, что наш образец был гостем из космоса и, скорее всего, возник в эпоху формирования Солнечной системы. Но оставалось множество других загадок. Как он первоначально образовался? Как в нем появились квазикристаллы? Каков был его космический маршрут, прежде чем он вошел в атмосферу Земли? Как его кусочки оказались захоронены в сине-зеленой глине Лиственитового? И почему он не подвергся коррозии с момента прибытия на Землю?

Немногочисленных оставшихся крупинок флорентийского образца было недостаточно, чтобы ответить на какой-либо из этих вопросов. Нам нужно было получить больше материала из того же источника. Единственным способом разрешить оставшиеся загадки была экспедиция на Чукотку в поисках новых образцов. Мне это было абсолютно ясно.

Однако я не мог и представить себе, что буду вынужден лично участвовать в таком приключении.

Часть III

Чукотка любой ценой

Глава 17

Затерянные

Неизвестно где, Чукотка, июль 2011 года

Каким-то образом случилось невообразимое. Трудно найти кого-то менее подходящего для участия в экспедиции в отдаленные районы российского Дальнего Востока, а уж тем более для руководства ею. И все же я здесь оказался.

Последние шестнадцать часов я ехал на огромной гусеничной машине вместе с половиной моей команды через безлюдную тундру в юго-восточной части Чукотки. Наконец около полуночи мы спустились с крутого склона и остановились на ночлег у берега реки. Несмотря на странную и незнакомую обстановку, я чувствовал себя спокойным и уравновешенным.

Равновесие пошатнулось в тот момент, когда я вылез из кабины и спрыгнул с огромной вездеходной гусеницы на землю. Я вдруг стал задыхаться. Почувствовав мое дыхание, из грязи взвились тучи комаров и образовали плотное облако вокруг моей головы, фактически перекрыв мне кислород.

Я был одновременно в отчаянии и смущении. Мне срочно нужно было продышаться, но показывать свою уязвимость было неловко, поскольку я считался начальником этой экспедиции. Я старался скрыть свой дискомфорт от остальной команды, медленно отступая к холму позади нас и непрерывно и безуспешно пытаясь отбиться от нападающих.

Отчаявшись восстановить самообладание, я заставил себя сосредоточиться на серии событий, которые каким-то образом привели к моему путешествию за тысячи километров в это адское, забытое богом, кишащее комарами место.

Все началось с открытия природного квазикристалла в ничем не примечательном образце минерала, который годами пылился в хранилище итальянского музея. В ходе первоклассного детективного расследования нам удалось доказать, что образец был частью древнего метеорита, возникшего 4,5 миллиарда лет назад, до рождения Солнечной системы. Наш инопланетянин пережил многочисленные межзвездные встречи и столкновения, рассекая пространство со скоростью свыше 100 000 километров в час. Наконец, около 7000 лет назад – примерно в то время, когда люди изобретали колесо, – он вошел в атмосферу Земли. О своем прибытии он заявил, раскалившись добела и прочертив небо чуть южнее полярного круга, а затем приземлился в районе Корякского нагорья на Чукотке, где и оставался нетронутым тысячи лет.

В 1979 году молодой советский студент по имени Валерий Крячко, нанятый для поисков платины вдоль русла ручья посреди Корякского нагорья, случайно нашел кусок нашего инопланетянина, погребенный в слоях загадочной сине-зеленой глины. С этого момента неизвестный образец начал свое тридцатилетнее путешествие, которое в конечном итоге привело его в наши лаборатории, где мы обнаружили заключенные в нем природные квазикристаллы.

И вот, спустя несколько лет после этого открытия, мы возвращались на Чукотку с тем самым студентом, которому уже стукнуло шестьдесят два, в поисках новых фрагментов метеорита.

Мы знали, что образец из флорентийского музея вызовет споры. Странный химический состав квазикристаллов и некоторых выявленных нами кристаллических металлических сплавов противоречил научным принципам, определяющим, какие формы вещества могут существовать в природе. Таким образом, несмотря на все собранные нами доказательства, некоторые ученые продолжали сомневаться в естественном происхождении образца.

За последние два года мы на двух континентах кромсали флорентийский образец, выполняя все мыслимые анализы ради того, чтобы узнать секрет, скрываемый доселе невиданными минералами. Фактически мы провели столько анализов, что уничтожили весь образец – и для дальнейшего изучения у нас просто ничего не осталось. Единственным способом продвинуться в наших исследованиях стало путешествие на Чукотку в поисках новых образцов.

Я был так близок к доказательству существования природных квазикристаллов, что у меня уже не оставалось выбора. Я просто обязан был отправиться на Чукотку! Разве не так?

Хотя я все еще задыхался, отбиваясь от роя насекомых и маленькими порциями глотая воздух, этот ход мыслей начал меня успокаивать.

А потом на меня нахлынуло настоящее цунами паники, когда в голове возникла поистине ужасающая мысль. Вторая машина, на которой ехала другая половина нашей команды, включая моего младшего сына Уилла, все еще не появилась.

Две машины шли вместе большую часть дня, но вездеход Уилла страдал от технических неполадок и несколько часов назад пропал из виду. Наш водитель предположил, что он просто немного отстал и все еще едет где-то за нами вне нашего поля зрения. Но в таком случае он бы уже нагнал нас.

Я стоял в одиночестве на вершине чукотского холма, внутри у меня все сжалось, голова кружилась. Мне был отчаянно нужен хоть какой-то признак присутствия Уилла и остальной части моей команды. Во мне нарастало всеподавляющее чувство вины. Я слишком часто бросал вызов невозможному, и вот однажды это привело к ужасающим последствиям: я подверг опасности жизнь собственного сына и, вероятно, потерял половину своей команды.

Одно за другим я игнорировал внятно выраженные предупреждения самых разных экспертов. Искать новые образцы безнадежно. Поездка в столь отдаленный регион не стоит риска. Эта экспедиция никогда не получит финансирования. Невозможно собрать команду всего за несколько месяцев. Вы свернули куда-то не туда в своем расследовании. Такому человеку, как вы, безрассудно отправляться в это путешествие. Туда все равно невозможно добраться.

Безнадежно. Несколько геологов сказали мне, что шанс найти еще один кусок нашего метеорита в бескрайней пустоте Чукотки меньше, чем шанс обнаружить пресловутую иголку в стоге сена.

Вы видели карту, Пол? Тут и говорить не о чем. У вас ведь даже нет GPS-координат исходного места раскопок, так?

Коллеги предупреждали меня, что я слишком доверяю шестидесятидвухлетнему русскому ученому и его воспоминаниям о важных деталях давнего события, не имевшего для него тогда особого значения. Даже если Валерий Крячко сумеет привести нас именно к тому месту, где он более тридцати лет назад обнаружил фрагменты метеорита, что все считали маловероятным, шанс найти дополнительный материал того же метеорита бесконечно мал, поскольку крошечные фрагменты сильно разбросаны и их будет трудно отличить от миллионов других в этом районе. Ни один геолог в здравом уме не станет тратить время и ресурсы на такое безумное предприятие.

Пришлось признать, что наши шансы на успех близки к нулю. Но в то же время они не были нулевыми. И пока оставался ненулевой шанс найти больше образцов и раскрыть тайну их происхождения, у нас не было иного выбора, кроме как упорно продолжать поиски. Время приведения плана в действие определялось готовностью и желанием Валерия, единственного человека в мире, способного указать нам на источник, отправиться с нами. Это была ситуация из серии “сейчас или никогда”. Или я просто убедил себя в этом.

Не стоит риска; остановитесь, пока не поздно. Такие отклики я получил от нескольких влиятельных физиков.

Нам с Лукой Бинди следует удовлетвориться достигнутым, настаивали они. Наша статья в Science уже убедила в существовании природных квазикристаллов почти все научное сообщество. Зачем отправляться на Чукотку, рискуя вернуться с пустыми руками или, что еще хуже, найти новые данные, противоречащие полученным ранее? Подобный исход может только воодушевить тех немногих скептиков, которые все еще сомневаются в наших выводах, и посеять зерна сомнения в отношении всего нашего исследования.

Я понимал, что неудачная экспедиция способна подорвать нашу репутацию. Но я почти три десятилетия искал считавшиеся невозможными квазикристаллы и в результате стал довольно устойчив к скептицизму других ученых. Мой итальянский коллега Лука Бинди чувствовал то же самое – наше общее упорство не раз загоняло нас в тупик. Однако оно же позволило сделать несколько удивительных открытий, и я был не готов положить всему этому конец. Нельзя было позволять страху неудачи помешать нам сделать все возможное для разрешения оставшихся научных загадок.

Нефинансируемо. Откуда взять деньги на такую нелепую экспедицию? Такова была всеобщая реакция.

Фонды никогда бы не предоставили средства, опираясь лишь на запутанную детективную историю, воспоминания неизвестного русского минералога тридцатилетней давности и несколько микроскопических крупиц материала. Слишком велик был риск неудачи.

Как все и предсказывали, я получил категорически отрицательные ответы из Национального научного фонда, министерства энергетики, Американского музея естественной истории, Смитсоновского института, Национального географического общества и других известных финансирующих организаций. Все они дали понять, что нет смысла даже подавать формальную заявку.

Я не рассчитывал, что какое-то из обычных финансирующих агентств рассмотрит мой запрос, поэтому был готов ко всем этим негативным реакциям. Также меня не удивило, что отказался помочь мой работодатель – Принстонский университет. Я знал, что у университета много других приоритетов и что он, как правило, ориентировался на менее рискованные проекты, приносящие прямую пользу студентам на кампусе.

Единственное, на что я мог надеяться, – найти богатого и щедрого благотворителя. Но, прежде чем искать такого человека, надо было получить на это разрешение. Принстон, как и большинство американских университетов, запрещает преподавателям привлекать частные пожертвования, поскольку это может помешать усилиям университета по сбору средств.

Зная об этом, я спросил, могу ли я заняться поисками средств при том строгом условии, что сумею доказать: мой благодетель никогда не рассматривал возможность пожертвования Принстонскому университету на какие-либо цели, кроме поддержки моей экспедиции. Руководство сочло, что невозможно найти человека, который не интересовался бы Принстоном, но был бы готов вложиться в отдельный проект под его эгидой. Возможно, поэтому мне и разрешили попробовать.

Они, должно быть, изумились, когда три дня спустя я позвонил в отдел развития и сообщил, что нашел кандидата. У меня появился замечательный донор, не имевший никакого отношения к Принстону и готовый предоставить мне 50 000 долларов, необходимых для экспедиции. После нескольких недель изучения вопроса администрация согласилась, что я, к большому их удивлению, выполнил условия сделки. Пожертвование было сделано университету для моей экспедиции.

Через несколько месяцев, когда наши прогнозируемые расходы резко возросли из-за значительного изменения планов по транспортировке, я вынужден был вернуться к своему благотворителю с просьбой о дополнительной поддержке. Меня поразила его реакция. Не колеблясь ни секунды, он любезно согласился покрыть перерасход, который более чем вдвое превышал мою первоначальную оценку.

Я по сей день восхищаюсь необыкновенной скромностью моего благодетеля, пожелавшего сохранить анонимность. Я с благодарностью зову его “Дэйвом” и объявляю настоящим другом науки.

Недостижимо. Зачем вы в это ввязываетесь? Так реагировали все геологи, имевшие опыт работы в России, с кем мне доводилось говорить.

Все это намного сложнее, чем вы думаете, Пол. Ваш план нереалистичен. Вы никогда не сможете собрать команду квалифицированных специалистов за такое короткое время. Кроме того, Чукотка является запретной зоной – знаете ли вы, что потребуется целый ряд согласований и разрешений от российского правительства, чтобы только приблизиться к этому месту?[14] Ускорить этот процесс невозможно. Какое наивное прожектерство!

Критика была справедливой. Требовалось набрать высококвалифицированную команду, члены которой согласились бы отказаться от всех своих планов, чтобы присоединиться к экспедиции. Десяти месяцев казалось недостаточно для переговоров с российской стороной из-за царившей там бюрократии, знаменитой своей запутанностью. Нам требовалось разрешение правительства России в Москве, регионального правительства на Чукотке, российских военных, а также ФСБ – российской службы безопасности. Посетители этого региона подвергались тщательным проверкам, поскольку исторически Россия всегда подчеркивала стратегическое значение своих дальневосточных рубежей.

Пройдя через все это, нужно было еще организовать для всех перелет в Анадырь, ближайший к месту раскопок российский город с приличным аэропортом, закупить продовольствие на несколько недель, собрать оборудование и придумать, как доставить нашу команду из Анадыря к отдаленному пункту назначения на ручье Лиственитовом.

Не все сразу, сказал я себе. Моей первой задачей было найти специалистов, готовых отправиться в экспедицию, которую многие их коллеги считали безрассудной.

Я немедленно написал по электронной почте российскому геологу Валерию Крячко. Он был самым важным членом команды, поскольку единственный знал, как найти нужную точку – место обнаружения флорентийского образца. Крепкий мужчина с густой седой бородой, Валерий имел многолетний опыт работы в полевых условиях и был человеком очень деятельным, находчивым и самодостаточным. К счастью, он не только согласился поехать, но и готов был сделать все, что в его силах, ради успеха экспедиции.

Я также обратился к Вадиму Дистлеру, который несколько десятилетий назад был научным руководителем Валерия. Я знал, что за это время они вдвоем побывали в нескольких экспедициях на Чукотку в поисках ценных руд и минералов. Приятному, дружелюбному и постоянно дымящему как паровоз Вадиму было уже за восемьдесят.

Вадим нанял Марину Юдовскую, опытного и смекалистого полевого геолога, которая недавно сменила его на посту начальника отдела в Московском горном институте. Она была дочерью двух геологов из Казахстана. Высокая, белокурая и долговязая, с легкой непринужденной улыбкой, она была единственной из русскоязычного состава, кто свободно говорил по-английски.

Эти трое россиян хорошо знали друг друга и много лет работали вместе. А вот мне надо было собирать остальную часть команды с нуля.

Участие Луки Бинди было обязательным. Прошло более двух лет с тех пор, как он обнаружил оригинальный образец, затерянный в хранилище его музея. Лука был единственным человеком, которому довелось изучать искомую породу в ее первоначальном состоянии, прежде чем в целях исследования образец был разрезан и измельчен до полной неузнаваемости. Опыт работы с первоначальным образцом в сочетании с острым зрением и хорошей моторикой заставляли возлагать на Луку все надежды на обнаружение новых крупиц метеорита у Лиственитового ручья.

Лука, мягко говоря, колебался относительно участия в экспедиции. Он напомнил мне, что вовсе не является полевым геологом. Так что мне пришлось проявить незаурядную настойчивость, чтобы убедить его ехать. Я был рад, когда он в конце концов согласился, потому что доверял его мнению, да и к тому времени мы стали большими друзьями. Это путешествие давало нам очередную возможность для плотной совместной работы над нашим уже поистине эпическим проектом.

Мой принстонский коллега и бывший член красной команды Линкольн Холлистер, имевший за плечами жизнь, полную геологических экспедиций, тоже был в списке моих кандидатов. Линкольн очень хотел поехать и был бы чрезвычайно ценным членом команды. Он имел многолетний опыт работы в сложных полевых условиях. Однако в то время Линкольн страдал от острой, хотя и временной, проблемы со здоровьем, и он посчитал слишком высоким риск того, что ему может потребоваться неотложная медицинская помощь, когда мы будем в отдаленном районе, где такая помощь недоступна. Он сам первым признал, что подобный инцидент может поставить под угрозу всю экспедицию. Разочарованный необходимостью отказа, Линкольн согласился стать моим советником и помочь спланировать экспедицию. Он также привлек трех кандидатов, за которых мог лично поручиться: Гленна Макферсона, Криса Андроникоса и Майка Эдди.

Гленн был очевидным кандидатом. Будучи одним из бывших членов нашей красной команды, он был хорошо знаком с исследованием. Казалось идеальным взять в качестве эксперта по метеоритам нашего бывшего “противника” из красной команды. Никто не был лучше подготовлен для проверки и оценки нашей работы, чем Гленн.

Крис Андроникос получил ученую степень в Принстоне под научным руководством Линкольна. Он был специалистом по мощным геологическим силам, которые создают горы, вызывают землетрясения, порождают разломы, изгибают и разрушают скалы. Еще у него был обширный опыт работы в разных частях мира, включая Береговой хребет Британской Колумбии, горы Аль-Хаджар в Омане и другие районы со скалами и образованиями, подобными тем, которые мы ожидали найти на Чукотке. Крис оказался вдумчивым, четко формулирующим свои мысли ученым с обширным опытом и творческим умом. Обладая крепким сложением и богатым полевым опытом, он чувствовал себя в дикой природе как дома.

Третьим кандидатом Линкольна был Майк Эдди, выдающийся студент, который в тот год заканчивал Принстон по специальности “геолого-геофизические науки” и с осени переходил в аспирантуру Массачусетского технологического института. Майк был от природы хорошо сложен, худощав и мускулист и еще в период бакалавриата установил несколько рекордов по легкой атлетике. Годом ранее он проводил полевые геологические работы на Алеутских островах у полуострова Аляска, недалеко от тех мест, куда мы направлялись. Помимо умственных способностей мы могли рассчитывать и на его физическую силу, которая на раскопках понадобится.

Гленн Макферсон и Майк Эдди быстро приняли мое приглашение. Однако Крис Андроникос колебался. Тем летом он проводил обширные полевые работы в султанате Оман, и неожиданный отъезд на Чукотку прервал бы его исследования. Но это была не единственная причина его сомнений относительно участия в экспедиции.

“Честно говоря, – сказал мне Крис, – я скептически отношусь к метеоритной теории. Если я и присоединюсь, то только для составления местной геологической карты в поисках доказательств гипотезы о земном происхождении, вроде суперплюмов и других необычных геологических факторов, которые могли бы лучше объяснить, как образовался флорентийский образец”.

Крис с пониманием дела оспаривал мою точку зрения о том, что образец был метеоритом. Поговорив с Линкольном, он знал, что метеоритная теория неполна. Присутствие медно-алюминиевых сплавов еще не было объяснено. Он чувствовал, что альтернативные идеи, такие как теория суперплюмов, заслуживают дальнейшего рассмотрения. В конце концов, никто не знал, из чего может состоять объект, поднятый суперплюмом, поскольку никто никогда не видел материала родом из областей, близких к жидкому ядру Земли. И возможно, отправившись на Чукотку, мы обнаружили бы там другие потенциальные земные источники – помимо суперплюмов, – которые могли бы отвечать за происхождение флорентийского образца.

– Однако я всерьез сомневаюсь, – сказал Крис, – заинтересованы ли вы в том, чтобы приглашать в экспедицию человека, скептически относящегося к вашей метеоритной теории.

Я рассмеялся, поскольку все обстояло как раз наоборот. Он был именно тем, кого мне хотелось видеть в команде. Я рассказал Крису, как тесно сотрудничал с Линкольном и Гленном целых два года, хотя оба они выступали категорически против нашей идеи о природном происхождении квазикристалла, обнаруженного во флорентийском образце. Я глубоко ценю доброжелательную напряженность, возникающую между сбалансированно подобранными красной и синей командами, потому что считаю это лучшим средством для достижения научной истины.

– Альтернативные точки зрения всегда приветствуются и всячески поощряются, – заверил я его.

Узнав об этом, Крис с радостью принял мое приглашение.

Теперь, собрав международную команду ученых, я понимал, что нам понадобится переводчик с русского. Как директор Принстонского центра теоретических наук я был знаком с несколькими аспирантами из России. Один из них порекомендовал своего бывшего однокурсника Александра Костина. Они вместе изучали физику в престижном Московском физико-техническом институте. Александр, предпочитавший имя Саша, работал петрофизиком в нефтяной компании в Техасе. Как выяснилось, он давно мечтал попасть на Дальний Восток и рад был присоединиться к экспедиции, хоть это и заставило его пожертвовать временем, которое он обычно проводил с семьей в Москве во время летних каникул.

Наконец, я решил укрепить команду физически, взяв того, кого знал с его детских лет, – своего сына Уилла. Я как отец так и не познакомил его с дикой природой, однако, став специалистом по геофизике в Калифорнийском технологическом институте, он сам приобрел значительный полевой опыт, работая в сложных условиях в пустыне Мохаве и Белых горах Калифорнии. Уилл значительно превосходил меня ростом и определенно был более спортивным. После поездки Уиллу предстояла аспирантура в Гарварде.

Он знал, чего ожидать в полевых условиях, и благодаря этому помог мне морально и физически подготовиться к экспедиции. Правда, я не был уверен в том, что цена за его советы не слишком высока. Внезапно Уилл получил свободу устанавливать правила и указывать своему неопытному отцу, что именно и когда делать. Я знал, что он будет безмерно наслаждаться этой сменой ролей.

Когда международная команда была укомплектована, наши российские коллеги взяли на себя планирование. Марина и Вадим умели управляться с российской бюрократией. Несколько месяцев они не покладая рук работали с необходимыми документами, и в итоге получилась стопка бумаг высотой сантиметров тридцать. Они подготовили, отправили и протолкнули ошеломляющее количество анкет и писем. Тот факт, что им удалось провернуть все это за столь короткий срок, стал настоящим памятником их опыту, профессионализму и приверженности нашему проекту.

Тем временем Валерий представил мне детальнейший список припасов, требующихся для экспедиции. По его словам, кому-то придется заранее прибыть на Чукотку, чтобы зарезервировать все необходимое и заказать местный транспорт. Имея опыт работы в этой местности, он вызвался поехать сам.

В конце концов, вопреки всему, что предсказывали скептики, нам удалось собрать команду экспертов и завершить все планирование и подготовку менее чем за десять месяцев. Этот первый успех, похоже, внушил мне ложное чувство уверенности, заставив думать, что и остальные наши проблемы будут столь же легко разрешаемы. Какая же это была безрассудная самонадеянность!

Вы свернули куда-то не туда в этом расследовании. Гленн Макферсон шокировал всех, заявив об этом на важном совещании по планированию. Он чуть не сорвал весь проект.

За несколько месяцев до начала экспедиции я пригласил наших российских коллег в Принстон, чтобы завершить работы по организационному планированию и поделиться научной информацией с остальной командой.

Валерий только что закончил рассказывать собравшимся о том, как в 1979 году добыл образец из сине-зеленой чукотской глины. По его словам, тот был блестящим и почти полностью металлическим, как и образец, что хранится в Горном музее Санкт-Петербурга. Вскоре после возвращения домой из экспедиции Валерий передал образец Леониду Разину – ученому, направившему его на Чукотку на поиски платины. По словам Валерия, с тех пор он больше не видел этого образца и ничего не слышал о нем, пока несколько десятилетий спустя не получил от меня электронное письмо, где сообщалось, что это оказался источник первого известного природного квазикристалла. По понятным причинам он был в восторге, узнав, что лично причастен к этой истории.

Разин, по-видимому, привез образец в Ленинград для исследования и в итоге обнаружил в нем два новых типа кристаллических минералов – хатыркит и купалит. Он опубликовал свои выводы, даже не уведомив Валерия. В рамках официального процесса подачи заявки на открытие нового минерала Разин передал образец на вечное хранение в Горный музей.

В этот момент внимательно слушавший рассказ Гленн внезапно заговорил. И громко.

– Санкт-петербургский голотип, представленный Разиным, может отлично соответствовать воспоминаниям Валерия о “блестящем и металлическом” материале, – прорычал он, – но флорентийский образец, источник природного квазикристалла, послуживший толчком для всей этой экспедиции, определенно им не соответствует! На самом деле все вообще наоборот! Флорентийский образец выглядит тусклым и неметаллическим.

Гленн все это время думал, что два образца физически были одним целым и что Разин разделил их, чтобы один кусок поместить в музей, а другой оставить себе. Но, согласно рассказу Валерия, это допущение было ошибочным.

– Из слов Валерия следует, что эти два образца никогда не соединялись вместе, – сказал Гленн. – Если они никогда не были единым целым, какие у нас есть доказательства того, что они происходят из одного и того же места? А если таких доказательств нет, то есть ли основание для экспедиции на Чукотку?

Все присутствующие затаили дыхание. Предполагалось, что на совещании мы займемся планированием. Но неожиданно оказалось поставлено под сомнение само научное обоснование экспедиции. Почувствовав растущее в комнате напряжение, Валерий внимательно выслушал Марину, переводившую провокационные замечания Гленна, а затем встал, чтобы обратиться ко всем собравшимся.

– Позвольте мне проявить твердость в этом вопросе, – сказал он (Марина переводила). – Это правда, что образец, описанный в статье Разина и выставленный на фотографиях из санкт-петербургского Горного музея, полностью соответствует тому, что я помню. В сине-зеленой глине Лиственитового я нашел именно такое блестящее зерно. До приезда сюда я тоже удивлялся различиям между образцами из Санкт-Петербурга и из Флоренции.

Валерий сделал паузу, повернувшись к Гленну:

– Но я не согласен с вашим выводом. Ранее сегодня я узнал об истории этого образца. Пол и Лука проследили его до коллекционера минералов в Амстердаме, а затем до контрабандиста в Румынии, который получил его в лаборатории, работавшей с моим бывшим начальником Леонидом Разиным. И внезапно я понял, как решается эта головоломка.

– Дело в том, что я нашел не единственный образец, – пояснил Валерий. – Я нашел на Лиственитовом несколько разных образцов и все отдал Разину. Я никогда раньше не упоминал об остальных, поскольку не придавал им особого значения. Они не так сильно блестели, поскольку металл был частично покрыт другими минералами.

Что? Более одного образца? Мои мысли рванулись вперед – я понимал, что означает сказанное Валерием.

– А теперь задумайтесь, – продолжал Валерий, – не может же быть совпадением, что образец из Флоренции прослеживается до той же лаборатории и того же человека в этой лаборатории, который работал и с голотипом из Санкт-Петербурга. Эти два образца должны быть связаны между собой, а это означает лишь то, что и флорентийский образец, и петербургский голотип происходят из Лиственитового ручья.

– Если это так, – продолжал Валерий, – то мы теперь знаем, что из одной и той же глины были извлечены как минимум два отдельных образца и в обоих есть хатыркит и купалит. А если есть два, то, вероятно, можно будет найти и другие.

Валерий улыбнулся:

– Итак, ответ на вопрос Гленна “Есть ли основания для экспедиции на Чукотку?” – это однозначное “да”. Безусловно! Теперь у нас даже больше оснований, чем прежде.

Даже наш записной скептик Гленн Макферсон вынужден был согласиться с этими доводами, и экспедиция вернулась на прежний курс. Тогда это казалось моментом триумфа.

Несколько месяцев спустя, стоя в одиночестве на чукотском холме в тревоге за безопасность своего сына и остальной команды, я подумал о том, что не попал бы в эту переделку, если бы Валерий не выиграл столь красноречиво тот спор.

Это безрассудство! Вы с ума сошли? Это какой-то розыгрыш? Такой была типичная реакция доброжелательных членов семьи и друзей.

Они знали, что я даже ни разу не зашнуровывал походные ботинки, не разводил костер и что мне не доводилось залезать в спальный мешок. Другими словами, все они знали, что я никогда в жизни не ходил в поход, и были ошеломлены тем, что я на это подписался. Да еще и из всех мест выбрал Чукотку.

Поначалу я посмеивался над их опасениями, поскольку не собирался отправляться в поле и работать на раскопках. Я думал, что смогу остаться в Принстоне и следить за экспедицией через интернет. Мой план состоял в том, чтобы убедить экспертов-геологов поехать на Чукотку без меня.

Линкольн Холлистер, помогавший мне организовать экспедицию, категорически отверг эту идею. Он напомнил мне, что я лидер команды. И должен отправиться вместе с ней.

В попытках смягчить позицию Линкольна я придумал альтернативный план, который был почти так же хорош, как изначальная идея остаться дома, и по-прежнему спасал меня от полевых работ. Мы могли бы создать станцию связи в Анадыре, столице Чукотского округа и единственном городе на Чукотке с международным аэропортом. Мы с Лукой и нашим переводчиком Сашей останемся в городе, а остальных доставят к Лиственитовому на вертолете. Из-за ограниченной грузоподъемности места будут зарезервированы только для членов команды с необходимыми техническими навыками. В вертолете не хватит места для физика-теоретика, даже если бы я желал поехать (чего я как раз отчаянно не хотел).

Этот план в итоге похоронил Валерий.

Недостижимо. Вскоре после прибытия в Анадырь для рекогносцировки и заготовки продовольствия и снаряжения Валерий отправил мне через Марину сообщение: “С вертолетами не выйдет”. Нам пришлось искать другой способ транспортировки.

Вертолеты могли летать только при идеальной погоде, предсказать которую в этом регионе было невозможно. Погода там настолько переменчивая, что ни на какие графики полетов нельзя было полагаться. Вообще, использование вертолетов в этой части мира считалось настолько непредсказуемым, что никакой страховой полис не покрыл бы стоимость издержек при отмене рейса или аварии.

К тому же, по словам Валерия, лишь очень немногие из тамошних вертолетов можно было арендовать. Российские нефтяные и горнодобывающие компании, занимающиеся бурением на Чукотке, платили колоссальные деньги, чтобы держать все вертолеты в резерве, в любую минуту доступными для срочных нужд.

Однако не все потеряно, заверил меня Валерий. Он зарезервировал два больших “грузовика”. И хорошей новостью, объявил он, было то, что они достаточно большие, чтобы перевезти всех, включая Луку, Сашу и меня. Так что никому не придется оставаться в городе. Новый план нравился Валерию, который постоянно побуждал меня присоединиться к полевой команде.

Стоп, стоп… минутку! – подумал я, читая письмо. – Разве Валерий не уловил, что я пытаюсь найти способ избежать участия в этой экспедиции? Разве он не понимает, что я в жизни не провел ни одной ночи в дикой природе?

Я поспешно сверился с картами и спутниковыми снимками местности, пытаясь понять, по какому маршруту могут пойти грузовики Валерия. Прежде мы с Линкольном никогда не видели на картах никаких дорог, и теперь они ниоткуда волшебным образом не появились. Но когда я спросил Валерия о бездорожье, он посоветовал мне не волноваться. Дороги есть, заверил он меня, или так, по крайней мере, мне перевели его загадочное сообщение.

Короче, к ужасу моей семьи и друзей, а тем более меня самого, Валерий все-таки нашел способ затащить меня в экспедицию. Из этой ситуации просто не было изящного выхода.

Поначалу тем не менее все шло как по маслу. Мы благополучно прибыли через Москву в Анадырь. Валерий (на фото ниже) уже ждал там. Он встретил нас большим русским застольем с олениной и напоминающей лосося местной деликатесной рыбой под названием “таранецкий голец”, обитающей в холодных арктических реках.

На следующее утро Валерий повел нас на встречу с местными проводниками, которым предстояло сопровождать нас во время экспедиции. Это были наш водитель Виктор Комельков и его жена Оля Комелькова, которая подрядилась работать поваром в лагере, а также второй водитель Богдан Маковский. Эти двое мужчин словно представляли противоположные крайности генофонда. Виктор был невысоким, жилистым и с проседью, а Богдан – на голову выше, чисто выбрит и сложен как борец. Никто из них не говорил по-английски, но благодаря переводу я убедился, что все трое дружелюбны, очень опытны и полны решимости обеспечить успех экспедиции.

Водители отвели нас к большому гаражу, где нас ждали две мощные машины. Я застыл в оцепенении, когда они распахнули ворота. Так называемые “грузовики” Валерия на самом деле были исполинскими чудовищами. Одно сине-белое, другое – принстонского оранжевого цвета[15]. Пассажирский отсек сине-белой машины выглядел как верх большого фургона, а нижняя часть – как массивный армейский танк с гигантскими гусеницами. Оранжевая машина казалась новее и изящнее. Обе они смотрелись причудливо, устрашающе и несокрушимо.

Марина перевела, что, по словам Виктора, в каждой машине помимо водителя может разместиться шесть или семь человек. Максимальная скорость, пояснил он, составляет около пятнадцати километров в час. Такими темпами мы будем тащиться до места целую вечность, – подумал я.

На следующее утро, когда наша интернациональная команда из семи россиян, одного итальянца и пяти американцев собралась, чтобы дать старт экспедиции, обнаружилось, что в последнюю минуту у нас объявилось пополнение. Виктор и Оля познакомили нас со своим замечательным котом породы русская голубая по кличке Бакс. Его работа, шутили они, будет заключаться в охране лагеря. Мы сразу же признали Бакса своим талисманом, и он присоединился к нам для группового фото перед странно выглядящими машинами, которым предстояло везти нас в тундру.

Слева направо: Богдан Маковский, Гленн Макферсон, Уилл Стейнхардт, Крис Андроникос, Марина Юдовская, Лука Бинди, Виктор Комельков, Оля Комелькова, Пол Стейнхардт, Саша Костин, Валерий Крячко, Майкл Эдди, Вадим Дистлер

Сразу после фотографирования мы отправились в путешествие, к коему я шел почти тридцать лет. Половина команды, включая меня, ехала с Виктором на синем левиафане, а другая половина, включая моего сына Уилла, – с Богданом на оранжевом. Перед выездом Виктор проверил свою рацию и убедился, что связь с Богданом стабильная. Как только двустороннее сообщение было установлено, все расселись по машинам и мы двинулись в путь, подобно паре неторопливых слонов.

На момент старта Оля и ее кот Бакс сидели в салоне позади меня и Виктора. Но вскоре тот остановился, чтобы выпустить их. Оля надела внешнее снаряжение, поместила Бакса в его переноску и, хоть и была ниже всех нас, ловко взобралась на крышу синего левиафана, таща за собой Бакса. Дальше они вдвоем ехали снаружи на специально предназначенном для этого сиденье. Мне сказали, что эти двое бунтарей предпочитают быть на свежем воздухе, когда Виктор ездит по тундре.

Некоторое время спустя оба водителя вдруг, без всякого предупреждения, остановились. Что-то не так? Я удивился, когда Виктор распорядился всем выйти из машин. Я подошел к Уиллу узнать, не в курсе ли он, что происходит. Он покачал головой и пожал плечами. Мы наблюдали, как Оля и Бакс слезали со своего насеста. И тут Оля принялась быстро накрывать на стол.

Вы шутите, – подумал я. – Уже пора обедать? Мы же едва стартовали. Марина подошла объяснить. По ее словам, есть русская традиция: отправляясь в путешествие по тундре, нужно остановиться и отметить пересечение первого ручья.

С широкой улыбкой Оля жестом позвала всех к столу. Там стояли тарелки с начиненными мясом и сыром холодными русскими лепешками – блинами. И, конечно, водка. Водки в дорогу запасли много. Во время празднования нам велели выплеснуть немного водки в качестве подношения духам, чтобы обеспечить удачу. Остальное нужно было употребить. Поскольку я пью очень редко, то рассудил, что не все, вероятно, будут достаточно щедры в своих подношениях, а потому решил восполнить потенциальную недостачу, незаметно пожертвовав духам всю свою порцию.

Вскоре я узнал, что тундра целиком состоит из бесформенной растительности, торфяников и болота с жесткими кочками. Ходить тут было на удивление трудно. Преодоление даже нескольких метров могло оказаться сложной задачей. Ботинки застревали, и можно было запросто подвернуть лодыжку, наступив на скрытую кочку.

Глядя в окно, пока мы ехали, я понял: бесплодная на вид тундра на самом деле кишит жизнью. Я видел много белого лишайника ягеля, называемого еще оленьим мхом, поскольку он служит основным источником пищи для северных оленей. У них в желудке, как мне рассказали, есть фермент, который превращает мшистую массу в глюкозу. Птиц было сравнительно немного, в основном перепела и несколько чаек. Мы также заметили быстро бегущих зайцев и небольшого песца в летней шубке из серого меха.

Часто встречались ручьи и водоемы, а также глубокие, заполненные грязью следы от других машин, которые казались пересекающимися шрамами на вечной мерзлоте. Наши вездеходы старались объезжать старые колеи, чтобы не застрять.

Меня удивило обилие цветов. Самыми распространенными были белоснежные цветки, называемые арктическими колокольчиками. Их шелковистые белые лепестки складываются в колоколообразную форму, которая, держась на тонком стебле, колеблется на ветру. Наблюдение за ними было подобно созерцанию прекрасного белого моря, колеблющегося то в одну сторону, то в другую. Я прозвал их “смеющимися цветами тундры”, потому что из-за их качаний и киваний казалось, будто они бесконтрольно хихикают, глядя на глупых людей, пытающихся пройти через их земли.

Километр за километром Виктор с Богданом продвигались по неровным кочкам тундры со скоростью шесть-семь километров в час. Через несколько часов двигатель оранжевой машины стал работать с перебоями и глохнуть. Виктору неоднократно приходилось останавливать наш синий вездеход и ждать, когда Богдан нас нагонит. Вдвоем они рассудили, что предыдущий водитель, вероятно, залил в оранжевый бак дизельное топливо не того сорта. Они пытались исправить ситуацию, доливая через сифон свежее топливо из другой бочки, но, похоже, это не помогало. Утомительное движение, постоянно прерываемое остановками, продолжалось почти до полуночи, и к тому времени Богдан отстал настолько, что мы потеряли его из виду. Что еще хуже, по непонятной причине перестали работать рации. Так что мы умудрились потерять половину команды и из виду, и в эфире.

Мы были в дороге с шести утра, а приближалась полночь. Поэтому Виктор наконец решил, что на сегодня хватит. Он спустил вездеход по крутому склону и остановил на берегу небольшой речки. Вот тогда-то, спрыгнув с гусеницы, я и оказался окутан удушающим облаком комаров.

Обессилевший, тщетно отбиваясь от нападающей на меня мелюзги и задыхаясь, я был совершенно выбит из колеи и терял остатки самообладания. И вот в самый острый момент паники я вдруг понял, что мой сын и остальная часть команды, за которую я отвечаю, все еще отсутствуют.

Безысходность, изнеможение и паника, смешанные с чувством глубокого ужаса. Меня захлестнула волна эмоций, какой я никогда не испытывал.

И где же сейчас мой сын?

Глава 18

Найденные

С нарастающим отчаянием я дико махал руками во все стороны, отгоняя безжалостно нападавших на меня комаров. Я стоял на грязном склоне холма, крутя головой во все стороны в поисках нашего оранжевого монстра. Ветер завывал у меня над ухом, словно жуткое чудовище.

– Пол.

Мне показалось, будто кто-то позвал меня по имени, но я лишь отмахнулся от этой мысли. Паника и страх наверняка распалили мое воображение.

– Пол. Пол.

Но нет, голос был настоящим. Кажется, говорили с русским акцентом, но трудно было понять наверняка из-за ветра. НЕ СЕЙЧАС, – подумал я. – УБИРАЙСЯ. Я не хотел, чтобы кто-нибудь видел меня в этом почти истерическом состоянии. Я совершенно потерял контроль над своими эмоциями.

Но русский голос стал только настойчивее.

– ПОЛ!

Теперь он звучал прямо позади меня, требуя моего внимания.

Раздраженный, я обернулся и с удивлением увидел Валерия Крячко, стоящего на расстоянии вытянутой руки от меня. Он совершенно не говорил по-английски и знал, что я не говорю по-русски. Поэтому, не произнося ни слова, он шагнул вперед и надел мне на голову шляпу камуфляжной раскраски.

Я, должно быть, выглядел озадаченным. Валерий какое-то время изучал меня и, по-видимому, уловил, что я не понимаю сути происходящего. Поэтому он потянулся к шляпе на моей голове и стал возиться с полями. Я стоял молча, не понимая, что мне делать, пока наконец не заметил, что Валерий стягивает с полей шляпы черную сетку и опускает ее поверх моего лица. Он потянул за шнурок, притянув нижнюю кромку сетки к моей шее и мгновенно создав барьер между мной и моими крылатыми обидчиками. Сделав шаг назад, Валерий осмотрел меня и одобрительно кивнул, после чего, не сказав ни слова, повернулся и стал спускаться с холма.

Наконец-то я получил возможность нормально дышать – впервые с того момента, как выбрался из синего левиафана. Теперь я мог перестать размахивать руками, словно какая-то безумная человекообразная ветряная мельница.

А дальше дела стали быстро налаживаться. Я вдруг услышал низкое рычание приближающегося издали дизеля. Взглянув вверх по склону, я увидел, как оранжевая махина вдруг показалась из-за холма, резво перемахнула через вершину и полетела мимо меня к берегу реки, чтобы присоединиться к своему синему партнеру. При одном ее виде мое смятение уступило место эйфории. Мой сын в безопасности, моя команда в безопасности. И, благодаря Валерию, я не задохнулся.

Со всех ног я поспешил по скользкому от грязи склону вслед за оранжевым вездеходом. Уилл, будучи опытным полевым геологом, вышел из машины полностью одетым в противомоскитное снаряжение. Когда я спросил его о местонахождении моего собственного снаряжения, которое я по ошибке оставил ему, когда мы утром выезжали из Анадыря, он жизнерадостно сообщил, что очень удачно использовал его для защиты своего компьютера и фотоаппаратуры.

Еще несколько мгновений назад, когда я задыхался в облаке комаров и ужасался мыслям о том, что могло случиться с моим сыном, мне, пожалуй, трудно было бы оценить его шутку. Но теперь, когда он был в безопасности, а комары потеряли власть надо мной, мы оба могли вдоволь посмеяться над этой абсурдной ситуацией. Шляпе Валерия предстояло стать моим постоянным аксессуаром, сохранявшим мне нервы и рассудок до самого конца экспедиции.

На ужин в первый вечер был горячий суп из лапши быстрого приготовления и теплые оленьи ребра, к которым прилагалось еще мясо, завернутое в блины. Ели быстро. Проведя первые шестнадцать часов экспедиции, трясясь по тундре со скоростью шесть несчастных километров в час, все мечтали поскорее улечься спать.

Все, кроме меня. Я провел часть ночи, лежа на спине на своем спальнике, разложенном рядом с остальными в синем вездеходе, плотно зажатый между Уиллом и Вадимом. Я выдержал в этом положении около трех часов, но так и не смог уснуть, поскольку машина стояла под углом и кровь приливала к голове. Будет ли каждая ночь такой же ужасной? – думал я.

В конце концов я бросил безнадежные попытки уснуть. Взяв с собой противомоскитную шляпу Валерия, я тихонько выскользнул из кабины и забрался на насест, где Оля и Бакс провели бо́льшую часть дня. Озирая странную, залитую лунным светом местность, я достал свой дневник, чтобы записать впечатления от нашего первого дня в тундре:

Наши ратраки[16] казались впечатляющими, когда мы впервые увидели их вчера, но сегодня на фоне необъятных просторов тундры они показались мне совершенно ничтожными. Наша поездка была как один гигантский заезд по американским горкам, растянувшийся на день…

Где-то через час проснулся Саша и забрался ко мне на крышу синего вездехода. Изначально я взял его исключительно в качестве переводчика с русского, но у Саши были и другие качества, делавшие его очень ценным для команды. Помимо высокого роста и спортивного телосложения, он мог похвастаться богатым походным опытом, позволявшим ему выполнять в экспедиции самые разные функции. Со своими светлыми волнистыми волосами, неизменной улыбкой и неутомимым энтузиазмом он поддерживал во всех боевой дух и обеспечивал беспрепятственное общение с нашими российскими коллегами.

Кроме того, еще со студенческих лет Саша обладал базовыми познаниями в области физики и был жутко любопытен. Пока мы вместе сидели на крыше машины, он воспользовался возможностью и буквально засыпал меня вопросами о том, когда и почему я впервые задумался о квазикристаллах, которые в те времена были весьма радикальной идеей, и почему я решил, что именно сейчас нужно обязательно найти природный образец.

Наутро, вскоре после того, как мы возобновили движение, на нас посыпалась череда досадных проблем технического характера. Оранжевая машина стала испытывать их уже в первый день из-за проблем с дизельным топливом. На второй же день настала очередь синей. Одна из огромных танковых гусениц соскочила с колесных звездочек, как велосипедная цепь. Вот только велосипед нетрудно перевернуть, чтобы снова надеть цепь. А что делать с этим чудищем?

Богдан был готов к таким чрезвычайным ситуациям, и из-под его машины внезапно материализовалось толстое бревно. Он вынул топор и отрубил большой кусок бревна, который затем расколол на четыре части. Получившиеся поленья он вставил в щели между зубьями шестерни и соскочившей гусеницей.

Команда зачарованно смотрела, как Виктор забрался в синий вездеход и медленно двинулся вперед, вовлекая относительно небольшие поленья во вращение вместе с механизмом. Деревяшки прошли почти полный круг, и вдруг – ХРЯСЬ! – гусеница снова соединилась с зубьями шестерни, раздробив поленья на куски.

Самым пугающим в этом процессе было то, как Богдан голыми руками лез в движущийся механизм. Ему приходилось постоянно прижимать поленья, чтобы они оставались на месте, пока Виктор ехал вперед. Пару раз я с замиранием сердца думал, что он вот-вот потеряет несколько пальцев, если не всю руку. Но для двух водителей эта операция была такой же рутинной, как ремонт спущенного колеса. За время поездки они повторяли эту процедуру несколько раз, и наблюдать за ними всегда было страшно.

На второй день ближе к обеду вдали наконец появилось Корякское нагорье, где скрывался ручей Лиственитовый – наша конечная цель. Было, однако, ясно, что до конца дня мы даже близко не подойдем к подножию гор, учитывая скорость, с какой мы плелись по тундре.

К полудню мы достигли газовой станции, построенной для обеспечения российских горнодобывающих работ. Мы надеялись, что сможем помыться и пообедать в столовой компании. Но не тут-то было. В столь отдаленном месте не хватало свежих продуктов, и, по словам менеджера, все их запасы были заморожены, чтобы продлить срок хранения. Так что нам дали от ворот поворот. Однако управляющий пообещал уважить нас на обратном пути – при условии, что мы не забудем заранее позвонить и предупредить о своем приезде.

Я не мог не улыбнуться: оказывается, даже в такой глуши столик нужно резервировать заранее.

Проехав еще несколько километров, мы наткнулись на неработающую буровую станцию (см. фото ниже). Она казалась полной противоположностью той современной, которую мы только что покинули. Общая обветшалость комплекса напомнила нам с Уиллом апокалиптические фильмы о Безумном Максе с заброшенными ржавыми нефтяными вышками, остатками старых машин и разбросанными повсюду топливными бочками. Однако сооружение лишь выглядело заброшенным. Оно все еще использовалось как заправочная станция, и Виктор выторговал у местных несколько бочек солярки в пополнение наших запасов.

Погрузив бочки с топливом, мы вернулись на маршрут, но тут, как назло, Виктор и Богдан стали раз за разом попадать в тупики. Сначала трещина, затем карьер и неоднократно – непроходимые заросли. Каждый раз, наталкиваясь на очередное препятствие, мы были вынуждены разворачиваться и возвращаться к началу, прежде чем снова двинуться в путь уже в другом направлении.

Эта езда взад-вперед продолжалась несколько часов, будто мы угодили в лабиринт, пока наконец не стало ясно, что дело идет к вечеру и мы так никуда не доедем. К тому времени Виктор и Богдан были уже морально и физически вымотаны, и мы отправились ночевать в обшарпанный штаб на станции имени Безумного Макса. Так закончился второй день нашей экспедиции. Из-за всех этих механических и навигационных проблем мы уже на целые сутки отставали от графика.

Оля на скорую руку приготовила поесть. Мы сидели и ужинали в одном из трейлеров на станции Безумного Макса, как вдруг вошел Виктор и сообщил о новой проблеме. Он проверял две новые бочки с топливом, погруженные в его вездеход, и обнаружил, что обе они дефектные и текут.

Продолжи мы движение в сторону Корякских гор, это была бы катастрофа, поскольку бочки продолжали бы незаметно течь. Мы могли бы потерять весь запас топлива и застрять в глуши. Хуже того, негерметичная бочка с топливом могла привести к взрыву в вездеходе. Так что досадная задержка неожиданно оказалась для нас спасительной.

– Пожалуй, благодарить за нашу удачу стоит меня, – в шутку сказал я Уиллу. – Я столько водки вылил в подношение духам во время ритуала перехода через ручей – возможно, жертва уже окупается!

Уилл только глаза закатил – такое выражение лица хорошо знакомо всем родителям, даже тем, кто обычно не встает лагерем посреди тундры.

Благополучно заменив протекающие бочки с топливом, мы стартовали следующим утром и быстро нашли прямой путь к Корякским предгорьям. Пропитанная водой тундра под нашими гусеницами сменилась затвердевшей грязью и камнями, и мы буквально полетели вперед, если, конечно, движение со скоростью пятнадцать километров в час можно назвать полетом.

Продолжая подниматься по предгорьям, мы впервые встретили парочку четвероногих туземцев. Два камчатских бурых медведя изучали нас издали, и нам даже удалось определить, что это мать и детеныш. Даже с такого расстояния было ясно, что они оба огромные. Наши дизели так шумели, что медведи могли их услышать и с другой стороны долины, но детеныш был настолько любопытен, что встал на задние лапы, чтобы получше нас рассмотреть. Я порадовался, что сижу внутри вездехода, а не на открытом воздухе, поскольку самки камчатских, да и всех остальных видов медведей, как известно, яростно защищают свое потомство.

В конце концов мать убедила своего детеныша уйти. Наблюдая за их бегом, я поражался быстроте и мощи этих зверей. Камчатские бурые медведи способны развивать скорость до шестидесяти километров в час – намного больше, чем наши машины. Вот и эти мать и детеныш держали достаточно высокую скорость, пока не скрылись из виду.

Если нам когда-нибудь, не дай бог, доведется близко повстречаться с одним из камчатских медведей, – подумал я, – то явно нет смысла пытаться от него убежать.

Крис Андроникос, один из самых опытных походников в нашей команде, часто работал полевым геологом в местах обитания медведей гризли. Поэтому перед отъездом из Анадыря я попросил его рассказать остальной команде об основах “антимедвежьей безопасности”. Крис изложил все очень просто.

Правило 1. Если встретите камчатского бурого медведя на близком расстоянии, совсем неважно, что делать, – вы, вероятно, уже мертвы.

Правило 2. Старайтесь не приближаться к камчатскому бурому медведю. Хороший способ, как соблюсти Правило 2, дает Правило 3.

Правило 3. Держитесь группами по три человека или больше и шумите, куда бы вы ни шли. У медведей плохое зрение, они воспринимают группу совместно движущихся шумных людей как одного зверя намного большего размера. Если в округе есть более перспективный источник пищи, они поспешат удалиться.

Пейзаж сильно менялся по мере приближения к Корякскому нагорью с его коричневыми и почти бесплодными склонами. Крис объяснил, что это мантийная порода, богатая оливином и перидотитом. По его словам, как и в некоторых горных районах Калифорнии, почва здесь токсична из-за высокой концентрации никеля. Деревья и густая растительность тут не приживаются. Экзотическая, потусторонняя обстановка почти склонила меня к мысли, что теория Криса о земном происхождении флорентийского образца все же может оказаться верной.

Углубившись в предгорья, мы наткнулись на ряд потрясающих речных переходов. Берега высотой шесть метров и выше были намного круче встречавшихся нам до сих пор. Тягачи справлялись с резкими уклонами, но Виктор предупреждал нас крепче держаться, когда мы переваливали через край.

Все последние дни я провел на переднем сиденье рядом с Виктором, завороженно следя за его техникой вождения и пытаясь предвидеть, в какую сторону он свернет, чтобы не попасть в колею или избежать иного препятствия. К тому времени я уже познакомился со всеми его приемами безопасного вождения. И поэтому меня встревожило, когда после одного из крутых спусков по речному берегу он внезапно переключился на высокую передачу.

Перед нами был лес из высоких деревьев. Я ахнул, когда Виктор вдавил педаль газа и двинулся прямо на них с нашей максимальной скоростью в пятнадцать километров в час.

– Виктор, а где дорога? – крикнул я, пока мы неслись вперед.

Тон моего голоса, видимо, был достаточно выразительным, чтобы Виктору не понадобилось перевода. Он искоса взглянул на меня, как бы говоря: “Дорога? Кому она нужна, дорога?” И покатил прямо по лесу.

Деревья валились одно за другим, как куски тонкого картона. Обернувшись, чтобы посмотреть на повреждения, я обнаружил, что деревья, которые казались непроходимыми, на самом деле довольно гибкие. Они распрямлялись позади нас, словно захлопывая за нами дверь. Очевидно, деревья были молодыми, а их стволы – достаточно упругими, чтобы не получать серьезных повреждений.

Затем мы сделали короткую остановку в странной долине, чтобы собрать грибы для Олиной кухни. Проведя несколько часов взаперти внутри вездеходов, команда наслаждалась возможностью размять ноги в поле, усеянном грибами невероятного размера – некоторые достигали четверти метра в диаметре. Марина (на фото ниже) и Оля руководили работой.

Мы с Крисом остались изучать карты и сверяться с текущими координатами по GPS. Оказалось, что мы двигаемся недостаточно быстро. Поэтому я принял крайне непопулярное решение свернуть сбор грибов и вернуться на несуществующую “дорогу”. Едва возобновив движение, мы выехали к могучей реке Хатырке – самой глубокой и широкой реке Корякского нагорья.

Никогда не забуду этот момент. Когда мы подъехали к реке, обычно молчаливый Валерий Крячко наклонился вперед с заднего сиденья и что-то сказал мне по-русски.

– Валерий говорит, он совершенно не уверен, что нам удастся пересечь Хатырку, – перевел Саша. – Глубина меняется от года к году и от сезона к сезону.

Как это? Он что, серьезно?

Я вспомнил все встречи и планерки за последние шесть месяцев. Мы обсуждали правительственные разрешения, запасы продовольствия и топлива, погодные условия и медведей. Но ни на одной из этих встреч мы не обсуждали местность, с которой нам придется иметь дело, и проблемы, которые могут на ней возникнуть. Мне сказали, что будут дороги. Но дорог не было, а теперь путь нам преграждала довольно широкая река.

Почему я слышу об этом только сейчас, когда мы вышли к самой кромке воды? – растерянно думал я.

Саша продолжал переводить, теперь уже слова Виктора.

– Наши вездеходы по идее способны плавать, – сказал он. – За исключением того, что… ну, с той оговоркой, что по факту никто никогда не пытался пересечь на них такую широкую реку, как Хатырка, с таким количеством людей и груза.

Это, конечно, лучшее время, чтобы мне об этом рассказать, – подумал я. До того момента я понятия не имел, что нам придется форсировать реку шириной в сотни метров и неизвестной глубины, чтобы добраться до места назначения. Я беспокоился о том, чтобы успеть к лагерю до полуночи. Теперь я был уже не уверен, что Хатырка вообще позволит нам туда добраться.

Как, черт возьми, мы вообще так далеко зашли, не обсудив это? – думал я, качая головой.

Мы высадились на берегу Хатырки, а Виктор и Богдан отправились на оранжевой машине разведывать дальнейший путь. Тем временем у остальных появилась возможность для позднего обеда. Командный дух поддерживался восхитительным запахом свежесобранных грибов, которые приготовила Оля. Так что опасения по поводу перехода через реку я держал при себе и дал по большей части не подозревающей о предстоящем испытании команде насладиться обедом. Скоро и так все об этом узнают, рассудил я.

Вернувшись, двое водителей объявили, что нашли вроде бы самый мелкий участок Хатырки. Так что мы сложили вещи, забрались обратно в наших механических монстров и приготовились к важному эксперименту.

Я понятия не имел, чего ожидать, когда мы въехали в речные воды. Это было странное ощущение – чувствовать силу реки, которая периодически берет под контроль нашу огромную машину, как если бы та была игрушкой, плавающей в ванне. Вода подняла нас, оторвав от дна реки, а затем понесла вбок, вниз по течению, и снова опустила на грунт. Еще десять минут оба вездехода то ехали, то плыли, то снова ехали, то опять плыли, постепенно перебираясь через реку.

Наконец обе машины выбрались на другую сторону. Я вздохнул с глубоким облегчением, когда мы выехали из воды на берег реки.

Каким будет следующий сюрприз? – думал я. О чем еще Валерий забыл мне сказать?

Мы продолжили путь. Синий левиафан снова мчался впереди оранжевого. Несколькими годами ранее Виктор участвовал в геологической экспедиции в этом районе и был знаком с маршрутом. Он знал, что мы уже близки к намеченному для лагеря месту, но вдруг заметил странный ряд тополей. Повернув, он поехал вдоль них, пока мы внезапно не вылетели на открытый речной берег.

Это была река Иомраутваам, приток Хатырки, на которой мы планировали разбить лагерь. Виктор промчался по воде и встал посреди русла, ударив по тормозам.

Выбравшись из кабины, я посмотрел на часы – было восемь вечера. Четыре дня езды по шестнадцать часов подряд с существенным дискомфортом и порой обескураживающими трудностями – и мы наконец прибыли к месту назначения. Все аплодировали и поздравляли Виктора.

Мы не стали терять ни минуты. Не дожидаясь прибытия наших товарищей в оранжевом вездеходе, мы оставили Виктора разбивать лагерь и отправились на небольшой пеший осмотр местности. Валерий прокладывал маршрут, а мы шли за ним по берегу реки Иомраутваам, пока не добрались до места, где в нее впадал небольшой ручей – Лиственитовый. Повернуть вверх по его течению мешала слишком густая растительность. Но Валерий сказал, что на следующий день мы пойдем другим маршрутом, который приведет нас к месту раскопок.

Я был в восторге, что наконец прибыл сюда, и вспоминал, сколько часов мы провели с Линкольном Холлистером, рассматривая карты этого района и мечтая о том, чтобы собрать команду экспертов для его изучения. Теперь все это происходило в действительности и я возглавлял такую команду. Вопреки словам Валерия, меня раздирало острое желание протиснуться сквозь преграждающую путь густую растительность и сразу начать копать. Я чувствовал себя как ребенок, которому велели подождать, прежде чем открывать подарок на день рождения.

Когда мы вернулись к нашему новому лагерю, Валерий заставил всех хорошенько рассмотреть огромные тридцатипятисантиметровые медвежьи следы вдоль тропы. Неподалеку водились камчатские медведи, которых привлекало обилие рыбы в реке. Следы были серьезным предупреждением о необходимости принять все возможные меры, чтобы избежать встречи с теми, кто их оставил.

К тому времени, как мы вернулись с Лиственитового, к лагерю уже подтянулись остальные члены нашей экспедиции. На удивление быстро было разгружено все наше снаряжение и поставлены первые палатки, в том числе обеденная, укрытая противомоскитной сеткой.

Большинство членов команды расселились по палаткам, где места для сна едва хватало на одного-двух человек. Но для нас с Уиллом Валерий заботливо приготовил палатку гораздо большего размера, достаточно высокую, чтобы мы вдвоем могли в ней стоять едва ли не в полный рост. У нее был двойной откидной полог, собственная печка и, к счастью, собственная ловушка для насекомых. Валерий даже подвел к палатке электричество от ближайшего генератора, чтобы мы могли подзаряжать свои компьютеры. Он знал, что в моем лице имеет дело с исключительным домоседом и, видимо, стремился сделать все возможное, чтобы мой первый полевой опыт оказался приятным. Я был искренне благодарен за такую заботу. А еще я был признателен сыну за то, что тот согласился на такое до неприличия роскошное жилье, хоть и был опытным походником, привыкшим к более суровым условиям.

Лагерь располагался всего в паре сотен метров от реки Иомраутваам, достаточно близко, чтобы, сидя в палатке, слышать ее течение. Вдали виднелись окружавшие нас Корякские горы, где скрывался исток Лиственитового ручья. Место стоянки было совершенно невзрачным и ничем не выделялось. Оно было ровным, то здесь, то там росли кусты. На другом берегу реки заросли были повыше, некоторые достигали метров шести. Обстановка казалась мне странной и чуждой, но не угрожающей.

Первую ночь мы с Уиллом провели, обустраиваясь в палатке и обсуждая планы на следующий день. В отличие от тесного кузова вездехода, в котором мы провели последние четыре дня, в палатке было более чем достаточно места для наших спальных мешков, и я быстро заснул.

На следующее утро экспедиционная работа закипела. Мы пробирались к месту раскопок, где нам предстояло попытаться повторить успех Валерия 1979 года. Перед каждым выходом на воздух я надевал противомоскитную шляпу Валерия, поскольку мне совершенно не хотелось повторить свое почти удушающее знакомство с тундрой. Наших с Уиллом запасов диэтилтолуамида[17] хватило бы на целую армию, но лосьон, казалось, привлекал комаров, словно мы обмазывались растопленными сладостями. Крис Андроникос и все наши российские коллеги были привычны к такой среде и редко пользовались сетками или репеллентами.

Через пятьдесят минут ходьбы и громкого шума, призванного обозначить наше присутствие и отпугнуть медведей, мы достигли ручья. Практически сразу Валерий указал на легендарную сине-зеленую глину, описанную в статье Разина. Это было просто потрясающе. Без лишних церемоний он сунул руку в грязь и поднял горсть глины, а затем скатал из нее шар, который все стали передавать друг другу. Скатанная в комок, глина по текстуре оказалась очень похожа на жевательную резинку или Silly Putty[18].

Уилл Стейнхардт

Впервые держать в руках этот шар из сине-зеленой глины было невероятно волнительно. Могу только представить себе, что чувствовал Лука. Это было осязаемое свидетельство того, что мы практически вплотную подошли к источнику природного квазикристалла, который так сильно повлиял на наши жизни и мысли в последние два года.

Я все еще был в раздумьях, когда их прервал Валерий:

– Мы еще не дошли, – перевел его слова Саша.

Это была та же сине-зеленая глина, но не в точности то же самое место. Поэтому еще с час мы шли за Валерием, петляя по полкилометра то вверх, то вниз по ручью.

Валерий искал особый ориентир на местности, о котором до сих пор не упоминал, – скалу высотой около пятнадцати метров. Поиск занял немало времени, но, как только Валерий ее заметил, он явно почувствовал облегчение и решительно двинулся к ней.

В трехстах метрах от пика Валерий остановился на берегу Лиственитового и заявил, что именно здесь нашел флорентийский образец.

Спустя тридцать два года, вопреки всем скептикам, с которыми я консультировался, Валерий действительно сумел вывести нас на место своих первоначальных раскопок. Для него это был момент большой личной гордости, который я никогда не забуду. Мы с Лукой сделали совместный снимок, держась за руки и высоко подняв их в знак этой победы – то был образ из моего давнего сна, моей мечты, возникшей задолго до того, как мы узнали о существовании Валерия и стали планировать совместное путешествие. Сказать, что первое утро прошло лучше, чем я мог ожидать, было бы преуменьшением.

Мы назвали указанное Валерием место “основным”, подразумевая, что раскопки и сбор образцов мы будем вести главным образом здесь, и надеясь, что молния все же ударит в одно место дважды и мы обнаружим еще один природный квазикристалл.

Вернувшись в лагерь, мы поняли, что стоянка у реки Иомраутваам дала нам неожиданные преимущества. Пока мы с Валерием искали место для раскопок, наши водители Виктор и Богдан растянули через реку тридцатиметровые рыболовные сети. Был как раз летний период нереста, поэтому всего за несколько часов они наловили достаточно лосося, чтобы накормить всю команду. Обилие лосося подтвердило наши подозрения, что в окрестностях должны частенько встречаться голодные медведи.

В тот вечер на ужин Оля смогла подать свежевыловленного лосося и свежую икру. Икра была обычного для Чукотки оранжевого цвета. Все были впечатлены, особенно Крис, заявивший, что эта поездка задает новый стандарт для геологических экспедиций. Я никогда не был большим поклонником икры, но именно в тот раз практически сразу им стал.

Валерий Крячко занимается промывкой в поисках образцов

Крис Андроникос и Пол Стейнхардт (в антимоскитной сетке) картографируют геологический ландшафт

Икра, особенно лососевая, быстро портится и обычно обрабатывается солью и консервантами, чтобы продлить срок хранения. Лишь такую пересоленную икру мне и доводилось пробовать в прошлом. Но та, которой нас угощали на берегу реки Иомраутваам, просто не идет ни в какое сравнение с консервами из магазина.

Оглядев стол, изобилующий вкусной едой, я начал по-настоящему ценить тот вклад, который Оля внесла в нашу экспедицию. Она умела быть теплой и приветливой, но в то же время могла быть очень деловой. Как юрист Оля работала с нашими российскими коллегами, чтобы ускорить сложный процесс получения разрешений от государственных органов. Как организатор она помогла обеспечить заброску и координировать наше пребывание в Анадыре. Теперь она вносила еще один ощутимый вклад в наше дело в качестве повара, вдохновляя всех и заряжая энергией.

Я разделил группу на три команды: землекопов и шлиховальщиков, которые работали вдоль ручья, и картографов, которые изучали местность и составляли местную геологическую карту. Сам я оказался единственным человеком без определенного задания и остался “летуном” – я мог переходить из команды в команду, чтобы помогать решать проблемы и обеспечивать максимально эффективную совместную работу.

Гленн Макферсон исследует кусок породы на предмет признаков удара метеорита

Валерий Крячко и Лука Бинди проверяют зерна

Часть следующего дня я решил провести с Гленном, Крисом и Майком в команде картографирования. Они начали работу у Основной траншеи и стали быстро продвигаться вверх по ручью Лиственитовый, отмечая по пути выходы скальных пород. Затем медленно двинулись обратно, систематически записывая местоположение и геологические свойства этих обнажений. Через несколько часов такого методичного спуска по течению мы заметили огонь и пар, производимые командой шлиховальщиков.

Вернувшись к Основной площадке, мы увидели, что Уилл, выкапывавший глину, прекрасно сработался с Лукой и Валерием, которые занимались шлихованием. Уилл на берегу реки наполнял сине-зеленой глиной большой лоток, а Лука затем добавлял из ручья воду и доводил смесь до кипения на сильном огне. Кипящая вода делала глину не такой липкой, так что в воде ее можно было крошить, пока она не становилась больше похожей на плотный песок.

Валерий, мастер золотодобычи, относил огромный лоток с этим плотным песком к Лиственитовому, где прополаскивал его в холодной горной воде. Непосвященному могло показаться, что Валерий просто вымывает все из лотка. Но на деле он тщательно отделял самые плотные зерна, поскольку знал, что материал, который мы ищем, плотнее большинства земных минералов. Добившись желаемого результата, Валерий выливал оставшееся содержимое в широкое деревянное блюдо V-образной формы и повторял процесс прополаскивания в ручье, продолжая отделять самые плотные частицы. Периодически Валерий подносил деревянную тарелку к лицу, пытаясь разглядеть какие-нибудь необычные или блестящие крупицы. После еще одного полоскания у него обычно оставалась пригоршня материала, которую он сливал в небольшую миску и вновь повторял процесс. Удовлетворившись, Валерий выливал остаток из маленькой миски в маленькую металлическую чашку, и после финального раунда полоскания скудное количество оставшегося материала передавалось Луке, который выпаривал из него воду. Конечным продуктом был сухой порошок перспективных минеральных фракций.

В конце концов Лука пересыпал высушенное в пластиковый пакет и помечал его номером с датой и местом происхождения. Этот трудоемкий процесс повторяли снова и снова до самого последнего дня экспедиции, чтобы получить как можно больше образцов материала для дальнейших исследований.

В дополнение к нашим командам картографов, землекопов и шлиховальщиков Марина, Вадим и Саша сформировали независимую команду для поиска дополнительных участков сине-зеленой глины выше и ниже по течению. Они тоже периодически приносили образцы Луке и Валерию для кипячения и промывания.

Проверив ход всех работ, я вернулся в свою палатку и начал добавлять записи в дневник. К концу дня Уилл, Лука и Валерий вернулись с ручья. Уилл распахнул полог палатки и попросил передать ему видеокамеру. Я заметил у него на лице непонятную улыбку, но в ответ на все расспросы он лишь сказал мне выйти наружу и посмотреть, как он снимает Луку. Просьба была странной, но я согласился. Лука стоял перед обеденной палаткой, где Гленн, Вадим, Крис и Майк болтали и пили чай. Я заметил, что Лука, как и Уилл, тоже слегка ухмыляется.

Настроив камеру и нажав кнопку записи, Уилл окликнул Луку достаточно громко, чтобы все могли услышать:

– Лука, что случилось сегодня?

– Я нашел одно зерно в глине, – сказал Лука, – в котором блестящий металл связан с силикатом. Я думаю, что это кандидат в квазикристаллы.

Застигнутый врасплох, я потерял дар речи. Он это всерьез? Неужели мы добились успеха в первый же полевой день? Я не знал, что и думать, но бросился вперед, чтобы крепко его обнять.

Лука сказал, что это была совместная работа. Он, Уилл и Валерий были целиком заняты земляными и промывочными работами на Основной площадке, тогда как Марина и Саша искали другие перспективные места вдоль русла ручья. Через какое-то время Марина вернулась к Основной площадке и рассказала о месте на другой стороне ручья, которое позже назвали Стеной Зеленой Глины. Уилл немедленно прервался и пошел через ручей туда, где ждал Саша. Вместе они накопали ведро зеленоватой глины, которое принесли Луке и Валерию для обработки.

Когда Лука взглянул на промытый материал, он сразу заметил своеобразное зерно, состоящее из маленьких металлических кусочков, словно прилипших к черноватым минералам. Он немедленно позвал Валерия и Уилла, которые тоже увидели блестящий металл.

Находка выглядела многообещающе, но все понимали, что в полевых условиях у нас нет возможности точно определить, действительно ли Лука обнаружил метеорит, не говоря уже о крошечном квазикристалле внутри этого метеорита. Для этого потребуются современные микроскопы, которые имелись в наших лабораториях. Но я также знал по опыту, что у Луки отличный глаз. Так что, возможно, он все-таки прав, – подумал я.

После обеда мы вытащили простой геологический микроскоп, который привез с собой Валерий, и попытались изучить зерно Луки. Мне оно казалось многообещающим, но Крис и Гленн были настроены скептически. Они были уверены, что это хромит, обычный земной минерал. Мирные дебаты продолжались около часа, но истине предстояло подождать, пока мы не вернемся домой и не сможем как следует изучить образец. Хоть мы и не были уверены в результате, потенциальное открытие вдохновляло команду всю оставшуюся часть экспедиции.

Наконец все, кроме меня и Уилла, легли спать. Уилл приводил в порядок фотографии и видеозаписи, а я был слишком взволнован всеми событиями нашего первого полевого дня, чтобы расслабиться. Я вышел из палатки подышать свежим воздухом и подошел к берегу реки, откуда открывался вид на многие километры вокруг. Я стоял и наблюдал за тем, как по долине реки низко стелется туман. Неотразимо прекрасная половинка луны поднималась над туманом в великолепном кристально чистом голубоватом полуночном небе. Это была природа во всей своей красе, и я позвал Уилла выйти и сделать снимок.

Мы вдвоем еще долго стояли на берегу реки. Это экзотическое место не было похоже ни на что из виденного нами прежде, и мы оба были заворожены незабываемо прекрасным видом.

Глава 19

Девяносто девять процентов

К утру далекий туман, которым мы с Уиллом любовались ночью, обернулся унылым дождем. Температура упала почти до нуля, и за завтраком мы толпились вокруг кухонной печки, греясь у нее по очереди.

Плохая погода вынудила приостановить раскопки и промывку. Но я с тихим беспокойством наблюдал, как команда картографов готовила свою первую дальнюю вылазку к одной из соседних вершин.

Руководил командой Крис. Как структурный геолог он планировал найти и идентифицировать породы, по которым можно было бы понять, нет ли каких-то признаков суперплюма или других необычных геологических явлений, позволяющих дать земное объяснение происхождению нашего образца. Вместе с тем образцы пород следовало также проверить на предмет микротрещин, которые могут указывать на удар большого метеорита. У подножия гор большую часть скал, за исключением нескольких обнажений, покрывала густая растительность. Поэтому Крис решил направиться с Гленном и Майком к ближайшему пику, где камни были доступнее.

Это было масштабное предприятие, и я понимал, почему картографическая команда не хотела откладывать его из-за плохой погоды. Однако меня беспокоило их решение выдвигаться, потому что мы никак не сможем им помочь, если они столкнутся с серьезными проблемами. Конечно, у нас имелись основные средства первой помощи, но с тяжелыми травмами мы бы не справились. План на случай чрезвычайной ситуации заключался в том, чтобы использовать спутниковый телефон для вызова помощи. Но у меня в голове все время прокручивались худшие сценарии.

Что, если непогода усилится? Что, если не установится спутниковое соединение? А если погода испортится настолько, что спасательный вертолет не сможет вылететь и спасатели не прибудут?

Как я и опасался, к тому времени, когда картографическая команда достигла вершины ближайшего пика, буря значительно усилилась. Они вынуждены были повернуть назад, и их возвращение в лагерь стало исключительно тяжелым. Втроем они осторожно, едва удерживаясь на ногах, прокладывали путь с вершины вниз под ледяным дождем. Внизу им пришлось тащиться через гектары глины и грязи, продираясь сквозь густой мокрый кустарник, который местами доходил до пояса и кишел комарами.

В итоге они вернулись в лагерь без травм, но промокли до костей и вконец вымотались. Даже переодевшись в сухую одежду, Крис и Майк выглядели несколько потрепанными. А вот Гленн выглядел гораздо хуже, поскольку привык работать в закрытой лаборатории. Он практически не участвовал в полевых геологических исследованиях с тех пор, как стал сотрудником музея естественной истории двадцать семь лет назад. Вдобавок он был самым старшим в группе и физически находился не в лучшей форме. Через полчаса после возвращения его уже неудержимо трясло.

Марина и Оля сразу опознали признаки переохлаждения и принялись за дело. Они усадили его, накрыли одеялом и принялись отпаивать горячим чаем и супом, а также водкой – русским лекарством от всех болезней. Пассивное согревание, – подумал я. – Это все, что мы можем сделать. Гленн, без сомнения, чувствовал, что ему грозит опасность, поскольку, казалось, запаниковал и начал огрызаться на женщин, когда они пытались помочь. Раздражительность – это симптом. Как и сопротивление помощи, которое все усложняет.

Все собрались вокруг и наблюдали, как разворачивается пугающая сцена. Я, например, чувствовал себя беспомощным. Что делать, если это не сработает? К счастью для Гленна, несмотря на все его жалобы, две наши русские участницы мягко настояли на том, чтобы он сохранял максимальную неподвижность. Прошло долгих пятнадцать минут, прежде чем дрожь наконец стала утихать и к его лицу начал медленно возвращаться нормальный цвет. Быстрое вмешательство Марины и Оли остановило прогрессирование гипотермии Гленна, и она не вышла за пределы самой легкой стадии. Однако ему требовалось как следует отдохнуть, чтобы полностью восстановиться.

Слава богу, что это случилось, когда он вернулся в лагерь, а не в середине похода, – подумал я с облегчением.

Катастрофа была предотвращена, все разошлись, а я вернулся в палатку, чтобы записать события дня в свой полевой дневник. Я пришел к выводу, что с Гленном все будет в порядке. Но мне нужно было переосмыслить его роль в экспедиции.

Бах! Мою работу внезапно прервал громкий хлопок. Что еще? Громыхнуло в опасной близости от моей палатки.

Бах! После второго хлопка я понял, что это были выстрелы, и мои мысли тут же обратились к единственному оружию в лагере – карабину, похожему на автомат Калашникова[19], который наши русские водители держали под рукой в качестве меры предосторожности на случай возможного нападения медведя. Шкура камчатского бурого медведя, по-видимому, настолько толстая, что менее мощным оружием ее не возьмешь.

Камчатские медведи – огромные, устрашающие создания. Самые крупные самцы могут весить до шестисот килограммов и бывают неимоверных размеров. Вставая на задние лапы – эту позу они часто принимают, чтобы в полной мере использовать свое острое обоняние, – они достигают трех метров в высоту. В летние и осенние месяцы инстинкты заставляют медведей потреблять огромное количество калорий, чтобы накопить достаточно жира и пережить зимнюю спячку.

Тремя годами ранее в поселке вахтовиков к югу от нашего лагеря при встрече с медведями погибли люди. Тем летом браконьеры выловили в этом районе слишком много лосося, и тридцать оголодавших медведей предприняли совместную атаку на лагерь горняков в поисках пропитания. Сотни геологов и шахтеров в панике разбежались. Медведи легко догнали двух человек, которых жестоко убили и съели.

Мы находили свежие медвежьи следы повсюду вокруг лагеря и знали, что поблизости бродят группы медведей, лакомящихся рыбой из реки Иомраутваам. Так что для меня не было бы полной неожиданностью, если бы выстрелы, которые я услышал, предназначались одному из них.

Я выбежал наружу и увидел, что все, включая Уилла, собрались вместе метрах в пятнадцати от моей палатки. Никто не пытался укрыться и не выглядел напряженно, поэтому я сразу понял, что непосредственной угрозы не было. Когда я спросил Уилла, что происходит, он сказал, что Виктор и Богдан проводят тренировку по стрельбе. Водители обычно держали карабин заряженным патронами для защиты от медведей. Сейчас они использовали пули поменьше и расставили вдоль берега реки пустые бутылки из-под водки в качестве мишеней.

Я внимательно наблюдал, как члены команды по очереди берут в руки карабин. Виктор хотел, чтобы все, включая меня, попробовали поразить мишени. Я изо всех сил отпирался, объясняя, что никогда ни из чего не стрелял, тем более из такого мощного оружия, как этот карабин.

– Нет, – с улыбкой настаивал Виктор. – Никаких исключений.

Каждому надо было сделать по три выстрела.

Он протянул мне карабин, и я с опаской посмотрел на него. В любой другой ситуации я бы не хотел даже близко подходить к такому оружию, но в сложившихся обстоятельствах чувствовал, что выбора у меня нет. Я поднес карабин к плечу и прицелился. Не имея никакого опыта стрельбы, я совершил ошибку новичка, завалив оружие в сторону лица, чтобы легче было смотреть вдоль прицела. В результате, к большому веселью остальной команды, ни один из моих первых двух выстрелов и близко не попал по мишеням. Все взревели от хохота.

Виктор перезарядил карабин для моего третьего и последнего выстрела и тихо пробормотал что-то Саше по-русски.

– Надо хват изменить, – перевел Саша, – и держать карабин ровно, а целиться, глядя прямо поверх него.

Я молча кивнул, зная, что совет все равно мне не поможет. Проблема не имела ничего общего с тем, как я держал карабин. Она заключалась в том, что мое зрение было недостаточно острым, чтобы разглядеть хоть одну из целей. Но объяснять это не было смысла. В тот момент я просто хотел как можно быстрее покончить с этим унизительным занятием.

Я навел карабин в сторону бутылок и сделал последний выстрел. Команда разразилась еще более громким смехом. Я отступил и сконфуженно отдал оружие.

Несколько часов спустя в разговоре с Уиллом в нашей палатке всплыла тема стрельбы по мишеням. Я сказал, что мне жаль, если я поставил его в неловкое положение, показав себя полным неудачником в роли снайпера. Он озадаченно посмотрел на меня и сказал: “О чем ты говоришь? Ты попал в цель последним выстрелом!”

Я был ошеломлен. Команда вовсе не потешалась над моим последним выстрелом. Она меня поддерживала.

Это невозможно, – подумал я с улыбкой. Если мне удалось попасть в цель, то это была буквально слепая удача. Настолько слепая, что я даже не видел, как разбилась бутылка из-под водки. Но я, конечно, был счастлив, получив такой повод для хвастовства. Все же мало кто из физиков-теоретиков может с гордостью заявить, что успешно стрелял из карабина на Чукотке.

Гленн провел тот день, отдыхая и восстанавливая силы. Я был рад видеть, что он чувствует себя уже достаточно хорошо, чтобы присоединиться к группе за ужином, хотя выглядел он все еще усталым и измученным. Я заметил, что Гленн, который обычно держался напористо, если не воинственно, слегка подавлен. Чувствуя, что он тревожится о своей будущей роли в картографической команде, я решил его успокоить.

– Больше никаких длинных походов, – твердо сказал я ему. – У нас и возле лагеря масса важных дел, требующих твоего участия.

Марина Юдовская и Майк Эдди в ходе картографической экспедиции

К счастью, это был один из немногих случаев в наших профессиональных отношениях, когда Гленн не попытался оспорить мое решение. Напротив – он почувствовал облегчение и с готовностью согласился. Невысказанная проблема заключалась, правда, в том, что я еще не придумал для него следующего поручения. Сначала нужно было убедиться, что он полностью поправился.

На следующее утро небо расчистилось – и мы смогли вернуться к запланированным работам. Мы с Уиллом и Сашей объединили усилия, копая новую траншею возле Основной. Когда Валерий был на этом месте в 1979 году, только самый край русла ручья был срыт бульдозером. За прошедшие годы русские золотодобытчики убрали грунт еще на десяти или двадцати метрах сбоку от ручья. Нам это очень помогло, поскольку требовалось удалять меньше земли, чтобы добраться до сине-зеленой глины, которая, как мы знали, залегала под склоном холма. Мы нацеливались на эту глину, потому что именно с ней было связано первоначальное открытие Валерия.

Уилл Стейнхардт готовится к раскопкам у ручья

Крис Андроникос, вооруженный карабином для защиты от медведей

Копалось трудно – сине-зеленая глина была тяжелой и липкой. Менее чем за час сломались все наши обычные лопаты. С того момента раскопки на Лиственитовом велись наскоро починенными лопатами, совками и голыми руками.

Валерий решил работать на другом участке, чуть ниже нас по течению. В отличие от Основной площадки, тот участок оставался нетронутым и не был загрязнен какими-либо горными работами. Мы трудились уже около часа, когда Валерий вдруг начал что-то возбужденно кричать нам по-русски.

– Он хочет, чтобы мы посмотрели, что он нашел, – сказал Саша.

Мы прошли метров пятьдесят вниз по течению, и Валерий указал на яму, которую вырыл у воды. Втроем мы наблюдали, как он обеими руками залез в нее и вытащил большой ком грязи. Через несколько мгновений она начала застывать, и Валерий многозначительно посмотрел на нас. Мы глядели на его руки, когда он разломил ком, как пасхальное яйцо, обнажив скрытый внутри сюрприз. Сине-зеленая глина! Валерий улыбался, пока мы поздравляли его с этим открытием, немедленно изменившим наши планы на остаток дня.

Уилл и Саша покинули Основную траншею и следующие несколько часов проработали на новом раскопе Валерия. Мы планировали продолжать там копать, и поэтому они построили толстую глиняную стену вокруг ямы, чтобы ручей не наполнял ее водой. Похоже, Уилл был особенно решительно настроен извлечь оттуда как можно больше глины. В честь его целеустремленности это место (см. фото справа) стали в итоге называть Уиллз-Хоул[20].

Вместо того чтобы сделать перерыв и вернуться в лагерь на обед с остальной командой, Уилл в тот день остался на месте и перекусил припасенным в рюкзаке сухим пайком. Хотя он работал у ручья один, я знал, что медведи, которые, как мы полагали, бродят поблизости, ему не угрожают. Они не интересовались относительно скудными водами Лиственитового, когда ниже по течению, в реке Иомраутваам, было полно лосося.

Однако есть на открытом воздухе оказалось сложнее, чем Уилл ожидал, ведь для этого надо было справиться с полчищами привлеченных дыханием комаров. Раздраженный Уилл в итоге обвязал платком нижнюю половину лица. И все равно каждый раз, когда он брал еду в рот, он вдобавок к ней получал солидную порцию приправы из комаров.

Позже в тот же день мы столкнулись с первой серьезной научной проблемой. Гленн и Лука отправились к раскопу, чтобы изучить некоторые образцы, и после долгих проверок и перепроверок пришли к поразительному выводу.

– Вполне возможно, что мы на ложном пути, – объяснял мне Гленн. – Сине-зеленая глина может оказаться не самым подходящим местом для поиска новых образцов.

Это стало большой неожиданностью и повлияло на всю экспедицию.

О роли этой глины мы размышляли последние два года – с самого начала нашего расследования. Мы с Лукой впервые узнали о ней из статьи Леонида Разина с соавторами, в которой сообщалось об открытии хатыркита и купалита.

Нас всегда интересовало: насколько важна сине-зеленая глина для поиска фрагментов метеорита?

Поначалу, пока анализ не показал, что флорентийский образец был частью метеорита, мы задавались вопросом, возможно ли, чтобы алюмомедные сплавы и сине-зеленая глина образовались вместе из естественной коренной породы, а именно из серпентинита. Но когда с ходом расследования мы убедились, что флорентийский образец имеет внеземное происхождение, стал обсуждаться вопрос, сыграла ли сине-зеленая глина какую-то роль в защите метеоритного алюминия от окисления. В любом случае наша рабочая гипотеза предполагала непосредственную связь глины с флорентийским образцом. Поэтому мы решили сосредоточить поисковые усилия на тех местах, где удавалось ее обнаружить.

Глина из Уиллз-Хоул, которую изучили Гленн и Лука, состояла из очень мелких зерен, расположенных в чередующихся слоях синего и зеленого цветов. В этом она была идентична глине, в которой Валерий нашел флорентийский образец. Поэтому, основываясь на нашей гипотезе, мы надеялись найти в глине множество крошечных зерен метеоритных минералов. Однако, к нашему удивлению, когда Гленн и Лука стали исследовать материал, ни в одном из двух типов слоев они не обнаружили ни металлического, ни силикатного метеоритного вещества.

Я оценил важность этого научного результата. Он не только ставил под сомнение одно из наших основных предположений, но и повлек за собой немедленные тактические последствия.

Возможно, было ошибкой ограничивать наши поиски местами вдоль ручья, содержащими сине-зеленую глину.

В тот вечер за ужином мы обсудили эту проблему с остальной частью группы. Крис Андроникос, обладающий глубокими познаниями в области структурной геологии, высказал ценные идеи. Проведя несколько дней за картографированием местности, он пришел к выводу, что сине-зеленая глина состоит из отложений, которые первоначально сформировались гораздо выше в горах. Глина была снесена вниз ледником, растаявшим в этом регионе около 7000 лет назад, что объясняло ее распространение вдоль Лиственитового ручья.

Я был впечатлен тем, что Крис и Майк выяснили столько деталей всего за несколько картографических вылазок к соседним возвышенностям, вроде той, что запечатлена на снимке ниже.

Крис отметил, что он пока находится на самой ранней стадии своих исследований и ему предстоит рассмотреть еще множество различных возможностей. Но, если предполагать, что флорентийский образец когда-то являлся частью метеорита, как считали мы с Лукой и Гленном, можно было предложить по крайней мере два возможных объяснения того, как он мог попасть в загадочную сине-зеленую глину.

Согласно первому сценарию, метеороид вошел в атмосферу Земли в интервале от 8000 до 6700 лет назад. Сине-зеленая глина либо все еще находилась выше по течению, либо только недавно переотложилась ниже по течению благодаря водам тающего ледника. Если так, то на момент прибытия метеороида глина, которая перемещалась вниз по течению, все еще была на поверхности. Если бы метеороид взорвался при входе в атмосферу Земли, как это нередко происходит, его фрагменты сразу же оказались бы в обнаженной сине-зеленой глине и оставались бы там по сей день.

Во втором сценарии метеорит мог упасть почти неповрежденным выше по течению менее 6700 лет назад. В таком случае он подвергался эрозии и за тысячи лет распался на куски из-за выветривания. Некоторые из его фрагментов могли застрять в остатках сине-зеленой глины выше по течению, а позднее вместе с ней были перенесены вниз. Однако большая часть обломков в этом случае изначально попала бы в глины другого типа и была бы унесена с ними вниз по течению. В этом случае фрагменты могли обнаруживаться в глинах любого типа, отложившихся за последние 6700 лет.

Учитывая эти два возможных сценария, Крис рекомендовал нам по-прежнему работать с сине-зеленой глиной. Но стоило также расширить охват, включив в рассмотрение и другие виды глины, которые откладывались на Лиственитовом позднее.

Однако как без сине-зеленой глины, на которую мы ориентировались, решить, какие еще места исследовать? – задавался я вопросом. Мы были на грани ситуации с поиском иголки в стоге сена, как и предрекали критики экспедиции.

Я решил, что нам лучше обновить процедуру поиска. Вместо того чтобы выбирать места для раскопок исключительно по наличию сине-зеленой глины, надо расставлять сети шире и выполнять ряд предварительных тестов, прежде чем копать всерьез. Так мы получили бы образцы с множества участков, чтобы исследовать отобранный материал на предмет перспективных зерен.

На фотографии ниже Саша, Уилл и Гленн готовятся к работе на одном из новых участков, который позднее был назван Лейк-Хоул. На основании их находок нам предстояло решить, заслуживает ли участок дальнейшего внимания, несмотря на отсутствие сине-зеленой глины.

Для этого нам пришлось создать импровизированную полевую лабораторию, чтобы ежедневно просеивать сотни тысяч зерен. Мы подобного не ожидали и не имели подходящего оборудования. Единственное, что нам оставалось, – выкручиваться, используя простенький портативный оптический микроскоп Валерия.

Гленн и Лука были очевидными кандидатами в организаторы лаборатории. Однако, проработав с ними последние несколько лет, я понимал, что объединение их в одну команду может привести к проблемам. Гленн был более властным и не склонным доверять чужим мнениям. Лука обладал от природы кипучим характером, но был заметно подавлен международным статусом и высочайшими стандартами Гленна. К сожалению, у меня не было выбора, кроме как понадеяться на притяжение противоположностей.

В сравнении с современным оборудованием, с которым привыкли работать Гленн и Лука, микроскоп Валерия был грубым инструментом, и, конечно же, с его помощью нельзя было надежно определять минеральный состав. Но мы рассчитывали, что он сгодится для отбора особенно нетипичных образцов, выделяющихся среди обычных зерен из русла ручья.

Задача Гленна и Луки состояла в поиске зерен, похожих на образцы, найденные Валерием в ходе первой экспедиции в 1979 году. Это означало, что им предстояло искать два набора зерен, у которых, казалось, не было ничего общего. Первая группа кандидатов должна была иметь блестящий металлический вид, как у петербургского голотипа. Вторая – представлять собой более темные, тусклые образцы метеоритного характера, похожие на флорентийский образец, в котором мы обнаружили природные квазикристаллы.

А еще Гленну с Лукой предстояло искать зерна, которые не подходят ни под одно из этих описаний, но минеральный состав которых важен для понимания местной геологии. Эта информация должна была передаваться Крису для его исследования геологической истории региона.

Во многом благодаря подробным лабораторным отчетам, которые Гленн и Лука предоставляли каждый вечер, полевые операции стали куда эффективнее. В течение следующих пяти дней команда работала на полную катушку, извлекая, обрабатывая и промывая максимально возможное количество глины.

У Гленна и Луки установился удивительный лабораторный распорядок, за которым я иногда с интересом наблюдал. Каждый день им приходилось проверять от пяти до десяти пластиковых пакетов с промытым материалом. Каждый пакет был помечен номером, местом отбора и датой извлечения материала. Выбрав пакет, Лука записывал всю информацию о нем в свой журнал, затем брал оттуда несколько ложек материала и высыпал на маленькую круглую тарелку. Ложка обычно содержала сотни зерен, если не больше. Рассматривая зерна под микроскопом, Лука пинцетом отделял одну частицу за другой.

Найдя “интересное” зерно, казавшееся метеоритным или имевшее какой-либо необычный состав, Лука отодвигал его в сторону. Затем Гленн подходил к микроскопу, проверял зерна, которые обнаружил Лука, и делал собственные выводы. Если оба соглашались, что зерно “интересное”, Гленн прикладывал камеру к окуляру микроскопа и делал снимок. Изредка в импровизированную лабораторию заходил Валерий и высказывал свое мнение. Лука присваивал “интересному” зерну номер и помещал его в специальный флакон.

Образец, найденный командой в первый день у Стены Зеленой Глины, был признан “интересным”. Лука сразу обратил на него внимание. Теперь он был обозначен как “зерно № 5”, потому что стал пятым “интересным” зерном, обнаруженным в импровизированной лаборатории.

Когда анализ материала на тарелке заканчивался, лежавшие на ней зерна высыпались, а из пакета бралась еще одна ложка материала для изучения. Это была исключительно кропотливая работа. Гленн и Лука ежедневно отсматривали от пяти до десяти пакетов. В каждом из них были десятки тысяч зерен.

После того как весь пакет оказывался рассортирован, основная масса “неинтересных” зерен аккуратно пересыпалась обратно в пакет. Затем его запечатывали, чтобы содержимое можно было забрать домой для более тщательного изучения. Когда перебор содержимого одного пакета заканчивался, такая же тщательная процедура повторялась для следующего. И следующего. И следующего. И так далее.

Работа Гленна и Луки превзошла все мои ожидания. Несмотря на первоначальные опасения, они прекрасно сработались. Похоже, деятельность в плотном контакте ради общей цели заставила их обоих показать себя с самой лучшей стороны.

Однажды я зашел в импровизированную лабораторию в тот момент, когда Лука рассматривал некоторые “интересные” зерна из Лейк-Хоул – участка вверх по течению от Основной площадки. Я наблюдал за тем, как Лука смотрел в микроскоп, и вдруг на его лице возникла широкая улыбка.

– Ты обязан на это взглянуть, – взволнованно сказал он. – У нас додекаэдр!

У правильного додекаэдра двенадцать одинаковых граней, и каждая имеет форму идеального пятиугольника. За последние несколько десятилетий стало известно, что синтетические квазикристаллы иногда формируют изолированные зерна, грани которых образуют додекаэдр. Обнаружение природного квазикристалла с двенадцатью внешними гранями, подобного уже созданным непреднамеренно в лаборатории, стало бы важным прорывом.

Гленн поспешил подтвердить правоту Луки и сказал нам, что ясно видит под микроскопом полумедное, полусеребристое зерно в форме додекаэдра. Конечно, внешняя форма не обязательно означает такую же симметрию внутреннего расположения атомов, и наоборот. Но, увидев металлически блестящий додекаэдр, Гленн тоже стал склоняться к мысли, что мы обнаружили многогранный природный квазикристалл.

Однако, когда подошла моя очередь заглянуть в микроскоп, я не выдержал и громко рассмеялся. Поскольку сразу понял, что перед нами один из розыгрышей природы.

Я распознал в образце один из минералов семейства пирита. В это семейство входит “золото дураков” – минерал, который новички часто принимают за настоящее золото из-за схожего цвета и формы. Хотя расположение атомов его кристаллической решетки обладает симметрией куба, одно из любопытных свойств минералов пирита состоит в том, что в них иногда образуются грани, расположенные в форме искаженного додекаэдра. Мне нравится называть их “квазикристаллами дураков”: поскольку каждая из двенадцати граней имеет форму пятиугольника, многие ошибочно решают, что нашли квазикристалл. Более тщательный анализ показывает, что пятиугольники не идеальны. Разные стороны имеют разную длину. Дифракционная картина демонстрирует, что атомная решетка имеет кубическое строение. Но, не зная этого, кто угодно может обмануться. Я быстро заметил разницу, поскольку коллекционировал “квазикристаллы дураков” с тех пор, как начал искать настоящие в 1980-х годах.

Мы втроем посмеялись над этой забавной находкой фальшивого квазикристалла у Лиственитового ручья. Я все же очень надеялся, что мы найдем настоящий. Несмотря на эту ситуацию, я считал, что если совершенный додекаэдр можно синтезировать в лаборатории, то и возможность найти его также и в природе не представляется такой уж нереальной.

3 августа 2011 года

Тук-тук. Тук-тук. На следующее утро меня разбудил тихий, но настойчивый стук дождя по палатке. Температура снова резко упала, и, выбравшись из спальника, я поспешно потянулся за самой теплой своей курткой.

Я прошел мимо Бакса, Олиного кота породы русская голубая. Защищенный толстой двойной шерстью[21], он, казалось, вовсе не обращал внимания на погоду. Как обычно по утрам, он по-хозяйски расхаживал по лагерю. Уилл всегда отмечал, что Бакс вел себя скорее как собака, чем как кошка. Кроме того, он, видимо, был достаточно проворен, чтобы не бояться медведей.

В то утро Оля приготовила нам еще один плотный завтрак со свежей икрой, джемом и горячими русскими блинами. Сытная еда, которую она каждый раз подавала, не только помогала нам в работе, но и защищала от нарастающего холода.

Картографическая команда Криса и Майка, вновь не побоявшись надвигающейся субарктической бури, хотела совершить последнюю вылазку, чтобы исследовать далекую гору с видом на нагромождение скал, окружающих Лиственитовый.

Остальные планировали провести последний день в поле, работая на разных площадках. Лука и Валерий сосредоточились на тех местах раскопок, которые считали наиболее перспективными. Марина, Вадим и Саша собирались поступить аналогично, но на более удаленных участках ниже по течению, в том числе на том, который мы назвали Нижней Стеной Зеленой Глины. Однако, в отличие от нас, они искали не только образцы метеоритов. Еще они обращали внимание на признаки ценных руд.

Мы с Уиллом решили провести последний раунд сбора образцов со всех мест раскопок, а также из нескольких других мест, которые так и не успели исследовать.

Стремясь буквально перевернуть каждый камень, я попросил Уилла взобраться на пятнадцатиметровый скальный пик возле Основной площадки, чтобы взять образец глины. Надо признать, этому запросу не было никакого логического объяснения. Просто у меня в голове тогда застряла странная идея из кинокомедии “Этот безумный, безумный, безумный, безумный мир”, которую я смотрел в детстве.

В фильме безумные персонажи соревнуются друг с другом в поисках клада, предположительно спрятанного под большой буквой W. В какой-то момент они в приступе панической жадности начинают носиться кругами, и каждый надеется найти букву W раньше остальных.

Никто из персонажей не пытается остановиться, чтобы увидеть общую картину. Но зрители-то хорошо видят, что все они неоднократно пробегают по одному и тому же небольшому холму в центре парка – назовем его пиком возле Основной площадки – с четырьмя пальмами, наклоненными под разными углами. Зрителям нетрудно заметить то, чего не могли увидеть персонажи: деревья, скрещиваясь, образуют гигантскую букву W. Сокровище, которое они искали, все время пряталось у них на виду.

Наша экспедиция всегда использовала пик как ориентир. Но до того последнего дня у нас так и не нашлось времени перебраться через ручей, чтобы взять образец с самого пика. Кто знает? – подумал я.

По мере того как приближался полдень, дождь стал усиливаться, а температура – опускаться: сначала до плюс пяти, а потом и дальше, остановившись на отметке чуть выше нуля. К тому времени в лагерь вернулись все, кроме Криса и Майка. Они отправились в заключительный поход сразу после завтрака, и от них все еще не было вестей. Перед их выходом я настоял, чтобы они взяли с собой карабин для защиты.

Были ли они готовы к падению температуры? Не встретились ли на их пути медведи? Я беспокоился все сильнее, поскольку время шло, а их все не было.

Крис и Майк вернулись сильно после полудня. Оба насквозь промокли, но в остальном не пострадали и были полностью удовлетворены сделанным. С их возвращением с моих плеч словно внезапно свалилась огромная ноша. Последний день полевых исследований был завершен, и, что самое главное, никто не пострадал. На самом деле все выглядели очень счастливыми.

Впервые за две недели я наконец-то позволил себе расслабиться. Не уверен, что хоть кто-то, даже Уилл, мог в сколько-нибудь полной мере оценить чувство страха, с которым я боролся. Перед отъездом в экспедицию я наслушался тревожных историй от коллег об ужасных происшествиях в полевых условиях, в том числе о несчастных случаях со смертельными исходами, но все это я держал при себе.

Если бы в нашей экспедиции что-то пошло не так и кто-нибудь оказался серьезно ранен, в этом в первую очередь была бы моя вина как организатора. Именно я отвечал бы за то, что поставил под угрозу эту первоклассную команду преданных своему делу экспертов, хотя, по правде говоря, заранее знал, что шансы на успех ничтожно малы. Не знаю, как бы я справился с чувством вины, если бы кто-то получил травму, угрожающую жизни. К счастью, теперь я наконец-то мог избавиться от всех этих тревог.

Российские хозяева приготовили для нашего последнего вечера в поле особенно запоминающийся праздник. Мы наслаждались совместным ужином на свежем воздухе у большого костра. Было только третье августа, но короткий летний сезон уже резко повернул к осени. У всех нас было надето по несколько слоев одежды под самыми теплыми куртками.

В тот вечер все были в приподнятом настроении и каждый из нас произнес тост в память об этом приключении. Водки на протяжении всей поездки было в изобилии, и наши российские коллеги решили наградить “нерусских, пивших, как русские”. Гленн и Крис удостоились высших наград – им вручили памятные вещи советской эпохи: фляги, украшенные серпом и молотом. Странно было видеть, что бывший социалистический символ теперь использовался в качестве капиталистического сувенира. Как же изменились времена!

Виктор завершил вечер эффектным шоу – ослепительным фейерверком из сигнальных фальшфейеров. Он вручил мне один из ярко горящих огней, и я высоко поднял факел для группового фото, отмечавшего нашу победу на полевом этапе. После серии индивидуальных снимков все снова собрались у костра, чтобы провести долгий шумный вечер за водкой и песнями.

Я вернулся в палатку, чтобы записать свои мысли в полевой дневник:

По любым меркам экспедиция оказалась весьма успешной. Всем было удобно и комфортно, даже самым придирчивым. В результате все работали невероятно усердно. Я всеми очень впечатлен. В отличие от большинства геологических экспедиций, о которых мне рассказывал Линкольн, где одни вкалывают, другие не особо утруждаются, а кто-нибудь под конец оказывается изгоем, здесь все работали очень старательно. Оля, Виктор и Богдан приложили огромные усилия, чтобы обеспечить нас отличной едой, сделать жизнь в лагере максимально комфортной и чтобы никто, кроме разве что меня, ни о чем не волновался. У каждого была возможность проявить себя, даже у Бакса. Если мы и не найдем ничего, то хотя бы будем уверены, что сделали все возможное.

4 августа 2011 года

После долгого ночного веселья некоторые могли чувствовать себя с утра не лучшим образом. Но все встали к шести часам, чтобы двинуться в обратный путь в Анадырь. Мы собрали вещи и загрузили их в наших механических монстров, готовясь к медленному и долгому возвращению к цивилизации. Мы старались обогнать быстро ухудшающуюся погоду на головокружительной скорости пятнадцать километров в час.

В первые же полчаса пути мы стали замечать камчатских бурых медведей, которые обычно избегают контакта с людьми. Мы внимательно наблюдали за тремя гигантскими животными и высматривали других. Нас предупредили: небольшая группа медведей означает, что, вероятно, где-то поблизости их скрывается еще множество.

Медведи время от времени встречались на протяжении первых нескольких часов пути, а в какой-то момент одна особенно любопытная особь подошла к нашим неуклюжим машинам на расстояние около сотни метров, прежде чем двинуться своей дорогой. Внутри машин было безопасно и мы не чувствовали никакой угрозы, но медведь приблизился достаточно, чтобы я вполне оценил его потенциальную мощь и возблагодарил судьбу за то, что мы так ни разу ни с одним из них и не столкнулись.

До сих пор мы думали, что сглупили, набрав с собой рукавиц и массу теплой одежды. Но, когда с удалением от Корякских гор температура продолжила падать, все это снаряжение пошло в дело. Никто, включая даже меня, не жаловался на растущий холод, поскольку он внезапно положил конец комарам, которые отравляли мне жизнь все последние двенадцать дней. Наконец-то я мог снять шляпу с защитной сеткой и прекратить постоянно опрыскиваться диэтилтолуамидом. Наконец-то эта часть экспедиции закончилась. Про себя я весь день радовался этому, как настоящему празднику.

По мере нашего движения я наблюдал, как горы охватывала новая погодная система. Цепочка облаков плыла от вершины к вершине, покрывая каждую из них белым слоем снега. Мне всегда очень нравилось наблюдать за облаками, и непредсказуемые облачные образования над Корякским нагорьем оказались неожиданно захватывающим зрелищем. Если бы до этого путешествия я увидел корякские облака на картине, то счел бы их плодом художественного воображения. Вживую эти облака и великолепные радуги, которые часто их сопровождали, были настоящим чудом природы. Я словно бы наблюдал за долгим, непрерывно меняющимся представлением, когда облака создают и перестраивают величественные формы, подобных которым я никогда не видел. Наслаждаясь ими как зритель, я понимал, что буду скучать по их ежедневному танцу в небесах.

Ко второму дню езды мы покинули Корякское нагорье и вернулись в тундру. Я снова был поглощен красотой природы и с легкой грустью заметил, что смеющиеся цветы, которые, казалось, потешались над нами, когда мы приехали, больше не смеялись. Многие из хрупких белых колокольчиков унесло резким холодным ветром, и стоять остались лишь голые стебли цветов. Я наблюдал, как огромное поле этих стеблей дрожит и трясется на ветру, и представлял, что они всем своим существом машут нам на прощание.

Позже в тот же день небеса внезапно обрушили на нас сильный дождь. И без того медленная поездка превратилась в утомительное копошение. В какой-то момент дорогу развезло настолько, что оранжевый левиафан застрял в глубокой впадине. Виктору пришлось повернуть назад, чтобы вытянуть Богдана на буксире. В течение последних двух дней езды они по очереди помогали друг другу выбираться из грязи. Дождь становился все сильнее, и я засомневался, следует ли нам продолжать двигаться в соответствии с планом. Езда по илистым колеям в тундре при плохой видимости опасна – мы запросто можем застрять на всю ночь в затапливаемой грязевой яме.

Ситуация начинала казаться безвыходной, но тут мы заметили вдали газовую станцию. Ту самую, где безуспешно пытались остановиться на первом этапе нашего путешествия. Виктор и Богдан медленно вели к ней своих чудовищ через грязь и дождь, остановившись по пути лишь для очередного аварийного ремонта гусениц. Когда мы подошли ближе, Уилл увидел цифру ноль на одном из зданий и назвал это место Станция Зеро, хотя официально она известна как Газовое месторождение Западных озер.

Когда мы добрались до станции, я опасался проблем, поскольку из-за ливня наш спутниковый телефон не работал и мы не смогли заранее сообщить о своем прибытии, как нас просили. В тот раз нам отказали. Теперь мы были в центре потопа и остро нуждались в помощи.

Когда мы наконец добрались до главного здания, я стиснул зубы, гадая, как они отреагируют на наше второе неожиданное прибытие. Оля решила, что мы должны попробовать договориться. Она повела нас с Вадимом в здание станции, вероятно, решив, что наш измученный вид заставит менеджера посочувствовать нам. Подведя нас к стойке регистрации, она спросила, может ли станция предоставить нам еду и ночлег. Сначала менеджер ответил утвердительно, но затем предупредил, что решающий голос принадлежит не ему. С некоторым трепетом он поведал, что реально вопрос решает начальник кухни и общежития.

Внушающим страх начальником оказалась невысокая милая круглолицая женщина, которая была почти так же рада принять нас, как мы рады были быть принятыми. Она представилась Леночкой и сразу же позвала своих помощников, чтобы показать нам, где мы будем ночевать. Я ожидал, что она найдет в комплексе какое-нибудь пустое помещение, где мы сможем спать на полу. Вместо этого нам предоставили несколько комфортабельных двухместных комнат с отоплением, индивидуальным душем, горячей и холодной водой и, что самое главное, с теплыми туалетами без комаров.

Наша команда поверить не могла в такую удачу, попав в эти номера. К тому времени, как мы все закончили принимать душ, на Леночкиной кухне нам уже приготовили чудесный горячий ужин. До Анадыря оставалось еще сто двадцать километров. Но в тот вечер все почувствовали, что мы вернулись к цивилизации.

Когда мы проснулись на следующее утро, капризная чукотская погода вновь поменялась. Сильный дождь прекратился. Однако, выйдя на улицу, мы увидели, что весь массив Корякских гор сверху донизу засыпан снегом. Зима вступила в полную силу пятого августа, а это означало, что мы еле успели выбраться.

Я напомнил всем о дискуссии, состоявшейся несколькими месяцами ранее, когда Валерий давал нам свои первоначальные рекомендации по экспедиции на Чукотку. Он говорил, что нет смысла ехать раньше третьей недели июля, поскольку земля и река будут слишком холодными – и это затруднит раскопки. И хотя мы, конечно, последовали его совету и отправились в конце июля, нам все же приходилось бороться с промерзшей почвой и ледяной водой на Лиственитовом ручье.

Валерий тогда также предупредил, что нам нужно будет покинуть Корякское нагорье после первой недели августа, иначе может стать слишком холодно. И снова его совет оказался точным, а я еще раз поблагодарил наших выдающихся российских коллег.

Я надеялся, что остаток пути до Анадыря мы пройдем на максимальной скорости, но ночной дождь решил иначе. Тундра превратилась в илистое болото, сделав для Виктора с Богданом быстрое движение вперед затруднительным, если не вовсе невозможным. Я вспомнил, как был поражен и устрашен, впервые поднявшись на борт одной из их огромных машин. Моим первым впечатлением было ощущение, что чудовища непобедимы. Теперь я знал, насколько в действительности они уязвимы посреди враждебного ландшафта. Прошло еще двенадцать изнурительных часов медленной, осторожной езды, прежде чем Анадырь наконец появился в поле зрения.

Как только мы увидели вдалеке город, над горами появилась великолепная радуга, придавшая волшебства последним нескольким километрам нашего трудного пути. Я глубоко вздохнул, глядя на изумительный пейзаж со своего привычного переднего сиденья в синем левиафане. Когда мы въехали в город и полевая часть нашей экспедиции благополучно завершилась, я почувствовал глубокое облегчение.

Анадырь, 7 августа 2011 года

На следующее утро после завтрака мы вернулись к работе и собрались на напряженную научную встречу, чтобы оценить все, что удалось узнать. Крис Андроникос начал с того, что представил множество детальных сведений, которые они с Майком собрали о различных типах пород и образований в долине и горах, окружающих Лиственитовый ручей. На меня произвело огромное впечатление то, как много они смогли сделать.

Крис закончил презентацию, изложив свои основные выводы.

Во-первых, теперь он мог с уверенностью подтвердить, что сине-зеленая глина, в которой был найден флорентийский образец, связана с ледником, покрывавшим этот регион 8000 лет назад, ближе к концу последней ледниковой эпохи. Кроме того, не было найдено никаких признаков необычной геологической активности, которая могла бы свидетельствовать о суперплюме, выносившем материал глубоко из-под поверхности. Он закончил тем, что на основании данных полевых исследований все возможные альтернативы метеоритной теории можно смело похоронить.

Крис с самого начала скептически относился к метеоритной теории и по своему характеру с большой осторожностью делал какие-либо твердые выводы. Тот факт, что теперь он не мог найти правдоподобной альтернативы нашей гипотезе, имел для меня большое значение. Окинув комнату взглядом, я увидел, что все согласно кивают. Это был метеорит.

Я не знал Криса лично до того, как пригласил в экспедицию, и в основном полагался на рекомендацию его бывшего принстонского научного руководителя Линкольна Холлистера. Проведя с Крисом две недели в полевых условиях, я пришел к выводу, что он великолепный ученый, с особым талантом к изобретению правдоподобных геологических сценариев для объяснения множества явлений. Решение добавить его в нашу команду окупилось сторицей.

Когда Крис закончил свою презентацию, наступила очередь Гленна и Луки сообщить о результатах наших раскопок, шлихования и лабораторных исследований. Мы скачали все сделанные ими фотографии самых “интересных” зерен на iPad, который пустили по кругу, чтобы дать всем возможность внимательно рассмотреть изображения. Зерна, пронумерованные от 1 до 120, имели размер от долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Следующие два часа Гленн рассказывал по порядку о каждом из этих зерен, обсуждая их потенциальную значимость. По контрасту с оптимистичным энтузиазмом, который возник в ходе презентации Криса, два часа, проведенные с Гленном за подробным отсмотром и обсуждением изображений 120 образцов, вернули всех с небес на землю.

В заключение Гленн сообщил, что, по его мнению, ни одно из обнаруженных в поле зерен не похоже на оригинальный образец из Флоренции.

Все в комнате притихли. Я знал, что Гленн склонен в своих заключениях к пессимизму или по крайней мере консерватизму. В его высказываниях не было и намека на, так сказать, врачебный такт. Никто в команде не удивился его отчету, поскольку никто не питал больших надежд найти новые фрагменты метеорита. Но все равно тяжело было слышать столь прямолинейно изложенные плохие новости. Настроение у всех резко упало.

Я призвал всех сделать ставки. Каковы наши шансы? С какой вероятностью во всем материале, который мы везем с собой с Лиственитового, найдется хотя бы одно зерно природного квазикристалла?

Я ознакомил группу со своим собственным анализом. Исходя из того, что мы уже выделили 120 наиболее многообещающих зерен и ни одно из них, похоже, не было тем, что мы искали, а также учитывая, что всего у нас было шестьдесят два пакета промытых зерен, я оценил, что вероятность успеха составляет 0,01 %. Менее одного шанса из десяти тысяч. Другие быстро назвали свои цифры, которые оказались еще более пессимистичными.

Единственным исключением стал Лука. Уезжая из Флоренции, чтобы присоединиться к нашей экспедиции, он оценил наши шансы на успех в 0,1 %, или один из тысячи. Но теперь он решил поднять ставку. Он готов был держать пари, что наши шансы на успех составляют 1 %, то есть один из ста. Уверенность Луки выросла в десять раз по одной очень конкретной причине. Он возлагал свои надежды на зерно № 5 – образец, который он выделил в наш первый полевой день.

Я высоко ценил оптимизм Луки, но мы оба знали, что невозможно однозначно идентифицировать образец, основываясь на том, что можно увидеть невооруженным глазом или на изображениях, полученных с помощью маломощного микроскопа Валерия. Мы оба знали, что двое наших экспертов, Крис и Гленн, выразили сомнения по поводу зерна № 5. Они были почти уверены, что это даже не осколок метеорита, а уж тем более не зерно, содержащее природный квазикристалл.

Услышав все ставки, я понял, что, даже если принять оптимистичную версию Луки об однопроцентном шансе на успех, мы все только что согласились, что вероятность вернуться с пустыми руками составляет по крайней мере девяносто девять процентов. Отрезвляющая мысль.

Следующее утро было потрачено на сборы и подготовку к вылету домой. Больше всего нас волновало, сможем ли мы вывезти все образцы из России. Крис и другие американские геологи рассказывали мне ужасные истории о пробах, конфискованных в аэропорту агрессивными российскими таможенниками. Даже если нам удастся преодолеть это препятствие, следующей проблемой станет таможня США. В Соединенные Штаты запрещено ввозить почву. Строго говоря, наш материал представлял собой “отдельности”, а не почву. Пакеты с зернами ввозить было совершенно законно, потому что зерна были отмыты и проварены. Но мы не могли рассчитывать на то, что таможенные агенты США признают это различие. Они все равно могут решить изъять наш материал.

Мы разработали план, дающий нам максимальные шансы провезти образцы через таможню. Члены команды отправлялись домой пятью разными маршрутами. Поэтому мы разделили шестьдесят два пакета с раскопок на пять комплектов – по одному на каждый таможенный маршрут. Мы позаботились о том, чтобы в каждом комплекте было хотя бы по одному пакету с каждого из двенадцати раскопов. Таким образом, даже если бы четыре из пяти комплектов были перехвачены таможенными агентами, единственный уцелевший пятый комплект все равно оказался бы репрезентативной коллекцией материала. Мы с Уиллом летели вместе, поэтому разделили один из комплектов между собой. Крис, Гленн, Майк и Лука повезли остальные четыре. Все мы планировали сдать пакеты с образцами в багаж.

На следующий день мы со смешанными эмоциями попрощались с нашей российской командой обеспечения – Олей, Виктором и Богданом. Даже Бакс, Олин невозмутимый кот, пришел попрощаться. Он был необычным животным в том смысле, что, будучи полностью домашним, в то же время комфортно чувствовал себя в дикой природе. Уилл, которого особенно удивляли ежедневные передвижения Бакса, очень полюбил его за время поездки. Я смотрел, как они общаются в последний раз, пока не пришло время отправляться.

Оля подарила каждому из нас брелок в виде Пеликана – ушастого, толстобрюхого существа, которое считается у коренных чукчей символом удачи. Она выразила надежду на то, что он принесет нам удачу в открытии природного квазикристалла, когда мы вернемся домой. Я и по сей день ношу Пеликана на своей связке ключей – он служит прекрасным напоминанием о самых добросердечных людях, каких мне только доводилось встречать.

Наконец, попрощавшись со всеми в последний раз, мы отправились в аэропорт, навстречу нашему первому испытанию. Сотрудники авиационной безопасности попросили сложить все наши сумки в одном месте, а затем исчезли вместе с багажом, паспортами и документами. Прошло два часа, прежде чем они вернулись и объявили, что мы можем сесть на самолет авиакомпании “Якутия” до Москвы. Мы понятия не имели, что они делали с нашими сумками и пакетами образцов, которыми те были набиты. Нам оставалось лишь надеяться, что наш багаж погрузили в самолет.

Прибыв в Москву, мы с нетерпением ждали получения багажа и радовались каждый раз, когда одна из сумок появлялась на транспортере. Под конец мы с облегчением убедились, что все долетело в целости. Пока ничего не было утрачено.

Команде пришлось быстро разделиться, и каждый отправился на свой стыковочный рейс. Лука сел на самолет в Италию, Гленн возвращался в округ Колумбия, а Майк летел в Северную Каролину. Жена и дети Саши встречали его на выходе из зоны безопасности аэропорта. Они приехали в Москву навестить семью и ждали его возвращения из экспедиции. После серии крепких объятий наши российские коллеги Марина, Валерий и Вадим также отправились по домам.

Ни Уилл, ни я раньше не бывали в Москве, поэтому мы заранее выкроили несколько дней на то, чтобы познакомиться с городом. Когда мы вернулись в московский аэропорт для вылета в США, нас так никто и не спросил о пластиковых пакетах с пробами, распиханных по нашим чемоданам. Сами мы не видели необходимости предоставлять какую-либо информацию по собственной инициативе. Когда наш самолет приземлился в Америке, мы прошли таможню США также без каких-либо вопросов об этих материалах.

Остальные члены команды сообщили, что они тоже прошли таможню без задержек. Ни к кому из нас не возникло претензий, и ничего из наших материалов не было конфисковано. Наш тщательно продуманный план распределения образцов оказался излишним, но я не жалел, что позаботился о безопасности.

Далее все пакеты с образцами нужно было почтой отправить Луке во Флоренцию для анализа. Он уже просмотрел бо́льшую часть материала с помощью полевого микроскопа. Теперь ему предстояло снова заняться поиском природного квазикристалла, прочесывая миллионы отдельных зерен, но на этот раз уже с помощью электронного микроскопа. Даже с самой оптимистичной точки зрения команда уже признала, что шансы найти природный квазикристалл чрезвычайно малы. Вероятность того, что мы в итоге проиграем, составляла девяносто девять процентов.

Более реалистичная оценка была, на мой взгляд, намного ближе к ста процентам. Я не жалел о том, что совершил это невероятное путешествие. Но и не собирался сам себя обманывать. По моему мнению, шансы на успех лежали где-то в диапазоне от бесконечно малых до нулевых.

Глава 20

Вопреки вероятностям

Я хорошо помню одно утро в нашей импровизированной полевой лаборатории, когда Лука в шутку спросил нас с Гленном, какой награды он удостоится, если ему удастся найти природный квазикристалл. Гленн, который был в нашей группе знатоком вин, тут же ответил:

– Подойдет дорогая бутылка “Шато Марго”. А покупать ее, – добавил он, лукаво глянув в мою сторону, – будет Пол!

Мы втроем рассмеялись. Правда заключалась в том, что обнаружение природного квазикристалла будет гораздо более ценным, чем даже целый ящик “Шато Марго”. Но все мы чувствовали, что мне вряд ли придется оплачивать эту награду. Даже Лука, самый оптимистичный человек в нашей команде, считал шансы на успех близкими к нулю.

Однако полноценная проверка откладывалась до конца экспедиции и возвращения Луки домой во Флоренцию, где он сможет исследовать наши образцы с помощью надлежащего оборудования.

Флоренция, 20 августа 2011 года

Лука начал с тщательного изучения 120 “интересных” зерен – тех самых, которые, как уже решил Гленн, не имеют ничего общего с образцом из Флоренции. Несмотря на заявление Гленна, Лука обращался с образцами как с драгоценными бриллиантами, везя их домой с Чукотки в специальном флаконе, бережно уложенном в карман рубашки.

К сожалению, когда Лука вернулся домой во Флоренцию, он обнаружил серьезную проблему. Сто двадцать “интересных” зерен упаковывались для перевозки в последний день нашего пребывания в лагере. А в тот день мы сильно пострадали от неожиданного ливня. Шквальный ветер постоянно опрокидывал палатку, где работал Лука. В результате некоторые зерна потерялись или повредились до того, как их надежно запечатали во флаконе.

Когда Лука сообщил мне плохие новости, сердце у меня на мгновение упало: это же были наши самые многообещающие образцы! Но Лука быстро добавил, что недостающие и поврежденные зерна, по его мнению, не были самыми важными. Например, его любимое зерно № 5 не пострадало.

Это принесло мне некоторое облегчение, но теперь меня беспокоил объем предстоящей работы. Остальные члены команды уже вернулись по домам и вскоре должны были отправить Луке десятки пакетов с пробами, которые мы разделили между собой для безопасного прохождения таможни. Я переживал, что Лука вот-вот будет завален таким количеством образцов, с которым не справиться одному человеку или даже одной лаборатории. Лука предупредил меня, что на изучение миллионов зерен могут потребоваться месяцы, в зависимости от того, сколько времени ему удастся застолбить для этой работы на своем электронном микроскопе.

Я сказал, чтобы он не торопился и работал столько, сколько нужно. Если нам все же посчастливится наткнуться на крупицу метеорита, нужно будет самым тщательным образом все задокументировать и обращаться с ней с максимальной осторожностью.

Вопрос о том, с чего приступать к работе, для Луки не стоял – конечно же, с его любимого зерна № 5. Едва начав исследовать его под высококачественным лабораторным оптическим микроскопом, Лука понял, что их с Гленном фотография, сделанная в полевых условиях, не передавала главного. Самая интересная сторона образца, на которой множество крошечных металлических зерен были заключены в черный вмещающий материал, оказалась отвернута от камеры. Теперь же чем больше Лука изучал зерно № 5, тем больше радовался его потенциалу.

Лука придумал новый способ определять природу металла, не повреждая образец. Он закреплял зерно на штырьке и наклонял его внутри сканирующего электронного микроскопа под таким углом, чтобы электронный луч попадал в первую очередь на металлические зерна, а не на окружающие их силикатные минералы.

Плюсом было то, что теперь Лука работал с лучшим высокотехнологичным оборудованием. Минус заключался в том, что такое оборудование всегда очень капризно. Сканирующий электронный микроскоп в университете Луки сломался прежде, чем тот завершил свои исследования, и возвращение его в строй ожидалось не ранее чем через несколько недель. Я знал, что мой итальянский коллега нетерпелив, и полагал, что он изыщет какой-нибудь другой способ продолжить анализ.

Флоренция, 25 августа 2011 года. Мне не пришлось долго ждать, пока Лука найдет решение. Всего через две недели после отъезда из Анадыря от него пришло судьбоносное письмо с такой темой:

Шато Марго?.. Я бы сказал, да.

Я мог, не читая дальше, сказать, что речь пойдет о зерне № 5. В письме говорилось:

По воле случая, пока я по-всякому поворачивал это зерно под микроскопом, от него отвалился маленький металлический фрагмент (не беспокойся, их осталось еще много). Это небольшое металлическое зернышко размером примерно 60 микрон. Оно чисто металлическое, без каких-либо наслоений. Я промыл его в ацетоне, а затем приклеил на стекловолокно для проведения дифракционного исследования (это единственное, что я могу сейчас сделать; как ты знаешь, наш электронный микроскоп временно не работает). А теперь новости…

Лука начал с несущественных деталей, что было для него нехарактерно. Но это позволило ему сделать концовку сообщения электронным ВЫКРИКОМ:

…я увидел СИММЕТРИЮ ПЯТОГО ПОРЯДКА.

Я быстро кликнул по приложенному файлу с рентгенограммой. Когда изображение открылось, я подался вперед с широко раскрытыми глазами. Это был обманчиво простой рисунок, полный глубокого смысла. Неужели это все наяву? Я задумался. Казалось, это слишком хорошо, чтобы быть правдой.

Это изображение было безошибочным свидетельством того, что расположение атомов в зерне № 5 обладает невозможной симметрией пятого порядка, которая может быть только в квазикристалле. И в случае этого образца, в отличие от флорентийского, не требовалось разгадывать загадку его происхождения – кто, где и когда его нашел. В нем не было никаких сомнений, потому что мы сами были свидетелями обнаружения этого зерна.

Я мог бы закричать от радости. Выскочить из своего кабинета в Принстоне и начать рассказывать о только что увиденном каждому встречному. Отправить электронные письма Линкольну Холлистеру и всем участникам экспедиции. Позвонить Уиллу, чтобы поделиться замечательной новостью. Но я не хотел ничего из этого делать. Всему свое время. Я хотел остановиться и полностью прочувствовать этот исторический момент. Не предполагалось, что это случится. Никто из нас на это даже не надеялся. Но прямо перед моими глазами было изображение. Это был невероятно глубокий эмоциональный опыт и важная веха в моей жизни.

Я сидел и смотрел на изображение, думая о каждом из талантливых членов экспедиционной команды, большинство из которых до нашего путешествия были для меня совершенно чужими людьми. Они с радостью пожертвовали своим временем, силами и комфортом, чтобы присоединиться к нашим донкихотским поискам. Кристофер Андроникос. Вадим Дистлер. Марина Юдовская. Саша Костин. Майкл Эдди. Валерий Крячко – человек, который несколько десятилетий назад запустил всю эту цепь событий, обнаружив первый образец хатыркита.

Я думал о Луке, с которым общался почти каждый день в течение последних четырех лет. О Гленне Макферсоне, с которым познакомился двумя с половиной годами ранее на пороге Смитсоновского национального музея естественной истории. И о моем сыне Уилле, с которым я впервые встретился, когда он был совершенно голым и намного ниже ростом.

Я думал о том, что зерно № 5 было найдено у Стены Зеленой Глины благодаря предложению Марины; его выкопали Уилл и Саша, тщательно отмыл Валерий; оно было выделено Лукой в импровизированной лаборатории в экспедиционном лагере и тут же подтверждено Валерием, Лукой и Уиллом; повторно обследовано Крисом и Гленном; а затем рассмотрено всей командой экспедиции. Теперешний успех стал свидетельством самоотверженной работы разнородной группы людей, посвятивших себя нашей миссии.

То, что каждый из них согласился отправиться в долгий путь к Лиственитовому ручью, зная, насколько тот далек и негостеприимен, поразило меня, особенно с учетом нашего общего ощущения, что экспедиция, скорее всего, закончится неудачей. Еще удивительнее было то, что все до единого по максимуму выкладывались на протяжении всего путешествия, никогда не останавливаясь, чтобы пожаловаться или усомниться в своей жертве. Теперь мы с Лукой могли с радостью сообщить им, что их преданность делу окупилась не то что сторицей, а пятым порядком.

Большая доля в этом достижении принадлежала и Линкольну Холлистеру. Он не смог присоединиться к экспедиции, но был жизненно важным участником поисков природных квазикристаллов с момента нашей первой встречи в январе 2009 года, вскоре после того, как мы с Яо Нанем получили первую электронную дифракционную картину с симметрией пятого порядка для одного из крошечных зерен флорентийского образца. Линкольн был моим наставником во время планирования и подготовки экспедиции, делясь мыслями и советами, которые основывались на опыте его выдающейся карьеры. Я уже представлял себе, как он широко улыбнется, когда услышит нашу новость.

Я думал о нашем спонсоре Дэйве, оплатившем экспедицию. Он проявил особую щедрость, когда я предупредил его, что экспедиция может не принести никаких результатов и что стоимость выросла более чем вдвое. Дэйв удвоил свой вклад и без колебаний поддержал нас. Я начал представлять, как сообщу Дэйву о том, что его дар вот-вот принесет огромные и неожиданные научные дивиденды.

Было и много других людей, которые внесли значительный вклад в эту многолетнюю историю, начиная с Дова Левина, который участвовал в ней с самого ее зарождения. Казалось, будто мы работали вместе еще вчера, но на самом деле прошло почти три десятилетия с тех пор, как мы вдвоем впервые построили нашу теорию квазикристаллов. Мы доказали, что для атомной структуры вещества теоретически возможна симметрия пятого порядка, что позже было подтверждено в лаборатории. Это привело к разработке совместно с Довом и Джошуа Соколаром трехмерных моделей новой формы вещества. Теперь, почти тридцать лет спустя, мы были в состоянии доказать, что природа обошла нас всех, создав первые природные квазикристаллы миллиарды лет назад.

Я думал об Эде Столпере из Калифорнийского технологического института, который в критически важный момент дал мне импульс, необходимый для продвижения вперед, а также указал мне еще на двух героев – Джона Эйлера и Юньбинь Гуаня. Кен Деффайес из Принстона призвал меня следовать своим инстинктам в поисках природных квазикристаллов и познакомил со своим протеже Питером Лу. Все они были бы в восторге и высоко оценили бы революционные последствия этого открытия, как и Роджер Пенроуз и Дэвид Нельсон, которые вдохновили меня на оригинальные идеи, заставившие двинуться по этому пути.

Ничего из этого не произошло бы, если бы Ричард Олбен когда-то не познакомил меня с исследованиями атомной структуры или если бы Правин Чаудхари не поощрял мой интерес к этой теме. А на первом месте стоял, конечно же, Ричард Фейнман, заставивший меня полюбить физику.

На самом деле, сотни ученых по всему миру – их слишком много, чтобы всех перечислить, – приложили свои навыки в теоретической и экспериментальной физике к становлению этого нового направления науки.

Как мне всех их отблагодарить? – думал я.

Все эти мысли кружились у меня в голове почти одновременно, и я наконец заставил себя оттолкнуться от стола и пойти по коридору. Мне подумалось, что чашка кофе поможет очистить голову перед попыткой сочинить первую порцию объявлений.

Однако, вернувшись и усевшись за стол, я снова замер, глядя на удивительную картину дифракции рентгеновских лучей на экране моего компьютера. Я сделал длинный, медленный глоток кофе и почувствовал, что вновь погружаюсь в благодарную задумчивость. Я думал о веществе, которое было старше самой Земли, но открывало столько новых возможностей.

Глава 21

L’Uomo dei miracoli[22]

Вашингтон, округ Колумбия, 5 октября 2011 года

– Узнаю, – гордо заявил Гленн, когда на экране появилось изображение. – Это Альенде!

Я расхохотался, зная, что Гленн меня дразнит и одновременно посмеивается над самим собой. История повторялась, но на этот раз у нее был счастливый конец. Несколькими годами ранее Гленн под тем же самым микроскопом изучал другой снимок, но тогда он излучал раздражение и пренебрежение.

На разозлившем его снимке был порошкообразный материал, который Лука обнаружил на дне пузырька с надписью “Хатыркит”, найденного в секретной лаборатории бывшего коллеги. Гленн был убежден, что в пузырек поместили материал из знаменитого метеорита Альенде, и упрекал в этой путанице “изощренного, если не злонамеренного, Творца”.

За два с половиной года, прошедших с того дня, многое успело случиться. Лука вновь отправил образец Гленну на проверку, но теперь Гленн уже не сомневался в его происхождении. В конце концов, он сам был участником экспедиции, добывшей его на Чукотке.

Поэтому, обнаружив близкое сходство нового образца с Альенде, Гленн скорее обрадовался, чем разгневался. Он полностью принял идею о том, что наш природный квазикристалл был, как бы невероятно это ни звучало, частью метеорита, подобного Альенде. Изображение, которое он показывал мне на экране, было тому новым замечательным подтверждением.

Мы смотрели с ним на зерно № 121 в разрезе – оно было вторым многообещающим кандидатом, идентифицированным Лукой по возвращении домой. Я потратил три часа на дорогу от Принстона до Вашингтона, чтобы поприсутствовать при том, как Гленн будет делать первые снимки образца в высоком разрешении.

Для неопытного глаза зерно № 121 выглядело как большой комок грязи, облепленный мелкими песчинками. Но этот непримечательный на вид комок и весь окружающий его материал несли важную информацию о рождении Солнечной системы.

– Это хондра, – сказал Гленн, – самая старая часть хондритового метеорита, возраст которого превышает 4,5 миллиарда лет.

Уже одна только эта оценка говорила о том, что наш образец является подлинным.

– Дополнительный материал, окружающий хондру, называется матрицей, – объяснял Гленн. – Она обычно состоит из определенных характерных минералов.

Хондры и матрица – две основные составляющие углистых хондритов. Такие же материалы были обнаружены на микроскопическом уровне в метеорите Альенде. Поэтому было так важно, что в новом зерне мы теперь наблюдали те же особенности, что и в Альенде.

Чтобы доказать это, Гленн радостно занялся изучением зерна № 121. С помощью электронного микрозонда он измерил химический состав в различных точках как хондры, так и матрицы. Хондриты содержат сложную смесь минералов. Перед каждым измерением Гленн, основываясь на своем обширном опыте исследования метеорита Альенде, предсказывал, какой должен быть обнаружен состав. И всякий раз оказывался прав.

– Любой бы увидел в этом образце классический Альенде, – заключил он.

Как раз в этот момент у двери кабинета, желая взглянуть на экран, приостановилась молодая исследовательница из его группы. Гленн спросил, может ли она идентифицировать изображение.

– Альенде, конечно, – ответила она, как будто глупее вопроса не слышала.

Мы с Гленном удовлетворенно улыбнулись друг другу, когда она ушла.

При более пристальном осмотре Гленн обнаружил в зерне № 121 нечто важное, чего никогда не встречал в Альенде, – крошечные белые включения. На снимке хондры внизу два таких включения видны примерно на четыре и шесть часов по отношению к хондре.

Поскольку сама хондра в ходе препарирования материала была разрезана пополам, изображение указывало на то, что эти включения находились внутри силикатной хондры, образовавшейся более 4,5 миллиарда лет назад. Это, в свою очередь, означало, что и возраст белых вкраплений не меньше.

Проверив химический состав странных белых включений с помощью электронного микрозонда, Гленн еще сильнее воодушевился.

– Это купалит! – взволнованно объявил он. Мы обменялись ободряющими улыбками и почти расхохотались.

– Невероятно! – вскричал я.

Купалит, наряду с хатыркитом, был одним из металлических сплавов, которые прежде заставляли всех, включая Гленна, считать подделками музейные образцы, в которых они были найдены. Обнаружение осколков купалита, заключенных внутри хондры, самой старой части метеорита, было самым прямым доказательством того, что алюмомедные сплавы метеорита образовались в космосе 4,5 миллиарда лет назад, когда наша Солнечная система только зарождалась.

Флоренция, октябрь – ноябрь 2011 года

Когда я сообщил команде новость о зерне № 121, все, включая нашего анонимного благотворителя Дэйва, тут же стали поздравлять Луку. Они поняли, что Лука действительно был L’Uomo dei Miracoli, как я ласково его называл, – человеком, способным творить чудеса.

Тем временем открытия продолжались. L’Uomo dei Miracoli заработал очередное очко с зерном № 122. Я регулярно сообщал команде об успехах Луки. И теперь я отправлял уже третье сообщение менее чем за шесть недель.

Трудно поверить, что всего через десять дней после сообщения № 2 у нас опять появились важные новости, о которых стоит проинформировать: икосаэдрит обнаружен в третьем зерне с Корякского нагорья, на сей раз в найденном на другой площадке – Уиллз-Хоул.

В своем сообщении я подчеркивал, что три метеоритных зерна, которые сейчас вписывались в историю науки, были найдены в трех разных местах вдоль Лиственитового ручья. Марина и Саша извлекли зерно № 5 из Стены Зеленой Глины, зерно с хондрами № 121, заинтриговавшее Гленна, поступило из Нижней Стены Зеленой Глины, а последнее открытие – зерно № 122 – происходило из Уиллз-Хоул. Только на этой последней площадке, Уиллз-Хоул, присутствовала сине-зеленая глина.

То, что образцы обнаруживались на участках разных типов, разбросанных на сотни метров друг от друга, было очень важной информацией. Это означало, что потенциальными источниками метеоритного вещества могли быть все пакеты с образцами со всех наших раскопок, а не только с площадок, содержащих сине-зеленую глину. Так что Крис Андроникос был прав, когда посоветовал нам расширить поиски и включить в них другие области. Это еще раз подтвердило для меня, что Крис был принципиально важным членом нашей команды. Без него мы, возможно, никогда бы не собрали столько многообещающих образцов.

Я решил, что открытия Луки станут особенно приятной новостью для всех, кто столь усердно трудился в экспедиции, борясь с почти замерзшей глиной и зачастую работая в ледяной воде голыми руками, после того как сломались все наши лопаты.

Десять дней спустя я разослал еще одно сообщение, описывающее очередное чудо L’Uomo dei Miracoli. Зерно № 123, полученное также из Уиллз-Хоул, оказалось весьма значимым, поскольку содержало самое крупное из найденных на тот момент зерен икосаэдрита, причем последнее находилось в прямом контакте с метеоритным материалом.

Важность этого открытия трудно было переоценить. Перед экспедицией Линкольн и Гленн сетовали, что мы не смогли найти неоспоримых доказательств контакта квазикристаллов флорентийского образца с метеоритными минералами. Эти доказательства, говорили они, нужны, чтобы подтвердить нашу версию о том, что квазикристаллы образовались естественным образом. Теперь, располагая зерном № 123, мы наконец получили весомое и недвусмысленное тому подтверждение.

На изображении вверху квазикристалл икосаэдрита виден в правом верхнем углу. Он физически соприкасается и сросся с расположенными ниже силикатами.

По мере того как Лука просматривал пакеты, чудеса продолжались. Вскоре он идентифицировал еще три зерна – № 124 из Уиллз-Хоул, № 125 и № 126 с Основной площадки, – все они оказались метеоритными. Благодаря невероятной череде открытий за Лукой прочно закрепился титул L’Uomo dei Miracoli!

Пасадена, февраль 2012 года

Обнаруженные Лукой зерна были отправлены в Калифорнийский технологический институт, чтобы Джон Эйлер и Юньбинь Гуань проанализировали их с помощью масс-спектрометра NanoSIMS.

К тому времени на базе прежнего анализа флорентийского образца мы считали основной гипотезу о том, что сплавы алюминия и меди сформировались в космосе и попали на Землю в составе метеорита из класса углистых хондритов. Но мы постоянно искали информацию, противоречащую этой гипотезе. Если бы удалось найти образец, в котором икосаэдрит был бы связан с обычными земными минералами, этого единственного исключения оказалось бы достаточно, чтобы заставить нас переосмыслить всю нашу теорию. Все наши представления о внеземном происхождении икосаэдрита были бы поставлены под сомнение. Поэтому так важно было провести на масс-спектрометре NanoSIMS исследование изотопов кислорода в силикатах, обнаруженных в каждом образце с Чукотки.

Лука работал на износ, поэтому я уже привык быстро получать точные результаты. Однако, переключив внимание на калтеховский спектрометр, я словно попал в пробку. Оборудование всегда бронировалось за несколько месяцев – и накапливалась большая очередь важных исследований, ожидающих своего часа. К тому же установка постоянно ломалась и требовала ремонта. Так что прошли долгие шесть месяцев, прежде чем мы стали получать первые отчеты.

Появившись, они вне всякого сомнения доказали, что силикаты имеют точно такое же соотношение изотопов кислорода, что и флорентийский образец, который, в свою очередь, имел те же характеристики, что и классические углистые хондриты CV3.

Джон Эйлер был одним из тех геологов, кто поначалу отговаривал меня от участия в экспедиции. По его словам, шансов найти еще какие-то метеоритные образцы в ходе экспедиции на Чукотку практически не было. Но лучшие из ученых всегда любят удивляться и открывать что-то неожиданное. Итак, несмотря на свои первоначальные сомнения или, возможно, благодаря им, Джон был очень рад сообщить мне хорошие новости, доказывающие, что он ошибался.

Хьюстон, Техас, март 2012 года

Через месяц после завершения измерений в Калтехе Гленн поделился нашими феноменальными результатами с другими мировыми экспертами по метеоритам на ежегодной конференции по изучению Луны и планет (Lunar and Planetary Science Conference, LPSC). Команда была уверена, что Гленн наилучшим образом нас там представит. Он был хорошо известен в сообществе LPSC и пользовался большим уважением.

Гленн отправился на конференцию, вооружившись всеми впечатляющими свидетельствами, которые мы собрали до и после экспедиции. Он встретился с комитетом по номенклатуре и доказал, что мы обнаружили новый случай метеоритного удара. Нам было крайне важно получить их официальное подтверждение, чтобы убедить остальную часть метеоритного сообщества признать наше открытие. Но добиться такого признания часто бывает нелегко. Этот комитет известен своей ультраконсервативностью и крайней привередливостью.

Гленн, должно быть, впечатлил их, поскольку члены комитета сразу же приняли его версию о том, что зерна метеоритные. Они также согласились дать метеороиду предложенное нами официальное название Хатырка, в честь реки, которую мы сумели переехать и переплыть на двух наших левиафанах.

Пять месяцев спустя Гленн взял на себя подготовку первой научной статьи о результатах экспедиции, которая была опубликована в престижном журнале Meteoritics & Planetary Science (MAPS) 2 августа 2013 года. В статье был отмечен ценный вклад каждого члена экспедиции, а также Линкольна Холлистера, Джона Эйлера и Юньбинь Гуаня. Некоторые участники нашей команды после экспедиции успели поменять место работы. Наша команда теперь была разбросана по всему миру: Флоренция, Бостон, Москва, Вашингтон (округ Колумбия), Хьюстон, Уэст-Лафайетт, Пасадена, Йоханнесбург, Принстон.

Мы ожидали изрядной доли скептицизма из-за необычных сплавов алюминия и меди, обнаруженных в наших образцах. Поэтому Гленн позаботился о том, чтобы наша статья в MAPS была исключительно скрупулезной. Она была наполнена изображениями и чрезвычайно подробна, вплоть до описания нетронутых слоев глины, в которых были обнаружены образцы, и исчерпывающих количественных данных по минеральному составу и концентрации изотопов для каждого образца.

В статье под названием “Хатырка, новая находка CV3 на Корякском нагорье в Восточной России” устанавливалось существование нового метеорита и представлялись новые доказательства естественного происхождения ряда алюмомедных металлических минералов, включая первый известный природный квазикристалл – икосаэдрит.

Метеоритное сообщество без возражений согласилось с выводом о том, что силикаты в наших образцах метеоритные. Изотопно-кислородные тесты служили тому недвусмысленным доказательством. Однако, как всегда, кому-то оказалось труднее принять факт естественного происхождения икосаэдрита и других алюмомедных минералов, обнаруженных в метеорите Хатырка. Как и всех геологов, специалистов по метеоритам всегда учили, что минералы с икосаэдрической симметрией невозможны. Равно как и странные сплавы с металлическим алюминием, о которых мы писали. Ничего подобного в метеоритах раньше не видели. Доклад Гленна на заседании LPSC и статья в MAPS запустили дискуссию о квазикристаллах и металлических сплавах, которая растянулась на годы.

Несмотря на все доказательства, собранные в нашей научной статье, несколько специалистов по метеоритам по-прежнему скептически относились к нашим выводам. Мы никогда не критиковали никого из них за сомнения в наших утверждениях. В конце концов, Линкольн и Гленн изначально реагировали точно так же, когда мы с Лукой ознакомили их с нашим первым открытием в 2009 году.

Чаще всего сомнения рассеивались, когда нам давали возможность представить наши удивительно подробные результаты тестов. Однако те, кто, похоже, не находил времени, чтобы обдумать доказательства во всех деталях, продолжали считать наши выводы невозможными. Они предпочитали придерживаться своей точки зрения, согласно которой квазикристаллы и сплавы, содержащие металлический алюминий, не могут быть получены ни в каком естественном процессе – ни на Земле, ни в космосе.

Спустя три года после публикации нашей статьи в некоторых группах научного сообщества все еще бушевали споры. Поэтому Гленн, будучи ярким полемическим оратором, решил включиться в публичную дискуссию. Он подготовил стендовый доклад для конференции по изучению Луны и планет 2015 года, в которой приняли участие десять тысяч ученых. На съезде Гленн стоял рядом с постером и лично объяснял существенные детали всех доказательств, которые мы собрали с момента его первого доклада в 2012 году.

Чтобы доказательства воспринимались лучше, команда подготовила к постеру Гленна раздаточный материал со списком часто задаваемых вопросов и ответами на них. В своей типично театральной манере Гленн бросил вызов любому, кто предложит правдоподобное альтернативное объяснение всех собранных нами доказательств в пользу существования природных квазикристаллов и металлических сплавов.

Единственной группой, попытавшейся принять этот вызов, стала команда российских геологов, которая, узнав о нашем успехе, предприняла собственную экспедицию на Чукотку. Готовясь к экспедиции, они встретились с нашим российским коллегой Валерием Крячко. Тем не менее их поход к Лиственитовому ручью обернулся полным провалом. Они так и не нашли в промытом материале ни единого зерна метеорита, квазикристалла или алюмомедного сплава.

Вместо того чтобы подвергнуть сомнению собственную методологию, та команда ответила на вызов Гленна, опубликовав статью, где утверждалось, что, несмотря на горы документации, наши выводы ошибочны. Авторы утверждали, что металлические сплавы в наших образцах должны быть искусственными, а не природными. По их мнению, наши образцы были случайно созданы золотодобытчиками в результате динамитных взрывов, которые те производили, разрыхляя глину для промывки золота. Эти взрывы, по предположению российской команды, могли раздробить находившиеся поблизости инструменты, трубы и другое неизвестное горнодобывающее оборудование, изготовленное из алюминиевых сплавов. Затем кусочки этого металлического материала могли с большой скоростью врезаться в соседние скалы. Авторы допускали, что в составе этих скальных мишеней были остатки углистого хондрита CV3, такого же, как и хорошо известный метеорит Альенде, которые изначально не содержали никаких металлических сплавов, и в итоге пришли к выводу, что наши образцы возникли в результате случайного сплавления искусственно взорванного металла с древним метеоритом.

Несмотря на творческий характер, эта идея не выдерживает критики.

Во-первых, российская группа не смогла назвать ни одного металлического орудия, используемого золотодобытчиками, которое имело бы подходящий химический состав для объяснения квазикристаллов или сплавов алюминия и меди, обнаруженных в нашем образце. На деле, исследуя вопрос об использовании алюмомедных сплавов, я обнаружил, что металлы с таким составом слишком хрупки для любого практического применения. Алюмомедные сплавы с добавлением лишь нескольких процентов меди в алюминий или наоборот действительно широко используются. Однако сплавы, обнаруженные в метеорите Хатырка, включают эти металлы в пропорции 50:50 или 60:40, и для них нет никакого промышленного применения по одной простой причине: они слишком хрупки.

Во-вторых, если бы предположение о взрыве было верным, следовало бы ожидать находки металлических сплавов, соединенных с обычными земными минералами. Земных минералов на Лиственитовом невообразимо больше, чем метеоритного материала. На самом деле еще до того, как русские предложили свою идею взрыва, мы систематически искали такие примеры, чтобы проверить нашу метеоритную гипотезу. Однако подобного образца не нашли ни мы, ни российская команда. Ни одного.

В-третьих, гипотеза взрыва не объясняла квазикристаллическое зерно, полностью заключенное в стишовит, которое Лука обнаружил во флорентийском образце. Стишовит – это силикат, который можно создать только при сверхвысоком давлении. Такое давление никак не могло быть вызвано металлической шрапнелью, разогнанной динамитным взрывом.

Поскольку стишовит не мог образоваться в результате взрыва, он, согласно логике российской группы, должен был являться частью метеорита до взрыва. Металлический алюминиевый сплав, который русские объявляли искусственным, должен был в результате взрыва попасть в метеорит. Но если бы это было так, то зерно стишовита, которое, согласно их гипотезе, являлось частью метеорита, должно было бы иметь большое отверстие в том самом месте, куда ударил искусственный сплав, а никаких подтверждений тому не было.

В-четвертых, гипотеза взрыва не могла объяснить, почему некоторые из наших зерен были обнаружены в нетронутой глине глубоко под землей, которая, по-видимому, оставалась непотревоженной в течение тысяч лет. Никакой взрыв динамита не мог отправить куски металла от лежащих поблизости инструментов на сотни метров вниз по течению и через такую толщу отложений на глиняном дне, тем более не оставив множество других очевидных повреждений вокруг.

В итоге эти и другие указанные нами недостатки в объяснении, предложенном российской командой, продемонстрировали, насколько сильны наши доводы в пользу естественного происхождения образцов и насколько сложно найти им сколько-нибудь правдоподобную альтернативу.

Наша команда больше обрадовалась бы, если бы российским ученым удалось найти новые образцы метеорита, ведь это принесло бы дополнительные научные данные. Но я всегда знал, что любой другой группе сложно будет повторить успех нашей экспедиции, поскольку никто не мог надеяться воспроизвести самую важную составляющую нашего успеха – членов нашей команды.

Другие ученые могли откопать и промыть столько же материала, сколько и мы, но у них ни за что не нашлось бы таких преданных и внимательных землекопов, как Уилл, или таких опытных и искусных шлиховальщиков, как Валерий. У них никак не могло быть такого квалифицированного эксперта по метеоритам, как Гленн. Они не могли надеяться повторить многолетний опыт Валерия, Марины и Вадима, работавших с природными рудами на Чукотке и в других регионах. Им бы просто не понадобилась собственная картографическая команда для изучения геологической истории местности, потому что Крис и Майк при поддержке Марины и Саши уже проделали всю эту тяжелую работу за них. И пожалуй, самое главное, они и близко не смогли бы найти никого с такими познаниями, талантом и беззаветной преданностью делу, как у Луки.

Я особенно горжусь тем фактом, что члены нашей команды поддерживают высокие научные стандарты и постоянно подвергают сомнению свои собственные выводы, чтобы не стать излишне самоуверенными или небрежными. Линкольн Холлистер служил в этом отношении примером для всех нас. По сравнению с другими исследователями и группами мы всегда были самыми жесткими критиками собственной работы. Мы снова и снова задаем себе вопросы и ставим свои выводы под сомнение, чтобы не упустить ни одной детали или теоретической возможности.

За прошедшие после экспедиции годы мы методично исключили все возможные объяснения того, как наши образцы могли бы быть порождены естественными земными силами или оказаться побочным продуктом промышленной или горнодобывающей деятельности. Но всегда оставалась кошмарная возможность, к которой мы возвращались снова и снова: не могли ли мы стать жертвами тщательно продуманного розыгрыша?

Измерения изотопов кислорода на масс-спектрометре NanoSIMS подтвердили, что силикаты произошли из углистого хондрита CV3, возникшего в эпоху зарождения Солнечной системы. Однако NanoSIMS нельзя было использовать для проверки металлических сплавов, потому что они не содержали кислорода.

Мог ли коварный мистификатор соединить настоящий метеоритный материал, похожий на Альенде, с синтетическими алюмомедными сплавами и подвергнуть смесь воздействию определенного сочетания высокого давления и температуры, чтобы в итоге получить образцы, подобные тем, которые мы добыли?

Первой проблемой, с которой мы столкнулись при изучении этого диковатого сценария, было все то же обстоятельство, что делало настолько несостоятельной российскую гипотезу о взрыве. Легкодоступных металлов с таким же составом алюминия и меди, который был обнаружен в наших образцах из Хатырки, не существует. Подобные сплавы попросту слишком хрупки, чтобы иметь какое-либо промышленное или коммерческое применение. Фальсификаторам пришлось бы самостоятельно синтезировать специфические комбинации металлов, начиная с чистого алюминия и меди. Причем провернуть все это пришлось бы до 1979 года, когда Валерий извлек первые образцы из Лиственитового. Проблема с этим конкретным сроком заключается, конечно, в том, что он на несколько лет предшествует тому моменту, когда мы с Довом Левином рассмотрели возможность существования квазикристаллов, и тому времени, когда они были обнаружены в лаборатории. Это означает, что ни у кого не могло быть никакой мотивации для создания металлических сплавов с таким своеобразным химическим составом. Но, даже если предположить, что фальсификатор все же изготовил их и смешал с настоящими метеоритными минералами, следует учесть, что ему пришлось бы поместить плоды своего коварного труда в темный ручей в далеких Корякских горах и захоронить их глубоко в толстом слое глины, не зная, сможет ли кто-нибудь когда-нибудь их обнаружить.

Хотя все это было до нелепости маловероятно, мы тем не менее устроили мозговой штурм, чтобы понять, сумеем ли мы придумать процесс создания зерен найденного нами типа без каких-либо явных признаков подделки. Как мы ни старались, никому из нас так и не удалось придумать хоть сколько-нибудь работоспособной схемы.

В итоге мы все же придумали собственную фантастическую гипотезу, которая пришлась бы по душе сценаристам сериала “Звездный путь”.

Представьте себе, что метеорит Хатырка возник в результате столкновения обычного углистого хондрита с космическим кораблем пришельцев. Тогда можно вообразить, что невиданное ранее сочетание алюминия и меди могло быть остатком того космического корабля. Эта версия всегда была у нас темой для шуток и выдумок, в частности потому, что по такой логике наш квазикристалл оказывался доказательством существования жизни на других планетах.

Разумеется, это была лишь шутка. Суть смехотворной теории с инопланетным звездолетом заключалась в том, что, как бы безумно это ни звучало, ее ложность доказать труднее, чем ложность любой из более правдоподобных версий, которые мы рассматривали – и все без исключения успешно опровергли.

Но если гипотеза с инопланетянами – лишь шутка, то какова же тогда настоящая разгадка тайны происхождения нашего природного квазикристалла: когда и как он образовался?

Глава 22

Загадка природы

Менее чем через год после возвращения по домам с Чукотки наша команда уже располагала огромным количеством новых фактов. Мы за пределами разумных сомнений доказали, что природа создала квазикристаллы задолго до того, как люди изготовили их в лаборатории, и что образцы, обнаруженные нами на Чукотке, были не с нашей планеты. Это были гости из космоса.

На этом можно было остановиться, объявить победу и перейти к другим исследованиям. Но ни моя ДНК, ни ДНК Луки подобного не допускали. Наше любопытство было раззадорено как никогда, и мы были фанатично привержены выяснению того, откуда прилетел наш метеорит, когда он образовался и каким образом возник. Ответить на все эти вопросы было непросто. Единственным способом продвинуться вперед было испробовать все возможности. Одновременно.

Заглянуть под каждый камень. Эти слова стали моей мантрой с тех пор, как в давно забытом музейном образце был обнаружен первый природный квазикристалл. После нашей экспедиции такой всеохватный подход стал уместнее, чем когда-либо.

Отсмотреть каждую деталь природных образцов, привезенных с Чукотки. Разработать эксперименты, воспроизводящие экстремальные условия космического пространства, чтобы проверить наши теории с использованием искусственных сплавов. Найти новые способы поиска первичного вещества метеорита Хатырка. Собрать похожие метеориты и исследовать их на предмет содержания природных квазикристаллов или других якобы “запрещенных” сплавов металлического алюминия. И наконец, придумать, как заниматься всем этим одновременно, потому что никто не знает заранее, сколько займет работа над каждой из этих идей и какая из них окажется наиболее плодотворной, если таковая вообще будет.

В результате с 2012 года наше поле исследований сделалось необычайно разнообразным и стало включать в себя новые, порой рискованные эксперименты. Для помощи в наших поисках были привлечены новые группы ученых, каждая из которых обладала массой узкоспециализированных познаний. На этом пути нас поджидал ряд болезненных неудач. Но до сих пор меня до глубины души впечатляют замечательные идеи и достигнутый нами за такое короткое время невероятный прогресс.

Алюминиевые черви и минеральные лестницы

Мы начали с зерна № 125. Из всех зерен, привезенных нами с Лиственитового, в нем был самый длинный и отчетливый пример контакта кислородсодержащего силиката с хатыркитом, кристаллическим алюмомедным сплавом, наиболее часто встречающимся в наших образцах металлом. Изучение текстур вблизи места контакта казалось многообещающим подходом, чтобы попытаться понять те могущественные силы, которые породили это необычное сочетание минералов.

Один из первых членов нашей команды, Линкольн Холлистер, идеально подходил на роль руководителя исследования. Мы с Линкольном начали совместную работу в январе 2009 года, всего через несколько дней после открытия нами первого природного квазикристалла. Он был известен своей способностью собирать воедино историю горных пород, основываясь на их структуре и составе, а нам требовался как раз такой анализ. Официально Линкольн ушел на пенсию и покинул Принстон в тот самый месяц, когда началась наша экспедиция на Чукотку, но он настаивал на том, что не собирается выходить из этого проекта. Ему нравилось быть на острие новаторских исследований.

Первым новым членом нашей команды стал Чейни Лин, аспирант, приехавший в Принстон осенью 2011 года, чтобы изучать под моим руководством теоретическую физику. Как только он столкнулся с тайнами и загадками, окружающими природные квазикристаллы, они крепко его зацепили. Как и всех нас.

Чейни начал с летнего проекта по поиску новых образцов метеорита в тех десятках пакетов с материалом, что мы привезли с Чукотки. Лука уже завершил два полных прохода по сотням тысяч зерен, и пора было подключить к делу свежую пару глаз. Долгосрочная цель Чейни заключалась в том, чтобы стать физиком-теоретиком, а для этого нужно больше математики, чем микроскопии. Так что, прежде чем заниматься изучением каких-либо зерен и проверкой их химического состава, ему требовалось научиться пользоваться электронным микроскопом, а это весьма тонкое дело.

Под руководством Яо Наня, директора Принстонского центра визуализации и анализа, Чейни вскоре стал одним из лучших специалистов по электронной микроскопии на кампусе. У него хватало терпения и мастерства, чтобы извлекать точную и значимую информацию из наших крошечных образцов. К концу своей летней практики Чейни и еще один аспирант завершили третий проход по всему материалу. Они обнаружили еще два фрагмента метеорита, что стало для нас большим событием.

Чейни тогда решил продолжить участие в нашем исследовании параллельно со своей работой в области теоретической физики. Студентом он провел последние четыре года на восточном побережье в Нью-Йоркском университете. Но от родного ему Лос-Анджелеса в Чейни осталась столь характерная для калифорнийцев манера непринужденно держаться. Среди многих его положительных черт была способность воспринимать критику, не впадая в эмоции и не становясь в оборонительную позицию. Мои отзывы он всегда слушал с открытой улыбкой, а затем давал оригинальные и содержательные ответы. Я подумал, что он стал бы идеальным учеником для Линкольна, который пользовался на кампусе репутацией прекрасного, но требовательного наставника.

Когда я познакомил Чейни и Линкольна (см. фото ниже), они мгновенно нашли общий язык. Их сразу захватил детальнейший анализ всех составляющих зерна № 125, начиная с мест контакта силиката и хатыркита.

Вскоре Чейни совершил свой первый научный прорыв. Изучая зерно № 125 при помощи электронного микроскопа, он определил, что червеобразные нити в металлическом хатырките были почти чистым алюминием, чего прежде не встречалось ни в каком другом минерале. Обнаружение этого невозможного вещества вместе с невозможными сплавами металлического алюминия значительно увеличило загадочность метеорита Хатырка. Чейни предъявил нам с Линкольном доказательства наличия чистого алюминия в своей обычной сдержанной манере. Но по его улыбке до ушей было видно, что его переполняет гордость за это открытие.

Линкольн дал профессиональную интерпретацию полученному Чейни изображению, которое представлено вверху. Он отметил, что регулярная текстура из темных червеобразных алюминиевых нитей между каналами светлого хатыркита, содержащего одну часть меди на две части алюминия, – это верный признак того, что металлическое зерно каким-то образом полностью расплавилось, а затем быстро остыло.

По словам Линкольна, если исходный расплав содержал одну часть меди и чуть более двух частей чистого алюминия, то при его охлаждении и затвердевании естественным образом произошло бы разделение с образованием толстых полос хатыркита и тонких червеобразных нитей из излишков алюминия, что мы и наблюдали в зерне № 125.

Изучать с помощью электронного микроскопа силикатный материал – более темное вещество по другую сторону границы металл-силикат – было труднее. Когда Чейни и Линкольн впервые рассмотрели его под сканирующим электронным микроскопом и сделали химические пробы с помощью электронного микрозонда, они обнаружили необычный состав и текстуру, которые не смогли с ходу идентифицировать. Чейни под руководством Линкольна несколько недель бился над этой загадкой и применил множество творческих приемов. Но ничего не получалось.

В конце концов они решили, что проблема заключается в сильной изменчивости состава на крошечных расстояниях – всего в несколько межатомных дистанций. Микрозонд показывал лишь средний состав на гораздо большей площади, что приводило к размыванию мелкомасштабных вариаций. Нам нужно было найти другой экспериментальный подход, позволяющий обнаружить различия в составе, возникающие на очень малых расстояниях.

После консультации с Лукой Бинди и Яо Нанем мы разработали план использования специальной установки, известной как FIB (Focused Ion Beam), что означает “сфокусированный ионный пучок”. Нам предстояло провести рискованную хирургическую операцию, которую мы до тех пор не выполняли ни с каким другим зерном. FIB должен был отрезать и отделить ультратонкий срез загадочной области образца. Затем этот срез предстояло исследовать с помощью просвечивающего электронного микроскопа, который, в отличие от микрозонда, был достаточно мощным, чтобы измерять различия в составе на очень малых расстояниях.

На проведение нашей FIB-хирургии и выполнение необходимых измерений ушло целых шесть месяцев. Для подготовки образца понадобился опыт Яо Наня. Сначала он вместе со мной, Чейни и Линкольном внимательно рассмотрел крошечный образец. Затем исключительно аккуратно нанес на него чрезвычайно узкую полоску платины в строго определенном месте, где, по-видимому, состав обладал наибольшей вариативностью. Это место обозначено на предыдущем изображении пунктирной линией. Ширина нанесенной платиновой полоски составляла меньше сотой доли толщины человеческого волоса.

Затем образец был отправлен эксперту по FIB Джамилю Кларку в Hitachi High Technologies (Южная Каролина). Он сфокусировал интенсивный ионный пучок на образце и испарил материал, окружающий крошечную платиновую полоску Наня. Эта полоска имела достаточную толщину, чтобы отталкивать ионы, и поэтому материал, лежащий непосредственно под ней, гарантированно оставался нетронутым.

Пучок ионов создал вокруг платиновой полоски углубление. В нем осталась перегородка из метеоритного материала толщиной с паутинку, стоявшая в микроскопическом кратере подобно хрупкому крылу бабочки. С исключительной осторожностью Джамиль отделил этот тончайший фрагмент от остальной части образца и отправил все нам обратно.

Когда мы открыли упаковку, почти прозрачный срез был едва виден. Стоит чихнуть – и образец пропадет, подумал я. Как только мы изучили его под просвечивающим электронным микроскопом, стало сразу ясно, почему микрозонд никак не мог дать четкого представления о составе и текстуре образца. Вместо однородного слоя какого-то минерала перед нами предстал сложный мелкодисперсный хаос. И именно это направило нас к новой серии важных открытий.

Первоначально срез состоял из силикатного материала, который обычно содержится в матрице, окружающей хондры углистых хондритов. Но было одно существенное отличие. В данном случае изображение показывало, что силикатный материал расплавился, а затем быстро остыл. Похоже, история начинала складываться воедино, поскольку это соответствовало червеобразным алюминиевым нитям, найденным нами в другой части зерна, которые также указывали на расплавление и последующее быстрое остывание.

Поскольку охлаждение силиката произошло очень быстро, мелкодисперсный беспорядок, обнаруженный нами с помощью просвечивающего электронного микроскопа, оказался стоп-кадром древнего бурного процесса. Жидкость образовала реки и ручьи между остатками, которые не расплавились, и каждый поток быстро затвердевал, формируя структуры, похожие на лестницы (см. фото вверху).

Белые ступеньки этих лестниц состоят из стекловидного вещества – аморфного диоксида кремния. Но, что еще важнее, темные их ступеньки состоят из редкого минерала аренсита. Как и стишовит, который был обнаружен в другом нашем образце, аренсит образуется только при сверхвысоком давлении. По подсчетам Чейни и Линкольна, оно должно было как минимум в 50 000 раз превышать нормальное атмосферное давление на Земле. А температура должна была достигать не менее 1100 градусов Цельсия, чтобы расплавить и алюминий, и медь.

Продолжив изучение остальной части силиката в зерне № 125, за пределами среза FIB, мы обнаружили, что она состоит из минералов, образующих формы, напоминающие рыхлую матрицу того зерна, которое мы с Гленном анализировали вскоре после возвращения из экспедиции. Разница заключалась в том, что на этот раз зерна минерала матрицы были спрессованы в плотный комок, чего как раз и следовало ожидать в случае, если он подвергся высокоскоростному удару другого астероида в космосе. Ударная волна, вызванная столкновением, могла сжать и уплотнить рыхлое вещество матрицы в те формы, которые мы видели под микроскопом. И столкновение расплавило бы матрицу в определенных местах, где температура и давление были особенно высокими. Открытие лестниц из аренсита и кремния, а также анализ смятой матрицы давали нам прямое количественное доказательство того, что метеорит Хатырка подвергся одному из самых мощных ударов, следы которых когда-либо обнаруживались в углистых хондритах CV3.

Все, что мы узнали на тот момент, подтверждало уникальность метеорита Хатырка. Мы с Лукой чувствовали мощнейший прилив сил и готовность взяться за следующие открытые вопросы.

Были ли природные квазикристаллы частью метеорита Хатырка, когда он начал формироваться в зарождающейся протосолнечной туманности 4,5 миллиарда лет назад? Или они образовались позже в результате столкновения?

Линкольн поддерживал вторую теорию, согласно которой природные квазикристаллы образовались после сильного удара. Он считал более вероятным, что алюминий и медь первоначально были химически связаны с более типичными для хондритовых метеоритов минералами. Он предполагал, что некоторые из этих минералов расплавились под действием высокой температуры и давления при столкновении, высвободив свои атомы для образования как квазикристалла, так и двух “невозможных” кристаллических алюмомедных сплавов хатыркита и купалита, обнаруженных в образце.

С другой стороны, Гленн Макферсон склонялся к тому, что квазикристаллы и сплавы алюминия и меди существовали с самого начала. Он считал более вероятным, что чистые алюминий и медь конденсировались непосредственно из газа протосолнечной туманности на самых ранних стадиях развития Солнечной системы и были частью метеорита Хатырка на протяжении всего его существования.

Поначалу было непонятно, как сделать выбор между этими двумя теориями. Нам с Лукой нужно было придумать какой-то новый эксперимент. Но какой? – недоумевали мы.

Затерянные в космосе

Мой принцип заглядывать под каждый камень иногда приводил к проблемам.

Пока Чейни и Линкольн продолжали делать находки в зерне № 125, мы с Лукой размышляли над новыми способами изучения наших образцов. Нам отчаянно хотелось придумать новые неразрушающие тесты. Образцы из экспедиции были очень ограниченным ресурсом, и мы старались сохранить как можно больше материала для новых этапов исследования.

Проблемы стал создавать процесс подготовки наших образцов для электронного микроскопа. Образец сначала нужно было закрепить в специальном держателе, залив его горячей эпоксидной смолой, затем дать ему остыть и, наконец, разрезать заключенный в оболочку материал, чтобы открыть гладкую поверхность, которую можно было бы изучать.

Затвердевшая эпоксидная смола помогала сохранить образец в целости во время разрезания, но именно с нашими материалами при этом возникала специфическая проблема. Тепло эпоксидной смолы имело тенденцию повреждать контакт между металлом и силикатами. Наши образцы были особенно уязвимы из-за разницы в скорости теплового расширения алюмомедных сплавов и силикатов. Поскольку мы как раз изучали места контакта между этими материалами, нам надо было, насколько возможно, предохранить их от возмущений.

Многообещающей альтернативой была рентгеновская томография – по сути, КТ для минералов. Она позволяет идентифицировать минералы внутри образца и построить чрезвычайно полезную трехмерную реконструкцию. Этот метод уже хорошо зарекомендовал себя в медицинской диагностике, но все еще оставался относительно новым в изучении минералов. Он не мог и приблизиться к тому высокому разрешению, которого мы достигли в эксперименте на установке FIB, и даже уступал по точности уже использованным нами электронным микрозондам. Но у него было одно главное преимущество: для него не требовалось ни разрушительной горячей эпоксидной смолы, ни процедуры нарезки.

Мы с Лукой читали об этой новой технологии и решили выполнить пробный эксперимент. Лука смог получить доступ к аппарату с низким разрешением. Поэтому он протестировал часть образца, не покрытого эпоксидной смолой. Результаты выглядели многообещающе, и я договорился о проведении более точных сканирований в Центре рентгеновской компьютерной томографии высокого разрешения при Техасском университете, где аппараты были из числа лучших в мире. От меня требовалось лишь предоставить лаборатории чистые образцы, которые не покрывались эпоксидной смолой.

К тому времени совершенно нетронутыми оставались только два образца, с которыми Лука работал во Флоренции. Так что именно их предстояло отправить в Техас. Лука тщательно упаковал два зерна – № 124 и № 126, – используя те же методы, которые применял для отправки мне образцов в течение пяти предыдущих лет. Как обычно, он сам отнес набитую мягким наполнителем коробку в офис Air Express во Флоренции и отправил ее мне в Принстон.

И все. Это был последний раз, когда мы ее видели. Компания Air Express потеряла всякий след наших бесценных крошечных зернышек.

Я был в ужасе. В абсолютном, неподдельном ужасе. Наша экспедиционная команда совершила почти невозможное: преодолела тысячи километров до самого восточного края России, пересекла тундру, форсировала бурную реку Хатырку, избежала встречи с огромными камчатскими бурыми медведями, сражалась с безжалостными комарами, выкопала тонны почти замерзшей глины в ледяной воде голыми руками, пробилась сквозь шторм обратно к цивилизации, вывезла наш просеянный материал из России, кропотливо отсмотрела миллионы зерен – и все это только ради того, чтобы какой-то безымянный некомпетентный работник потерял две из наших самых ценных находок?

Следующие несколько месяцев я как одержимый проверял свой почтовый ящик, пока Лука проедал плешь представителям Air Express.

Покинула ли посылка Италию? Она что, застряла на таможне? В зоне выдачи багажа? Оказалась закопана в глубине кузова грузовика доставки? А как насчет компьютерной системы отслеживания?

Со все растущим отчаянием Лука пытался добиться помощи от курьерской компании, объясняя, как чрезвычайно редки эти зерна, как трудно их было достать и насколько они важны для научных исследований и нашего понимания фундаментальной природы материи.

С течением времени Лука впадал во все большее возбуждение. Но итальянский офис Air Express просто игнорировал инцидент. Им так и не удалось выяснить, что случилось с нашей посылкой. Хуже всего то, что персонал не проявлял ни малейшего желания помочь.

Годом ранее я усомнился в разумности использования экспресс-почты, когда Гленн с ее помощью отправил мне несколько редких образцов из Смитсоновского института. Но он лишь рассмеялся и сказал мне, что все геологи пользуются той или иной экспресс-почтой, даже когда имеют дело с самыми ценными минералами. Такой же ответ я получил от Джона Эйлера из Калтеха. Все убеждали меня, что я параноик.

Затем случилась катастрофа с Air Express. И теперь уже никто не смеялся.

С того момента я отказался доверять наши образцы метеорита Хатырка какой-либо службе доставки. Ничего подобного больше никогда не будет отправлено экспресс-почтой, даже международные посылки Луке в Италию. Я настоял на том, чтобы все доставлялось лично, если не мной, то студентом или коллегой, который ехал в Италию, Калифорнию, Вашингтон, Принстон или возвращался оттуда.

К сожалению, утерянные образцы были также последними из тех, что не покрывались эпоксидной смолой, поэтому мы так и не смогли провести рентгеновскую томографию – эксперимент с получением трехмерного изображения, который мог бы открыть совершенно новое измерение в нашем исследовании. Это было и остается для нас огромным разочарованием. Но мы все еще рассматриваем возможность использования этой техники для анализа других метеоритов в поисках металлических алюминиевых сплавов и квазикристаллов.

Квазикристаллы под давлением

Нам пришлось смириться с тем фактом, что два – ДВА! – наших самых ценных образца были потеряны. Мы старались двигаться дальше как могли и сосредоточили свое внимание на поиске новых способов определения того, как образовались метеорит Хатырка и его природные квазикристаллы.

Данные по зерну № 125 наряду с результатами более ранних исследований показали, что метеорит Хатырка испытал высокоскоростное столкновение в космосе – удар, который создал сверхвысокое давление. Отсюда вытекал важный вопрос: можно ли ожидать, что скрытый внутри метеороида квазикристалл, а именно икосаэдрит, выдержит экстремальное давление, более чем в 50 000 раз превышающее атмосферное давление на поверхности Земли?

Если нет, то икосаэдрит никак не мог быть частью Хатырки с момента зарождения Солнечной системы, как считал Гленн, поскольку не выдержал бы высокоскоростного столкновения, который метеороид позднее испытал, путешествуя в космосе. В таком случае мы бы знали, что икосаэдрит образовался уже после испытанного Хатыркой последнего сильного удара, когда давление было намного ниже, как полагал Линкольн.

Этот вопрос оказался в центре нашего исследования. Стабильность квазикристаллов и межатомные силы, удерживающие их атомы вместе, – это ключевые вопросы в физике конденсированных сред и материаловедения. Проверки на устойчивость уже проводились, но либо при более низких давлениях, либо при более низких температурах. При сочетании высоких давлений и температур, характерных для Хатырки, таких исследований никто еще не проводил. Однако много лет назад мы с Довом Левином и Джошем Соколаром сконструировали картонные и пластиковые модели, показывавшие возможность существования межатомных сил, обеспечивающих устойчивость в таких экстремальных условиях.

На этот раз не было необходимости подвергать риску какие-либо из наших образцов. Испытания можно было провести с искусственными квазикристаллами икосаэдрита. Нынешняя доступность синтетических квазикристаллов напоминала о том, как долго я был заворожен этим материалом. Удивительно было сознавать, что теперь искусственные квазикристаллы стали чем-то обыденным, что можно недорого заказать в химической компании.

Организовать эксперимент по проверке устойчивости при высоком давлении и высокой температуре было гораздо более трудной задачей. Очень немногие лаборатории способны выполнять такие сложные испытания с приемлемой точностью. Лука нашел Винченцо Стагно и его коллег Хо-Кванг Мао и Фэй Инвэя в Институте Карнеги в Вашингтоне, округ Колумбия.

Для установки требовалось три компонента: крошечная “наковальня” – ячейка из карбида вольфрама размером менее дюйма для создания давления, ускоритель элементарных частиц с длиной окружности около пяти километров, способный разгонять электроны до скорости 99,9999998 % скорости света и направлять их по кругу, заставляя испускать рентгеновские лучи высокой интенсивности, а также сложные магниты и детекторы, позволяющие очень точно направлять эти лучи на материал в ячейке и фиксировать получаемую рентгеновскую дифракционную картину.

Подобные ускорители и детекторы есть только в пяти местах в мире. Институт Карнеги имеет в своем распоряжении канал с рентгеновским излучением высокой интенсивности в Аргоннской национальной лаборатории близ Чикаго, где и были выполнены пробные эксперименты. Окончательные измерения были проведены на аналогичной установке под названием SPring-8 (Super Photon ring-8 ГэВ) в префектуре Хёго примерно в четырехстах километрах к юго-западу от Токио.

Наш план заключался в том, чтобы окружить синтетические образцы икосаэдрита, квазикристалла того же типа, который мы обнаружили в Хатырке, графитовым нагревательным устройством и поместить его в ячейку-“наковальню” из карбида вольфрама, стенки которой можно сжимать с помощью пресса и таким образом сдавливать все, что находится между ними. Рентгеновские лучи, испускаемые электронным пучком, направлялись бы на квазикристалл, и по мере постепенного роста давления и температуры можно было бы непрерывно отслеживать любые изменения в дифракционной картине. На планирование и проведение этого изящного эксперимента потребовалось полтора года, но результаты того стоили.

Выводы были убедительными и бесспорными. Икосаэдрит не трансформировался даже в экстремальных условиях – при давлении и температуре, которые метеорит Хатырка испытал во время высокоскоростного удара.

Это означало, что в принципе икосаэдрит мог быть частью Хатырки с момента образования более 4,5 миллиарда лет назад, как предполагал Гленн, и впоследствии выдержал все столкновения, которые метеороид пережил в космосе. Но даже если так, этих результатов было недостаточно, чтобы доказать правильность теории Гленна. Альтернативное объяснение Линкольна все еще оставалось возможным. Вполне можно было предположить, что кристаллические сплавы металлов и икосаэдрит образовались в результате сильного столкновения в космосе. Икосаэдрит все еще мог оказаться прямым результатом такого удара.

Благородные газы

Мы знали, что некоторые части метеорита Хатырка образовались 4,5 миллиарда лет назад и что через какое-то время после этого в космосе произошло высокоскоростное столкновение между Хатыркой и другим объектом. Но когда именно?

Чтобы разобраться в этом вопросе, нам понадобилось провести еще один чрезвычайно сложный эксперимент с участием другой группы высококвалифицированных специалистов. Лука отправился в Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе и передал крошечные кусочки силиката из метеорита Хатырка Хеннеру Бизмэну, Маттиасу Мейеру и Райнеру Уилеру (на фото справа). Уилер специально создавал свою лабораторию для измерения содержания в метеоритах редких изотопов гелия и неона. Бо́льшую часть экспериментов провели его ученики Маттиас и Хеннер. Маттиас был особенно увлечен проектом и вызвался руководить измерениями.

Гелий и неон известны как благородные газы. Это два из шести элементов в крайнем правом столбце таблицы Менделеева. У них нет ни запаха, ни цвета и очень низкая химическая активность.

Путешествуя в космосе, метеороиды бомбардируются космическими лучами – энергичными субатомными частицами, движущимися почти со скоростью света. Соударяясь с атомными ядрами в породе, частицы космических лучей порождают изотопы гелия и неона, отличающиеся числом нейтронов от ядер гелия и неона, которые обычно встречаются на Земле. Измерив процент атипичных ядер, можно определить, как долго метеороид подвергался в межпланетном пространстве воздействию космических лучей.

При сильном столкновении в космосе накопленные в Хатырке гелий и неон должны были потеряться из-за повышения давления и температуры при ударе. Если затем метеороид продолжил свое путешествие, то бомбардировка космическими лучами снова стала наполнять его атипичными изотопами гелия и неона. Этот процесс шел до тех пор, пока метеороид оставался в космосе. Но с того момента, как он достиг своего конечного пункта назначения и упал на Землю, наша атмосфера начала защищать его от любых дальнейших бомбардировок.

Маттиасу предстояло начать с разрушения образца для извлечения изотопов. Сложность эксперимента заключалась в том, что ему нужно было поймать и изолировать каждый выделившийся при этом атом гелия или неона. Затем следовало измерить концентрацию этих изотопов.

Когда я посетил швейцарскую лабораторию, передо мной предстало сложное оборудование с лабиринтом переплетающихся шлангов и трубок, похожее на кошмарный сон сантехника. Когда образец испаряли, оборудование улавливало образовавшийся газ и направляло его извилистым путем, спроектированным как раз так, чтобы гарантировать – только гелий и неон доберутся до конца лабиринта. “Выжившие” частицы подсчитывались и классифицировались детектором на дальнем конце системы труб.

На настройку оборудования, выполнение процедуры и анализ результатов столь тонкого эксперимента ушло несколько лет. Это был тщательно просчитанный риск, поскольку для извлечения изотопов требовалось уничтожить образец. К счастью, риск полностью окупился. Цюрихский анализ дал важную информацию об истории метеорита Хатырка, которую мы никогда бы не смогли получить другим способом и которая помогла нам составить хронологию его космического путешествия.

Анализы, проведенные на калтеховском масс-спектрометре NanoSIMS, уже показали, что некоторые минералы в Хатырке датируются временем рождения Солнечной системы – около 4,5 миллиарда лет назад.

Затем, где-то в интервале между миллиардом и несколькими сотнями миллионов лет назад, Хатырка, согласно результатам цюрихского изотопного теста, был частью большого материнского астероида, который испытал сильнейшее столкновение. Удар был таким сильным, что привел к выбросу всех изотопов гелия и неона, наработанных к тому времени космическими лучами. Могли происходить и более ранние серьезные столкновения, но конкретно это было последним.

Впервые мы смогли хотя бы примерно датировать столкновение, которое, вероятно, привело к образованию стишовита и лестниц из аренсита и кремния, найденных нами в образцах.

Результаты также показали, что фрагменты Хатырки были частью куска метрового размера, отколовшегося от своего родительского астероида в какой-то момент между четырьмя и двумя миллионами лет назад. Некое событие, возможно, легкое столкновение с другим астероидом, обращающимся вокруг Солнца, заставило этот кусок отделиться и начать свой долгий извилистый путь к Земле. Основываясь на более ранней оценке Криса Андроникоса и углеродном датировании, мы знали, что этот фрагмент вошел в атмосферу Земли около семи тысяч лет назад.

Полученная информация была поистине ошеломляющей. Результаты доказывали, что столкновение метеорита с Землей не могло быть причиной образования стишовита и аренсита. Тот удар попросту не был достаточно сильным. В противном случае в нашем образце не было бы обнаружено никаких редких изотопов гелия или неона.

Эти результаты служили независимым подтверждением нашей гипотезы. Если столкновение с Землей было слишком слабым, чтобы избавиться от изотопов гелия и неона, и, следовательно, недостаточно сильным, чтобы создать стишовит и аренсит, обнаруженные в нашем образце, то его было недостаточно и для того, чтобы создать алюминиевые сплавы, которые мы нашли в зерне № 125. Единственное остававшееся логическое объяснение заключалось в том, что металлические сплавы уже были частью Хатырки до попадания в атмосферу Земли. Они образовались в космосе и в какой-то момент в ранний период путешествия Хатырки по Солнечной системе подверглись плавлению.

Это был один из тех случаев, которые в полной мере оправдывали принцип “заглядывать под каждый камень”. Когда мы с Лукой впервые задумались о проведении таких сложных экспериментов с изотопами благородных газов, нас тревожила необходимость пожертвовать кусочками наших редких образцов ради рискованного теста, который может ничего не дать. Но, придерживаясь нашей философии, мы пошли вперед, несмотря на скромные шансы на успех, и были вознаграждены более подробной информацией об истории Хатырки, чем мы могли себе представить.

Тезка

Я уже был глубоко впечатлен всем тем, что мы узнали о Хатырке, но затем последовала новая серия чудес от нашего L’Uomo dei Miracoli, Луки Бинди.

К тому времени мы отказались от борьбы с Air Express и смирились с безвозвратной потерей зерен № 124 и № 126. Но у Луки был от меня один секрет. Небольшие кусочки зерна № 126, каждый толщиной с ноготь, откололись, когда он упаковывал образцы для отправки. Основная часть этого зерна сгинула стараниями Air Express. Но Лука собрал маленькие крошки и хранил их в пробирке у себя в лаборатории.

Когда у него наконец появилась возможность заняться оставшимися крошками, Лука обнаружил кое-что необычное. В большинстве других зерен содержались металлические минералы алюминия и меди, но в зерне № 126 присутствовали также металлические минералы, содержащие алюминий и никель. Вскоре Лука обнаружил кристаллический минерал, содержащий примерно равные доли алюминия, никеля и железа. Такого раньше никогда в природе не встречали.

Как и в случае со всеми остальными нашими новооткрытыми минералами, Лука тщательно подготовил заявку в Международную минералогическую ассоциацию. Однако на сей раз он предпочел скрыть все от меня. Он сам решил назвать новый минерал “стейнхардтитом” – в мою честь. Он проконсультировался с другими участниками экспедиции, которые тайно это одобрили и согласились стать соавторами заявки. Даже мой сын Уилл, тоже присоединившийся к заговору, не рассказал мне о происходящем. Лука подал документы в Международную минералогическую ассоциацию, и вскоре стейнхардтит получил официальное признание.

Я был глубоко тронут, когда Лука рассказал мне об этом. Подобные события случаются редко, и это большая честь, особенно для физика-теоретика. Для меня было невероятно ценно то, что все это было организовано моими товарищами по команде. Благодаря им я навсегда минерализовался.

Количество доступного сегодня природного стейнхардтита микроскопическое. Голотип, которым стало закрепленное на нити крошечное зерно (на снимке выше), теперь находится на постоянном хранении у Луки во флорентийском Музее естественной истории. Похожий образец лежит в бесценной шкатулке на моем столе в Принстоне.

Второй квазикристалл

Однако L’Uomo dei Miracoli на этом не остановился. Пытаясь извлечь побольше стейнхардтита из микроскопических осколков зерна № 126, Лука обнаружил кое-что получше – вторую разновидность природных квазикристаллов. Тот, кто незнаком с предысторией, несомненно, сказал бы, что найти два разных типа природных квазикристаллов в одном образце невозможно. Но к тому времени мы уже привыкли, что практически все наши достижения были из разряда невозможных.

Второй природный квазикристалл отличался от первого – икосаэдрита – как геометрически, так и химически. В химическом плане он представлял собой смесь металлического алюминия, никеля и железа, похожую на стейнхардтит, но с другим процентным содержанием трех элементов.

Но что было в новом квазикристалле совершенно потрясающим, так это его симметрия. Мы знали, что, подобно обычным кристаллам, природные квазикристаллы также, по крайней мере в теории, могут иметь разную симметрию. Но никто из нас даже не надеялся обнаружить все в том же метеорите природный квазикристалл с другой симметрией. Хатырка оказался подлинным чудом.

У первого в истории природного квазикристалла, открытого несколькими годами ранее, икосаэдрита, имеется шесть различных направлений, вдоль которых можно наблюдать знаменитую запрещенную симметрию пятого порядка. А вот второй природный квазикристалл имел только одно такое направление. И тут была запрещенная симметрия десятого порядка.

Как показано ниже на верхнем снимке, структура заполнена маленькими десятиугольными кольцами атомов. Дифракционная картина, представленная на нижнем левом снимке, подтверждает симметрию десятого порядка вдоль одного направления. Но по другим направлениям наблюдается периодичность, как в обычном кристалле, о чем свидетельствуют расположенные на равных расстояниях ряды дифракционных пятен на нижнем правом снимке.

Обнаружение квазикристалла совершенно нового типа намного превосходило все, что мы с Лукой смели вообразить. Связавшись по “Скайпу”, мы радовались этой несказанной удаче.

И снова Лука представил доказательства в Международную минералогическую ассоциацию в заявке об открытии нового минерала. Там быстро проголосовали за и приняли предложенное нами название декагонит.

Декагонит был новым природным минералом, однако специалисты по квазикристаллам уже знали этот материал. Квазикристалл с такими же составом и симметрией синтезировал Ан-Пан Цай с коллегами в 1989 году, через два года после того, как был создан первый в мире безупречный образец синтетического квазикристалла.

Никто не ожидал найти этот десятиугольный квазикристалл в природе. Но это достижение Луки стало возможным благодаря крошечному обломку давно утраченного зерна № 126. Представьте только, что мог бы обнаружить мой блестящий коллега, если бы в Air Express не поступили так небрежно с остальной частью образца.

Удивительное зерно № 126а

Верится с трудом, но Луке удалось выжать третье открытие из остатков зерна № 126. Один из его срезов оказался настолько важным, что заслужил собственное обозначение. Мы назвали его зерном № 126А, и в нем содержалась масса новых данных о метеорите Хатырка.

С самого начала нашего исследования мы искали образец, в котором металлический алюминий находился бы в непосредственном контакте и химически реагировал бы с силикатами, обычно обнаруживаемыми в углистых хондритах. Лучшим примером, найденным к тому времени, было зерно № 125, которое изучали Чейни и Линкольн. К сожалению, контакты минеральных зерен в нем были нарушены в процессе эпоксидной фиксации.

Неожиданный сюрприз поджидал нас в зерне № 126A, которое изображено на снимке вверху.

На первый взгляд кажется, что это еще один пример “собачьего завтрака”, как Гленн когда-то насмешливо окрестил невнятные изображения, восстановленные со сломанного жесткого диска Луки.

Это изображение тоже выглядит беспорядочным. Но на микроскопическом уровне оно содержит невероятно информативные детали. Исследование этого маленького кусочка “собачьего завтрака” заняло у нашей команды – Чейни, Линкольна, Луки и меня – более двух лет. По ключевым вопросам мы обращались за советом к коллегам по нашей экспедиции – Крису Андроникосу и Гленну Макферсону. Под конец мы даже привлекли в команду еще более узкоспециализированных экспертов из Калтеха.

В образце сразу обнаруживается множество примеров металлических минералов, представленных белесым и светло-серым материалом. Силикатные и оксидные минералы выглядят темно-серыми. Но самое важное: на этом изображении видно, что эти два типа материала химически реагировали друг с другом.

Лучший пример этого продемонстрирован на увеличенном снимке небольшого фрагмента “собачьего завтрака”, который я называю “индейкой” (см. фото вверху). Голова и клюв птицы находятся в верхнем левом квадранте, а пухлое круглое тело индейки – посередине.

“Индейка” – это область, где металл и силикат расплавились и вступили в реакцию друг с другом из-за удара, вероятно, того самого сильного столкновения, которое, по данным цюрихского изотопного теста, произошло сотни миллионов лет назад. По всей границе между металлом и силикатом есть тонкий слой, полный загадочных круглых бусинок, которые оказались почти чистым железом. Здесь присутствует также изящная композиция неметаллических кристаллов шпинели – оксидов, содержащих алюминий и магний.

То был первый пример подобной конфигурации минералов, обнаруженный нами в образцах Хатырки. Шпинель и шарики железа были продуктами быстрой химической реакции с выделением тепла, которая происходила, когда алюминий в окружающем металле вступал в контакт с кислородом, магнием и железом, содержащимися в силикате. Атомы алюминия соединились с магнием и кислородом в силикате, образовав шпинель; железо, высвободившееся из силиката, сконденсировалось и образовало шарики.

Но что вызвало эту химическую реакцию? И как достичь в этом вопросе уверенности?

“Индейки” и пушки

Я решил, что надо попробовать найти ответы экспериментальным путем. Железные бусинки встречались в образцах с Луны, которые подвергались ударам на ее поверхности. Поэтому я подумал: не могут ли столкновения в открытом космосе быть причиной появления железных бусинок в Хатырке, несмотря на кардинальное отличие от лунного грунта по химическому составу?

В надежде найти способ проверить свою идею, я в течение нескольких следующих месяцев беседовал с различными экспертами, писавшими о железных бусинках, обнаруженных в лунных образцах. Они, в свою очередь, подсказывали мне других экспертов, которые отправляли меня к третьим, – обычный случай трудоемкого и времязатратного поиска информации, характерного для всего нашего исследования.

Как-то в разговоре с профессором инженерии из Калтеха прозвучало знакомое мне имя. Он сказал, что его коллега, геофизик по имени Пол Азимов, когда-то изучал образование железных бусинок в результате высокоскоростных ударов. В яблочко!

Мой младший сын Уилл изучал геофизику в Калтехе. Во время учебы он познакомил меня с Полом, профессором, которым он всегда восхищался. Пол был худощав, жилист и полон энергии. А еще он был блестящим ученым, творческим и очень любопытным. Как только у него появилась идея для эксперимента, он молниеносно начал действовать.

Пол (на фото ниже) имел доступ к исследовательской лаборатории Калтеха с редкой установкой – специализированной лабораторной пушкой. В длину она около пяти метров и работает почти как обычная пушка 20-миллиметрового калибра. С задней стороны, которую называют казенной частью, она заряжается порохом и снарядом двухмиллиметровой толщины из редкого твердого металла тантала. На другом конце пушки располагается особым образом сконструированная мишень, которая состоит из стопки синтетических или натуральных материалов, помещенных в контейнер из нержавеющей стали диаметром около трех дюймов со стенками такой же толщины. Конкретные материалы, используемые в стопке, напрямую зависят от проводимого эксперимента. Контейнер со стопкой материалов крепится нейлоновыми винтами к дальнему концу пушки, а вся конструкция мишени заключена в большую прямоугольную коробку-ловушку.

Когда пушка стреляет, снаряд летит примерно втрое быстрее звука и порождает ударную волну, которая проходит через стопку в мишени и длится меньше миллионной доли секунды. На ее пике ударное давление достигает величины, которое вещество Хатырки испытывало в космосе. Сила удара разрывает нейлоновые винты, и стальная камера летит в прямоугольную коробку-ловушку в задней части установки, откуда ее потом извлекают и разбирают для изучения.

К моему первому электронному письму Полу было приложено изображение, демонстрирующее лишь небольшую часть наших железных бусинок в “индейке”, и я спрашивал, видел ли он когда-нибудь что-то подобное. Он тут же заинтересованно ответил, поскольку раньше использовал пушку для изучения образования железных шариков в стопках из различных синтетических металлов[23]. А тут был природный пример того явления, которое он изучал. Его это сразу заворожило.

Вскоре мы стали обсуждать, как провести эксперимент, собрав стопку из материалов, которые, возможно, были частью Хатырки до того, как произошел высокоскоростной удар, подтвержденный цюрихским изотопным тестом. Мы надеялись, что сможем воспроизвести процесс формирования железных бусинок, ударив по стопке танталовым снарядом из пушки.

О том, чтобы попробовать провести эксперимент с пушкой, я задумывался еще несколькими годами ранее. Но в то время было непонятно, какие материалы следует поместить в стопку. К моменту обнаружения железных бусинок в зерне № 126A мы уже гораздо больше знали о составе Хатырки. На основе этой информации Пол разработал эксперимент, в котором в мишень помещался набор слоев, изображенный вверху. Первым слоем шел оливин, типичный метеоритный силикат, за ним следовал синтетический медно-алюминиевый сплав, а затем природный железоникелевый сплав из метеорита Каньон Дьявола, покрытый синтетической алюминиевой бронзой[24]. Все это следовало в плотно сжатом виде поместить в контейнер из нержавеющей стали.

Выстрел был произведен, и на этом столкновительная часть эксперимента сразу закончилась. Но после извлечения материала из коробки-ловушки мы потратили еще много месяцев на его тщательный анализ, разбираясь, что в нем произошло. Мы надеялись доказать, что при ударе могут образоваться железные бусинки, найденные нами в зерне № 126A. Но это оказалось наименее значительным из наших открытий.

Пока вызванная столкновением ударная волна распространялась по заключенной в контейнер стопке, в той произошла серия реакций. Невероятно, но там обнаружилась крошечная область силиката, окруженная металлом с железными бусинками по границе, очень похожая на “индейку” в зерне № 126A. Это было доказательством того, что найденные в Хатырке железные бусинки могли образоваться в результате удара. Миссия выполнена.

Однако эксперимент выявил и нечто куда более невероятное. В результате удара возникли зерна икосаэдрического квазикристалла с подобным, но не идентичным икосаэдриту составом. Такого никто не ожидал.

За тридцать с лишним лет, прошедших с открытия квазикристаллов, в лабораториях по всему миру их были созданы сотни тысяч, а возможно, даже миллионы. Квазикристаллы известны своей твердостью и устойчивостью, но всегда считалось, что их нужно создавать с большой аккуратностью и в очень строго контролируемых условиях. Энергичное столкновение набора минералов при пушечном выстреле было совсем не похоже на химически чистые условия с низким давлением, в которых обычно производятся синтетические квазикристаллы.

Это был еще один поразительный прорыв в нашем исследовании. Неожиданный успех вдохновил нас на серию экспериментов по ударному синтезу с использованием пушки Пола. Один из экспериментов был поставлен, чтобы понять, сможем ли мы получить декагонит – второй природный квазикристалл, обнаруженный в наших образцах. Для этого мы изменили минеральный состав в стопке, включив в него никель – ингредиент декагонита.

Этот опыт также оказался удачным. В результате удара возникла серия похожих на цветы композиций, вроде показанной вверху. Сероватые лепестки – это декагональные квазикристаллы. Самым поразительным было яркое белое вещество, образовавшееся в сердцевине цветков. Как ни странно, оно имеет тот же состав, что и стейнхардтит.

Ударные эксперименты стали теперь настолько успешными, что начали жить собственной жизнью. Иногда в них возникали квазикристаллы и другие кристаллы с таким составом, какой никогда ранее не встречался ни в природе, ни в лаборатории.

Этот результат вдохновил нас с Полом Азимовым на то, чтобы рассмотреть возможность использования пушки для столкновения множества других комбинаций элементов, что обещает стать оригинальным и захватывающим способом поиска новых материалов. Возможно, мы сумеем найти примеры квазикристаллов с особенно полезными сочетаниями физических свойств, таких как прочность и электропроводность. Или нам удастся обнаружить материалы с другим типом упорядоченного расположения атомов, о котором мы раньше даже не подозревали.

Самый удивительный квазикристалл из всех

Железные бусинки были лишь одним из нескольких сюрпризов, обнаруженных нами в зерне № 126A. Тщательно определив тип каждого минерала и учтя, какие материалы к ним прилегают, мы могли заняться детальной реконструкцией ужасного столкновения, которое Хатырка испытал сотни миллионов лет назад.

В частности, мы сосредоточились на вопросе о том, образовались ли икосаэдрит и другие алюмомедные минералы во время удара или же существовали и раньше. Несмотря на все наши проверки, ни одна из этих возможностей еще не была исключена.

Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно было определить, есть ли хоть немного икосаэдрита в зерне № 126A. Чейни потратил недели на отсмотр содержащихся в образце металлических островков сложной формы. Почти все металлические минералы, которые он обнаружил, были либо кристаллическим хатыркитом, либо другими богатыми алюминием фазами. Он так и не смог найти икосаэдрит. Но мы не собирались сдаваться.

В качестве последней меры мы отправили Чейни в Пасадену для работы с минералогом Чи Ма, имевшим доступ к электронному микроскопу с еще более высоким разрешением, чем у того, с которым работал Чейни. Вскоре Чи нашел крошечное металлическое пятнышко – слишком маленькое, чтобы Чейни мог его разглядеть. И, что невероятно, в этом пятнышке обнаружилась весьма примечательная комбинация металлических сплавов, находящихся в контакте с икосаэдритом.

Теперь мы наконец-то могли сообщить, что в одном и том же зерне материала обнаружены как образцы икосаэдрита, так и свидетельства химических реакций между металлом и силикатом. Я был взволнован, поскольку знал, что этот факт надежно закрепил наше научное открытие. Больше не могло быть сомнений в том, что силикат и металл сосуществовали в космосе и испытывали воздействие одних и тех же физических условий. Тем самым у нас появилось еще одно, на этот раз прямое, доказательство того, что наши квазикристаллы были рождены в космосе.

Новый раунд открытий включал также три новых кристаллических минерала, состоящих из различных комбинаций алюминия, меди и железа, которые ранее никогда не наблюдались в природе. Все три теперь официально признаны Международной минералогической ассоциацией. Три новых минерала назвали “холлистеритом” – в честь моего коллеги из Принстона Линкольна Холлистера, “крячкоитом” – в честь нашего российского коллеги Валерия Крячко и “столперитом” – в честь бывшего ректора Калтеха Эда Столпера, который давал мне ценные идеи и поддержал в начальный период нашего исследования. Эд также открыл мне дорогу к работе с несколькими выдающимися учеными из отдела геофизики Калтеха.

Самый замечательный из всех новых минералов, обнаруженных на сегодняшний день в зерне № 126A, имеет рабочее обозначение i-phase II (предлагаемое нами официальное название – “квинтессеит”). Он указан стрелками на снимке справа. Из него состоят маленькие эллипсоидальные образования, которые расположены как лепестки на цветке и окружены сложной конфигурацией других минералов. Один из фрагментов зерна № 126А показался мне похожим на индейку. Этот же был похож на лающую собаку. Ее голова с открытой пастью находится вверху посередине и обращена вправо.

Минерал i-phase II оказался совершенно неожиданным третьим типом природного квазикристалла, обнаруженным в образцах метеорита Хатырка.

Рабочее название i-phase II означает, что это вторая икосаэдрическая квазикристаллическая фаза вещества. Как и икосаэдрит, третий природный квазикристалл имеет икосаэдрическую симметрию и состоит из тех же элементов – алюминия, меди и железа. Но соотношение этих трех элементов в нем совсем другое, что делает его химически и структурно отличным.

Анализируя формы икосаэдрита и i-phase II с учетом окружающих минералов, Линкольн и Чейни смогли заполнить некоторые из оставшихся пробелов в череде событий, случившихся с Хатыркой сотни миллионов лет назад. Они определили, что крошечный фрагмент металла, содержащий i-phase II, расплавился в результате удара, а затем затвердел, образовав комплекс металлических сплавов в форме лающей собаки. Это означало, что участки с i-phase II определенно сформировались после столкновения. С другой стороны, взаимное расположение икосаэдрита и окружающего его металла показывало, что они определенно не были расплавлены ударом. А значит, икосаэдрит совершенно точно существовал до удара.

После и до удара? Как могли быть верны одновременно обе версии?

Похоже, ответ заключается в том, что сильный удар, который воздействовал на Хатырку, вызвал невероятные колебания давления и температуры. В пределах нескольких микрон (миллионных долей метра), что примерно соответствует размеру красных кровяных телец, эритроцитов, одни области подверглись расплавлению, а другие – нет. В результате Хатырка включает два разных квазикристалла с икосаэдрической симметрией, которые содержат разные пропорции одних и тех же элементов и образовались в разное время. Это было поистине поразительное открытие.

Важным следствием стало то, что теперь мы точно знали: икосаэдрит из Хатырки, первый когда-либо обнаруженный природный квазикристалл, образовался до столкновения. Это согласовывалось с теорией Гленна о том, что он может датироваться эпохой возникновения Солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад, и опровергало идею Линкольна о том, что он образовался после столкновения.

С моей точки зрения, обнаружение i-phase II было самым значительным открытием на тот момент по другой причине. Я надеялся на нечто подобное еще с 1984 года, когда мы с моим учеником Довом Левином впервые опубликовали наше теоретическое доказательство. Именно тогда я впервые стал носиться с идеей поиска природного квазикристалла, изучая витрины в известных минералогических музеях.

У меня всегда была двойная цель. Во-первых, я хотел доказать, что квазикристаллы достаточно устойчивы, чтобы, как я давно подозревал, образовываться в природе. Во-вторых, я пытался понять, может ли обнаружение природного квазикристалла открыть дорогу к поиску ранее неизвестных типов квазикристаллов.

С открытием i-phase II моя мечта сбылась. Для меня он важнее любых других найденных нами природных квазикристаллов, поскольку он стал первым обнаруженным в природе до того, как был синтезирован в лаборатории.

В том, что касается исследования уникальных свойств и потенциальных применений квазикристаллов, ученые едва прикоснулись к вершине айсберга. За последние три десятилетия в лабораториях синтезировано более сотни квазикристаллов различного состава. Однако большинство из них химически близки к исходным квазикристаллам, открытым Дэном Шехтманом и Ан-Пан Цаем.

Недостаток разнообразия связан с тем, что не существует теоретических подсказок, позволяющих определить, какие именно комбинации атомов и молекул способны образовать эту уникальную и удивительную форму вещества. Поиск новых примеров обычно осуществляется методом проб и ошибок. Самый простой подход, используемый многими учеными, – внести небольшое изменение в химический состав синтетического квазикристалла, о существовании которого уже известно.

Но это накладывает свои ограничения. Для тех, кто хочет найти квазикристаллы с более интересными свойствами – как с практической, так и с научной точки зрения, – повысить шансы на успех может исследование того, что природа создала сама, без вмешательства человека. С этой целью мы с Полом Азимовым планируем сейчас новые эксперименты с пушкой. Эксперименты с новыми методами изготовления открывают еще один путь для продвижения науки вперед.

Несмотря на все наши успехи, в отношении Хатырки остается один очень серьезный вопрос, на который все еще нет ответа и который продолжает меня интриговать.

За счет какого-то загадочного процесса природе удалось сформировать квазикристаллы с металлическим алюминием, находящиеся в прямом контакте с неметаллическими минералами, богатыми кислородом, несмотря на то что алюминий имеет ненасытное сродство к кислороду. По причинам, которые мы пока не способны объяснить, алюминий в наших природных квазикристаллах не реагировал с кислородом в силикате. Обычно химических сил достаточно, чтобы вызвать реакцию между кислородом и алюминием с образованием корунда, чрезвычайно твердой версии оксида алюминия. Если бы мы сумели разобраться в этом природном процессе, то могли бы научиться новому, более эффективному способу создания как обычных кристаллов, так и металлических квазикристаллов, содержащих алюминий.

Фотонные кристаллы

Но есть ли основания полагать, что хоть какой-то квазикристалл может обладать новыми и полезными свойствами для науки и промышленности?

Да. Мы можем моделировать квазикристаллы на компьютере или создавать на 3D-принтере модели, вроде изображенной справа. Этот пример был построен в 2005 году в Принстоне Вейнингом Маном и Полом Чайкином, с которыми мы сотрудничали в исследовании фотонных свойств квазикристаллов.

Исследования в области фотоники можно напрямую сопоставить с электроникой. Электроника касается прохождения электронов через материалы. Фотоника рассматривает прохождение через материалы световых волн. Если бы мы могли заменить электронные схемы на фотонные, скорость передачи увеличилась бы, а потери тепла из-за сопротивления уменьшились бы. Одна из основных задач – найти способ использовать фотонику для воспроизведения полупроводниковых эффектов, подобных тем, что наблюдаются в кремнии, германии и арсениде галлия. Из этих материалов делают транзисторы и другие электронные компоненты, используемые для усиления и передачи сигналов в компьютерах, сотовых телефонах, радиоприемниках и телевизорах.

Главным свойством полупроводника является то, что электроны не могут двигаться сквозь него, если их энергия попадает в определенный диапазон. Инженеры используют возможности, предоставляемые этой “запрещенной зоной”, для управления потоком электронов и переносимой ими информации.

Нечто подобное существует и в фотонике. Можно создать материал с “фотонной запрещенной зоной”, которая блокирует световые волны в определенном диапазоне энергий. Первыми примерами стали фотонные кристаллы, придуманные и синтезированные четверть века назад.

Просвечивая микроволнами нашу напечатанную 3D-структуру, мы с Вейнингом Маном и Полом Чайкином показали, что некоторые свойства фотонных кристаллов есть и у квазикристаллов. В частности – фотонная запрещенная зона. И, что самое важное, по характеристикам своей запрещенной зоны квазикристаллы превосходят фотонные кристаллы, поскольку обладают более высокой вращательной симметрией. Это делает их фотонные запрещенные зоны более сферическими, что полезно для практических целей.

Этот пример с фотоникой показывает, что в некоторых приложениях квазикристаллы могут иметь преимущества перед обычными кристаллами из-за своей особой симметрии, при условии что удастся найти варианты с правильным сочетанием химии и симметрии. Такие хорошие варианты можно искать методом проб и ошибок в лаборатории, но теперь представляется возможным и открытие их в природе.

Невозможно?

Ключом к пониманию того, как натуральные квазикристаллы возникают в природе, является понимание того, когда и где они сформировались. До сих пор наши интенсивные исследования зерен № 126 и № 126A давали возможность лишь частично ответить на эти вопросы для метеорита Хатырка.

Благодаря эксперименту с пушкой и исследованиям зерна № 126A мы знаем, что образование i-phase II было вызвано столкновением, случившимся сотни миллионов лет назад. Это столкновение породило ударную волну, нагрев и плавление определенного сочетания металлов, которые при остывании и затвердевании образовали i-phase II и характерную конфигурацию окружающих металлов.

С другой стороны, мы также убедились, что квазикристаллический икосаэдрит не расплавился при ударе. Так что он определенно существовал раньше, возможно, задолго до того знаменательного столкновения в космосе. Это оставляет много вопросов, на которые пока нет ответа. Как и когда он образовался? Был ли это первый квазикристалл, возникший в Солнечной системе? Часто он встречается или редко? Верна ли доминирующая на сегодня гипотеза – действительно ли он образовался в протосолнечной туманности? Были ли молнии в этой пылевой туманности, которые, как предполагают некоторые из нас, способствовали образованию алюмомедных сплавов? Или, возможно, квазикристалл был частью “досолнечного зерна”, сформировавшегося в период упадка более ранней звездной системы, и путешествовал в космосе, пока не попал в нашу Солнечную систему? При любом из этих вариантов какие еще новые минералы образовались таким образом? И как все это повлияло на эволюцию нашей Солнечной системы?

Хотя мы продолжаем использовать множество различных экспериментальных подходов, на момент завершения этой книги природа все еще держит ответы на эти вопросы под замком. Вероятно, что-то еще удастся выяснить в дальнейших исследованиях метеорита Хатырка. Или, может быть, кто-то найдет примеры алюмомедных сплавов в других метеоритах и получит дополнительные подсказки.

Но если бы мне приснился самый безумный сон о том, где искать нужный ключ к следующей двери в этой области науки, я бы отправился на родительский астероид Хатырки.

Хатырка, как и большинство метеороидов, был в прошлом частью гораздо более крупного родительского астероида, который все еще обращается вокруг Солнца. Где-то от четырех до двух миллионов лет назад, много после того знаменательного столкновения, метеороид Хатырка оторвался от своего родителя и помчался прочь, как заблудший малыш. В конце концов он попал в земную атмосферу и либо взорвался в воздухе, либо упал целым и невредимым на поверхность Земли.

Если бы мы сумели найти его родительский астероид, совершить высадку на его поверхность, собрать образцы и изучить химический и изотопный состав всех составляющих его минералов, то происхождение Хатырки было бы раскрыто.

Однако сильно отрезвляет мысль о том, что в окружающем Солнце поясе астероидов вращается около ста пятидесяти миллионов потенциальных родительских тел, каждое размером больше футбольного поля. А если включить в подсчеты астероиды меньшего размера, список станет намного длиннее. Так что найти родителя Хатырки в такой огромной толпе просто невозможно.

Однако вы могли бы задаться вопросом: какого рода эта невозможность? Невозможность первого рода? Как 1 + 1 = 3?

Или, может быть, это невозможность второго рода – нечто очень маловероятное, но чрезвычайно интересное, при условии что найдется правдоподобный способ это реализовать?

Думаю, почти все согласятся с тем, что моя мечта найти родительский астероид Хатырки – слишком дикая идея, чтобы воспринимать ее всерьез. Но если мои тридцатилетние поиски природного квазикристалла чему-то меня и научили, так это замечать, когда кто-то объявляет нечто невозможным, и находить время, чтобы вынести собственное независимое суждение.

Современные направления развития космических исследований очень вдохновляют. NASA сейчас разрабатывает Asteroid Redirect Mission – миссию, включающую посещение крупного сближающегося с Землей астероида. Где-то в 2020-х годах сотрудники NASA надеются вывести астероид на стабильную орбиту вокруг Луны и собрать тонны вещества с его поверхности для дальнейшего изучения.

Скорее всего, родитель Хатырки находится в поясе астероидов и все еще обращается вокруг Солнца. Маттиас Мейер, наш коллега, который провел решающий изотопный эксперимент в Цюрихе, объяснил мне, что углистые хондриты, в состав которых входят металлические алюмомедные и алюмоникелевые сплавы, могут отражать солнечный свет несколько иначе, чем типичные метеоритные минералы, по крайней мере на некоторых длинах волн. Это обстоятельство могло бы позволить нам сузить список потенциальных членов семьи Хатырки.

И внезапно совершенно нереальная идея кажется уже немного менее невозможной. Проверка установила, что метеорит Хатырка откололся от своего родительского астероида от четырех до двух миллионов лет назад. Зная типичную скорость астероидов в космосе, можно приблизительно сказать, где в поясе астероидов может находиться родитель. Изучая отражение солнечного света от астероидов в этом регионе, можно было бы идентифицировать астероид с таким же химическим составом, что и наш маленький прилетевший на Землю сирота Хатырка. Есть множество неопределенностей, которые могут лишить смысла подобные расчеты. Честно говоря, неясно даже, жизнеспособен ли этот подход вообще.

Однако Маттиас и другие члены нашей команды уже сделали первую попытку и нашли возможного кандидата в родители. Это астероид (89) Юлия, который находится в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером и совершает оборот вокруг Солнца примерно за четыре года. Юлия имеет размер около ста пятидесяти километров в диаметре и принадлежит к семейству астероидов, образовавшихся во время столкновения несколько сотен миллионов лет назад, то есть примерно в то же время, когда Хатырка предположительно испытал сильный удар. Астероид отражает свет со спектром, который можно было бы ожидать от углистого хондрита CV3.

А теперь спросите себя: можете ли вы представить, что когда-нибудь на Юлии высадится экспедиция и раскроет секрет Хатырки?

Или это невозможно?

Благодарности

Мое научное любопытство в раннем возрасте пробудил отец – искусный рассказчик, который часто сажал меня на колени и вдохновлял самыми чудесными сказками на ночь. Мои первые воспоминания относятся к трехлетнему возрасту. Иногда по вечерам он рассказывал мне легенды о гигантах и драконах. Однако истории, которые меня по-настоящему завораживали, были реальными историями о борьбе ученых за раскрытие секретов природы.

Я помню, как слушал о таких людях, как Мария Кюри, Галилео Галилей и Луи Пастер. Ученые из моих вечерних сказок всегда вдохновляли меня больше любого воображаемого драконоборца. Кульминацией всегда был момент открытия – тот миг, когда ученый осознает истину, которую ни один другой человек никогда раньше не знал. Мой отец всегда останавливался на этом чувстве и никогда не удосуживался упомянуть о славе, которая следует за таким открытием. Эти истории произвели на меня неизгладимое впечатление. Я отчаянно хотел испытать это чувство. С тех пор наука стала моей страстью.

Я никогда не узнаю, почему мой отец решил рассказывать мне истории об ученых и их великих приключениях. Он был юристом и, насколько мне известно, не имел научной подготовки. Он скончался от рака, когда мне было восемь лет, задолго до того, как влияние его рассказов на мою жизнь стало очевидным.

На мое отношение к науке сильное влияние оказал Ричард Фейнман в бытность мою студентом Калтеха. Другие мои тамошние научные консультанты Барри Бариш, Фрэнк Скиулли и Томас Лауритсен и мой научный руководитель в Гарварде Сидни Коулман внесли большой вклад в мою научную подготовку, особенно в области физики элементарных частиц и космологии. Другие сыграли важную роль, направив меня по пути исследования структуры материи. Ричард Олбен, Денис Уир и Майкл Торп были моими наставниками во время летней исследовательской программы в Йельском университете в 1973 году. Не менее десятка раз я проводил лето, работая в Исследовательском центре IBM имени Томаса Дж. Уотсона в Йорктаун-Хайтс, штат Нью-Йорк, с Правином Чаудхари – выдающимся ученым, наставником и другом, который вдохновил меня развивать мои идеи об аморфных твердых телах, а позже и о квазикристаллах, хотя мало кто готов был их воспринимать.

В годы моего научного становления в Пенсильванском университете я пользовался поддержкой старших коллег Джино Сегре, Ральфа Амадо, Тони Гарито, Эли Бурштейна, Пола Чайкина и Тома Любенски. Они поддерживали меня с самого начала, несмотря на то что идея квазикристаллов казалась слишком фантастичной, чтобы из нее что-то могло получиться. В первые годы, когда о квазикристаллах только начали говорить, Том терпеливо обучал меня теоретическим принципам, лежащим в основе физики конденсированного состояния, а Пол познакомил со многими новаторскими экспериментами в своей лаборатории. Том и Пол стали моими наставниками, коллегами и хорошими друзьями. Мне также повезло, что у меня были отличные ученики, в том числе Дов Левин и Джошуа Соколар, которым принадлежат многие важные достижения.

Когда в 1998 году всерьез начались поиски природных квазикристаллов, частью моей жизни стал целый круг новых людей с необычайными талантами. О них подробно написано в этой книге. А кульминацией стало невообразимое грандиозное приключение, за которым последовало ультрасовременное научное исследование, продолжающееся по сей день.

Во всех этих начинаниях я был дирижером, зрителем и всегда болельщиком.

Невозможно переоценить роль нашего анонимного благотворителя Дэйва, который полностью профинансировал научную экспедицию на Чукотку. Лишь благодаря ему наше путешествие стало возможным и нам теперь есть что рассказать.

За исключением экспедиции, практически все исследования, выполненные в рамках наших изысканий, проводились без какой-либо явной поддержки. Мои коллеги добровольно делились своей энергией, навыками и лабораторным оборудованием на благо науки, используя свободные средства и свое личное время. Каждый стремился раздвинуть границы нашего познания и удовлетворить собственное ненасытное любопытство.

Кроме тех, кто явным образом упомянут в моей истории, есть и множество других людей, которые внесли тот или иной вклад в течение последних четырех десятилетий, и некоторых из них я хотел бы отметить и поблагодарить здесь. Вклад в изучение фундаментальной физики квазикристаллов внесли: аспиранты Кевин Ингерсент, Хён-Чай Чон и Микаэль Рехтсман; исследователи Мариан Флореску, Пол Хорн, Стеллан Остлунд, С. (Джо) Пун, Шрирам Рамасвами и Сальваторе Торквато; сотрудники стартапа по фотонике Джо Кёпник, Рут Энн Маллен, Бен Шоу и Крис Сомоги. В исследования, связанные с природными квазикристаллами: студенты Рут Аронофф и Жюль Оппенгейм; исследователи Джон Беккет, Крис Баллхаус, Ахмед Эль Гореси, Рассел Хемли, Джинпин Ху, Михаил Морозов, Джерри Пурер, Пол Робинсон, Джордж Россман и Пол Спри. За советы и рекомендации при поиске финансовой поддержки в Принстоне благодарю президента Криса Эйсгрубера, Томаса Родденберри и Джеймса Йе. За ценные советы по геологии и подготовке экспедиции спасибо Уилфриду Брайану. За административную и компьютерную поддержку до, во время и после экспедиции благодарю Шарлин Борсак, Дебби Чепмен, Лауру Диви, Винода Гупта, Анджелу Льюис, Мартина Кичински и Александра (Сашу) Чеховского. Спасибо моему учителю русского Дэвиду Фриделю.

Безусловно, рассказанная здесь история квазикристаллов – это небольшая часть гораздо более обширных международных научных исследований. Рассказ в этой книге – это моя личная точка зрения, а не объективная история предмета от третьего лица. Есть много других талантливых ученых, математиков и инженеров по всему миру, которые внесли важный вклад в понимание квазикристаллов, многие из них здесь не упомянуты, в том числе и ряд моих хороших друзей. Перечислять их всех было бы непрактично и бессмысленно. Но каждый из них сыграл важную роль в создании новой области науки, чем вызывает у меня искреннюю благодарность и восхищение.

Особым источником вдохновения для меня был мой сын Уилл. Как его отец я не могу выразить той гордости, какую испытывал, наблюдая за умом, зрелостью, хорошим чувством юмора, терпением и мужеством, которые он проявлял во время нашего совместного пребывания на Чукотке. У него имелись веские причины беспокоиться обо мне, но этого не было заметно. Он был верным товарищем, советником, коллегой по науке, фотографом, учителем, неутомимым работником и любящим сыном – подлинным источником вдохновения.

Эта книга никогда бы не появилась на свет без вклада бесценной подруги Кэтрин Макихерн. Я безмерно благодарен Кэтрин за тот талант, с которым она помогала мне рассказать эту сложную историю, за ее неустанное внимание к деталям, тщательное редактирование и упорный перфекционизм, и все это в сочетании с отличным чувством юмора и безграничным воображением.

Я благодарен легендарному писателю и моему коллеге по Принстону Джону Макфи, который делился со мной бесценными советами по написанию и построению истории, а также Линкольну Холлистеру и Уиллу Стейнхардту за рецензирование черновика рукописи. Я также благодарен своим литературным агентам Джону Брокману и Катинке Мэтсон, связавшим меня с замечательной командой Simon & Schuster, в том числе с моим редактором Джонатаном Коксом, который терпением, гибкостью и мудростью помогал мне пройти многочисленные этапы редактирования. Большое спасибо дизайнеру обложек Элисон Форнер, производственному редактору Кэтрин Хигучи, корректору Фрэнку Чейзу, дизайнеру Рут Ли-Муи, юрисконсульту Феличе Джавит и маркетологу Элизабет Гей. Я благодарен Саше Костину, Гленну Макферсону, Крису Андроникосу, Чи Ма, Луке Бинди, Линкольну Холлистеру, Дову Левину, Ан-Пан Цаю, Питеру Лу, Яо Наню и моему сыну Уиллу за снимки, а также Рику Содену за фотографии моделей и за подготовку всех файлов с фотографиями к публикации. И наконец, я хочу поблагодарить свою семью, друзей и коллег за то, что они поделились со мной своей любовью, поддержкой и талантом. Моя книга – гимн этим людям.

Права на иллюстрации

26, 28, 30, 31, 32, 36, 42, 45 (слева), 52, 55, 66, 69, 72, 91, 250: Изображения dix! Digital Prepress

38, 83, 85, 88 (вверху, справа), 97, 139 (вверху, слева), 278, 300, 315 (слева), 321, 334, 372, 403: Фото автора

45 (справа), 46, 79, 105, 113: Фото Ричарда Содена

51: Фото с любезного разрешения Дова Левина

56, 58, 63, 70, 71, 80, 107, 139 (внизу), 254: Изображения автора

59: Изображение Эдмунда Харриса; деревянные плитки Пенроуза сделаны Эдмундом Харрисом; изображение и плитки © Эдмунд Харрис

88 (вверху, слева), 129, 170 (слева): Фото с любезного разрешения Ан-Пан Цая

88 (внизу, слева): Изображение Wikimedia Commons, автор – Vassil

88 (внизу, справа): Изображение Wikimedia Commons, автор – Materialscientist

139 (вверху, справа): Изображение Яо Наня

141, 210: Из статьи Bindi L., Steinhardt P. J., Yao N., Lu P. J. Science. 2009. 324: 1306–1309

145: Фото Питера Лу

146: Изображения Питера Лу и автора

149, 289, 316, 351: Фото Гленна Макферсона

152, 170 (справа), 220, 224, 243, 343, 345, 354, 385, 387: Фото Луки Бинди

153: Изображение Луки Бинди

158, 163: Фото с любезного разрешения Яо Наня

164, 166, 167, 369: Фото Яо Наня

172: Фото с любезного разрешения Линкольна Холлистера

186, 228: Из статьи Разин Л. В., Рудашевский Н. С., Вяльсов Л. Н. Записки Всесоюзного минералогического общества. 1985. 114: 90–100

188: Карты Пола Пульезе

260, 277, 279, 281, 285, 292, 293, 301, 302, 303 (слева), 306, 308, 328, 330: Фото Уильяма Стейнхардта

294, 303 (справа), 305, 314, 315 (справа), 317, 319: Фото Александра (Саши) Костина

297: Фото Уильяма Стейнхардта и Ричарда Содена

368: Фото любезно предоставлено Чейни Лином

381: Фото любезно предоставлено Хеннером Бизмэном, ETH Zurich

389, 390, 396, 399: Фото Чи Ма

392: Фото Пола Азимова и Ричарда Содена

394: Фото Пола Азимова

Notes

1

Калтех – Калифорнийский технологический институт. – Здесь и далее, если не указано иное, прим. перев.

2

Интегральные молекулы (фр.).

3

Строгий термин – “пространственные кристаллографические группы”.

4

Несоизмеримыми называют величины, отношение которых выражается иррациональным числом, как сторона и диагональ квадрата.

5

Пенн – сокращенное название Пенсильванского университета.

6

Цит. по Фейнман Р. Ф. Наука самолетопоклонников // Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман! М.: РХД, 2001. С. 336.

7

Здесь имеет место некоторая путаница. Советский Институт по изучению платины и других благородных металлов, который иногда для краткости называли просто Институтом платины, был учрежден в 1918 году по инициативе Л. А. Чугаева и работал под его руководством до 1934 года, когда вошел в состав нового Института общей и неорганической химии АН СССР. Институт платины, учредителем и директором которого стал Л. В. Разин, был создан уже после распада СССР, в 1992 году, как дочерняя структура общественной организации “Российская академия естественных наук”. После 1990-х годов следов деятельности Института платины РАЕН не обнаруживается.

8

Эти выводы о политической значимости должности директора Института платины сильно преувеличены, учитывая, что институт был создан негосударственной общественной организацией в юридической форме товарищества с ограниченной ответственностью. Однако разобраться в этом из-за рубежа в 2009 году было проблематично.

9

Престижное звание академика в советское время применялось только к членам нескольких государственных академий, в первую очередь АН СССР, наследницей которой стала Российская академия наук (РАН). Однако в 1990-х годах на волне перестройки и распада СССР было учреждено множество общественных организаций, которые называли себя академиями, и на этом основании их члены требовали, чтобы их считали академиками. Одной из наиболее известных таких организаций стала Российская академия естественных наук (РАЕН). Л. В. Разин является членом именно РАЕН, а не РАН, как сказано в тексте. Члены самопровозглашенных академий часто намеренно поддерживали такую путаницу.

10

Отсылка к знаменитому афоризму Эйнштейна: “Господь изощрен, но не злонамерен”.

11

Л. В. Разин стал учредителем и директором Института платины РАЕН в 1992 году, уже после распада СССР. В 1979 году он был научным сотрудником Северо-Восточного комплексного научно-исследовательского института Дальневосточного научного центра АН СССР в Магадане, а на момент публикации статьи о хатырките и купалите (1985 г.) преподавал на геолого-разведочном факультете Якутского государственного университета.

12

Национальный научный фонд (National Science Foundation, NSF) – один из основных грантовых научных фондов США.

13

Программа лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL), в рамках которой были созданы марсоходы “Спирит” и “Оппортьюнити”, работавшие на Марсе с 2004 года.

14

Согласно Постановлению Правительства РФ № 1641 от 27 декабря 1997 года, вся территория Чукотского автономного округа объявлена “территорией с регламентированным посещением для иностранных граждан”. Также на момент проведения экспедиции в столице Чукотки городе Анадырь действовал режим пограничной зоны.

15

Оранжевый и черный с конца XIX века считаются официальными цветами Принстонского университета. Оранжевый был выбран потому, что город Принстон, по всей видимости, получил название в честь принца Оранского.

16

Ратрак (в оригинале snow-cat) – специализированное транспортное средство на гусеничном ходу. Используется для создания и подготовки горнолыжных склонов и лыжных трасс, а также для транспортировки грузов, перевозки людей и при спасательных работах в соответствующей их назначению местности. Автор в своем дневнике ошибочно называет гусеничные вездеходы ратраками. – Прим. ред.

17

Диэтилтолуамид – органическое соединение, широко применяющееся в репеллентах и инсектицидах. – Прим. ред.

18

Silly Putty (“глупая замазка”, она же “жвачка для рук”) – пластичная игрушка на основе кремнийорганического полимера. На коротких отрезках времени ведет себя как упругое твердое вещество, а на длительных растекается как жидкость.

19

На фото видно, что это был охотничий карабин “Тигр”, гражданский вариант СВД (снайперской винтовки Драгунова).

20

Will’s Hole (англ.) дословно переводится как “скважина Уилла”.

21

Двойная шерсть – термин, которым обозначают структуру кошачьей шерсти, состоящей из ости и пуха равной длины.

22

Человек, который умел творить чудеса (итал.) – заголовок повторяет по-итальянски название рассказа Герберта Уэллса о человеке, получившем способность исполнять любые желания.

23

Синтетические металлы – неметаллические искусственные полимерные материалы, проявляющие электрофизические свойства, характерные для металлов.

24

Алюминиевая бронза – медный сплав, в котором основным легирующим металлом вместо олова служит алюминий.

Content

Пол Стейнхардт
Невозможность второго рода. Невероятные поиски новой формы вещества

Предисловие

Часть I Делая невозможное возможным

Глава 1 Невозможно!

Глава 2 Пазл Пенроуза

Глава 3 Обнаружение лазейки

Глава 4 История о двух лабораториях

Глава 5 Взгляните на нечто невероятное

Глава 6 Идеальная невозможность

Часть II Поиски начинаются

Глава 7 Превзошла ли нас природа?

Глава 8 Лука

Глава 9 Квазисчастливого Нового года

Глава 10 Когда вы говорите “невозможно”

Глава 11 Команда синих против команды красных

Глава 12 Изощренный, если не злонамеренный, Творец

Глава 13 Тайный секретный дневник

Глава 14 Валерий Крячко

Глава 15 Нечто редкое вокруг чего-то невозможного

Глава 16 Икосаэдрит

Часть III Чукотка любой ценой

Глава 17 Затерянные

Глава 18 Найденные

Глава 19 Девяносто девять процентов

Глава 20 Вопреки вероятностям

Глава 21 L’Uomo dei miracoli

Глава 22 Загадка природы

Алюминиевые черви и минеральные лестницы

Затерянные в космосе

Квазикристаллы под давлением

Благородные газы

Тезка

Второй квазикристалл

Удивительное зерно № 126а

“Индейки” и пушки

Самый удивительный квазикристалл из всех

Фотонные кристаллы

Невозможно?

Благодарности

Права на иллюстрации

Notes