Как открытие фуллеренов и квазикристаллов изменило представление о строении вещества? Какие математические модели описывают расположение атомов в веществе? Почему при описании строения вещества необходимо четвертое измерение? Об этом рассказывает доктор технических наук Валентин Крапошин.

Мы не знаем, по каким законам складываются атомы в материалы. Мы хорошо знаем, что есть кристаллические вещества, из которых складывается большинство материалов, мы знаем, что есть некристаллические вещества (стекла) и есть жидкие вещества. Как устроены жидкости и стекла, мы знаем хуже, а устройство кристаллов мы знаем лучше всего, потому что на них происходит дифракция рентгеновских лучей, нам известно, как устроена решетка, и думаем, что знаем структуру. И только в конце XX века, в 80-е годы, были даны Нобелевские премии, которые опрокинули все представления о строении вещества. Были открыты фуллерены — это молекулы углерода в форме футбольного мяча, они состоят из пятиугольников и шестиугольников. Были открыты сплавы, которые пришлось назвать квазикристаллами, потому что они показывают, что атомы в веществе сложены по пятиугольникам, а именно пятиугольники запрещены в кристаллах.

В 80-х годах XX века некоторые физики обратили внимание, что математики указали законы сложения 5 платоновых тел так, чтобы можно было складывать узор без промежутков. Для этого пришлось использовать четвертое измерение. Не нужно путать это с эйнштейновским пространством-временем, в данном случае все четыре измерения в сантиметрах. Математики показали, что из правильных тетраэдров, у которых все ребра одинаковые, вы можете сложить ровно 120 атомов, и тогда получится 600 правильных тетраэдров. Эти тетраэдры — точки — находятся на поверхности трехмерной сферы. У обычного куба все 8 вершин находятся на поверхности обычной сферы, так же и все 5 правильных платоновых тел находятся на поверхности обычной сферы. Но обычная сфера двумерная, а нам требуется третье измерение. Шар требует для жизни третьего измерения — если вы его уберете, то шара не будет. То же самое и с трехмерной сферой — она требует четвертого измерения. Гипотезу о том, что Вселенная так устроена, высказал Пуанкаре в начале XX века. И через сто лет Перельман доказал, что Вселенная — трехмерная сфера.