Νόμπελ Χημείας 2023
Οι γραμμές αυτές που αναφέρονται στην απονομή των Νόμπελ Χημείας για το 2013 γράφονται καταμεσής της οδυνηρής και εξαιρετικά επικίνδυνης εξέλιξης δυο πολέμων στη γειτονιά μας.
Φαίνεται λοιπόν σαν ένα είδος δραπέτευσης από την απάνθρωπη πραγματικότητα των πολέμων στην Ουκρανία και στην ηρωική Παλαιστίνη.
Δεν είναι.
Κι αυτό επειδή το διαρκές και συναρπαστικό ταξίδι της επιστήμης στο πιο κοντινό – και ταυτόχρονα το πλέον απόμακρο – στο εσωτερικό της ύλης, οδήγησε σε ανακαλύψεις και εφαρμογές που με τη σειρά τους άλλαξαν τον τρόπο άσκησης των πολέμων, τους όρους και τρόπους επικοινωνίας και αποξένωσης του ανθρώπου, τους τρόπους και δυνατότητες στην οργάνωση της παραγωγής και της εργασίας, στην κίνηση των κεφαλαίων.
Περί αυτού πρόκειται λοιπόν.
Στις αρχές του Οκτώβρη η Σουηδική Ακαδημία Επιστημών ανακοίνωσε την απονομή του βραβείου Νόμπελ Χημείας για το 2023 στον Μούνγκι Μπαουέντι του ΜΙΤ, τον Λουίς Μπρους του πανεπιστημίου Columbia και Αλεξέι Εκίμοφ της αμερικανικής εταιρείας Nanocrystals Technology.
Η βράβευση των τριών Χημικών αφορά τον κλάδο της νανοτεχνολογίας και συγκεκριμένα τις κβαντικές κουκίδες, «την σύνθεση και την ανακάλυψη των κβαντικών κουκίδων».
Οι κβαντικές κουκίδες είναι ασύλληπτα μικροσκοπικά σωμάτια διαμέτρου μερικών νανόμετρων (ένα νανόμετρο ισούται με το ένα δισεκατομμυριοστό (1/1.000.000.000) του 1 μέτρου (1nm = 0,000000001 m = 1×10 −9 m). Είναι κρύσταλλοι που φθορίζουν σε διάφορα χρώματα τα δε ηλεκτρόνιά τους κινούνται περιορισμένα – για το λόγο αυτό, οι κβαντικές κουκκίδες απορροφούν και απελευθερώνουν το ορατό φως σε πολύ λαμπερή μορφή.
Όταν οι κβαντικές κουκκίδες φωτίζονται από υπεριώδη ακτινοβολία, ένα ηλεκτρόνιο της μπορεί να διεγερθεί δηλαδή να μεταβεί σε κατάσταση υψηλότερης ενέργειας. Το διεγερμένο ηλεκτρόνιο «αναζητά» να επιστρέψει στη φυσιολογική του θέση και επιστρέφει απελευθερώνοντας ως φως την ενέργειά που είχε απορροφήσει (φαινόμενο φωτο φωταύγειας) .
Τα χαρακτηριστικά απορρόφησης και εκπομπής κβαντικής κουκκίδας αντιστοιχούν σε μεταβάσεις μεταξύ διακριτών κβαντικών επιτρεπόμενων επιπέδων ενέργειας που θυμίζουν ατομικά φάσματα. (δηλαδή της φωτεινές έγχρωμες ταινίες που παίρνουμε από ακτινοβολούντα άτομα)
Για αυτούς τους λόγους, οι κβαντικές κουκκίδες αναφέρονται μερικές φορές ως τεχνητά άτομα.
Με τη σύζευξη δύο ή περισσότερων τέτοιων κβαντικών κουκκίδων, μπορεί να κατασκευαστεί ένα τεχνητό μόριο. Η δε ακριβής συναρμολόγηση κβαντικών κουκκίδων μπορεί να σχηματίσει υπερπλέγματα που λειτουργούν ως τεχνητά υλικά στερεάς κατάστασης που παρουσιάζουν μοναδικές οπτικές και ηλεκτρονικές ιδιότητες.
Οι κβαντικές κουκίδες σε αυτό το αλισβερίσι εκπομπής – απορρόφησης φωτεινών ακτινοβολιών έχουν τελικά μεγάλη κβαντική απόδοση
Αλλά τι σημαίνει κβαντική απόδοση;.
Κβάντο είναι η ελάχιστη ποσότητα ενός οπουδήποτε φυσικού μεγέθους που μπορεί να υπάρχει ελεύθερη στη φύση.
Άρα για κάθε φυσικό μέγεθος υπάρχει το δικό του διαφορετικό κβάντο πχ το κβάντο φωτός είναι το ένα φωτόνιο. Το ένα φωτόνιο είναι και η μικρότερη ποσότητα φωτεινής ενέργειας που μπορεί να υπάρχει ελεύθερη στη φύση από ένα χρώμα μιας ακτινοβολίας.
Άρα η φωτεινή θερμική ενέργεια μιας ακτινοβολίας που είναι κβαντισμένο μέγεθος μπορεί να είναι μια, δυο, τρεις, πολλές φορές το ένα κβάντο φωτός και όχι π.χ. 1,4 φορές ή 1,8 φορές κλπ. (επειδή 0,8 κβάντα ή 0,4 κλπ δεν υπάρχουν ελεύθερα)
Κβαντισμένο λοιπόν θα λέμε κάθε φυσικό μέγεθος που δεν μπορεί να πάρει άλλες τιμές παρά μόνο ακέραια πολλαπλάσια του κβάντο του, ακέραια πολλαπλάσια της πιο μικρής ποσότητας του που μπορεί να υπάρξει ελεύθερη στη φύση.
Ο πρώτος που ισχυρίστηκε ότι ένα φυσικό μέγεθος μπορεί να είναι κβαντωμένο ήταν ο Δανός φυσικός Νιλς Μπορ, από τους σπουδαιότερους θεωρητικούς φυσικούς στην ιστορία. Με βάση αυτή την ad hoc θεώρηση ο Αϊνστάιν εξήγησε πως το φως δεν είναι μια συνεχής ροή ενέργειας, αλλά ένα σύνολο από κβάντα ή “πακέτα” συγκεκριμένης ενέργειας, τα φωτόνια.(Έτσι ερμήνευσε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και γι αυτό – όχι για τη θεωρία της σχετικότητας – πήρε το βραβείο Νόμπελ).
Κβαντική απόδοση λοιπόν σημαίνει απόδοση της οποίας οι τιμές είναι διακεκριμένες, είναι ακέραια πολλαπλάσια μιας ελάχιστης ποσότητας , του κβάντο ή κβάντουμ.
Η ιδιαίτερη σημασία τους
Λόγω λοιπόν της υψηλής κβαντικής απόδοσης τους η εφαρμογή τους αποκτά ιδιαίτερη σημασία.
Οι κβαντικές κουκίδες αποτελούν κεντρικό θέμα στη νανοτεχνολογία και την επιστήμη των υλικών .
Έχει ιδιαίτερη σημασία για τις οπτικές εφαρμογές, τα λέιζερ, για τη μέτρηση μηκών κύματος για επιστημονικούς σκοπούς, για την παραγωγή φωτός με μήκη κύματος ορατά μόνο για ρομποτικά μάτια ή για μικροσκοπικούς επιστημονικούς εξοπλισμούς, για εξαιρετικά λεπτές, επίπεδες, έγχρωμες οθόνες, για φωτοβολταϊκά συστήματα και για βιοαπεικόνιση, για σύγχρονα όπλα.
Επιπλέον «Συνιστούν καταλύτες χημικών αντιδράσεων και το καθαρό φως τους μπορεί να φωτίσει ιστούς όγκων για έναν χειρουργό», υπογραμμίζει στην ανακοίνωσή της η Βασιλική Σουηδική Ακαδημία Επιστημών.
Μειονέκτημα τους είναι ότι η παραγωγή τους στοιχίζει πάρα πολύ, τουλάχιστον 2.000 δολάρια το γραμμάριο, εξ αιτίας ενός ακριβού διαλύτη (δεκαοκτάνιο) που χρησιμοποιείται για την παρασκευή τους. Τελευταία όμως στο Πανεπιστήμιο Rice επιστήμονες κατάφεραν να αντικαταστήσουν το πανάκριβο διαλυτικό με ένα άλλο ακριβό ακόμα αλλά φθηνότερο κατά 80% (400 δολάρια το γραμμάριο).
Αλλά αυτή ακριβώς είναι η επιστήμη.
Ένα διαρκές διακύβευμα ανάμεσα στην ανθρώπινη, απελευθερωτική δυνατότητα που αυτή εμπεριέχει και μπορεί να πραγματώνει και στις δυνάμεις της αγοράς και τον πόλεμο που αυτή υπηρετεί.
Αποτελεί ταυτόχρονα πεδίο ισχυρών πολιτικών και ιδεολογικών αντιπαραθέσεων.
Από τη γένεση της π.χ. η θεωρία του Λεύκιππου και Δημόκριτου διείσδυε στην ενδοδομή της ύλης για να τη γνωρίσει και υποστήριζε πως αυτή αποτελείται από αδιαίρετα σωματίδια, τα άτομα.
Η θεωρία αυτή έπεσε στην αφάνεια λόγω της επίθεσης των επικρατουσών ιδεών του Πλάτωνα και Αριστοτέλη.
Από τότε, από την εποχή του Αριστοτέλη ως το τέλος του 18ου αιώνα χρειάστηκε να περάσουν δυο χιλιάδες τριακόσια περίπου χρόνια, για να επανέλθει σε ισχύ η Δημοκρίτειος αντίληψη.
Για να επανέλθει δηλαδή η αντίληψη πως η ύλη έχει ενδοδομή.
Έκτοτε οι εξελίξεις είναι συνταρακτικές.
Σε λίγες δεκαετίες, με την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου από τον Thomson, εκεί στο τέλος του 19ου αιώνα, αποκαλύφθηκε πως όχι η ύλη γενικά αλλά και το ίδιο το άτομο έχει ενδοδομή, ηη δημοκρίτειος αντίληψη της έλλειψης εσωτερικής δομής του ατόμου κατέρρευσε με τη σειρά της.
Η Φυσική και η Χημεία μετατοπίστηκαν στα ενδότερα της ύλης, στα σωμάτια και σωματίδια από τα οποία αυτό αποτελείται.
Στις μέρες μας γνωρίζουμε πάνω από διακόσια σωμάτια – σωματίδια και υπο – σωματίδια (πλέον) που αποτελούν τον εσωτερικό μικρόκοσμο του ατόμου και που αυτά συγκροτούν τελικά το δομημένο μεγάκοσμο που ζούμε.
Και η πορεία συνεχίζεται.
Η ανακάλυψη των κβαντικών κουκίδων είναι ακόμη μια στάση στον εκθαμβωτικό ταξίδι προς τον υπατομικό μικρόκοσμο.
Το βραβείο νόμπελ Χημείας που δόθηκε είναι το 115ο από τότε, από το μακρινό 1901, που πρωτοδόθηκε.
Σε αυτή τη διαδρομή το ρεκόρ του νεότερου βραβευθέντα κατέχει ο Φρεντρίκ Ζολιό, στον οποίο το Νόμπελ Χημείας του 1935 απονεμήθηκε στην ηλικία των 35 ετών.
Ο γηραιότερος, από την άλλη, είναι ο Τζον Γκούντιναφ, ο οποίος βραβεύθηκε το 2019 «για την ανάπτυξη των μπαταριών ιόντων λιθίου», όταν ήταν 97 ετών.
Ανάμεσα λοιπόν στα 35 και τα 97.
Αλλά κι αυτό αποκαλύπτει μια άλλη – παραδειγματική – πλευρά της αινιγματικής αοριστίας και των δυνατοτήτων της επιστήμης, και του επιστήμονα.
