Как римляне использовали нанотехнологии для создания стеклянного кубка, меняющего цвет

Стекло используется во многих сферах нашей повседневной жизни, таких как оконные стекла в домах, автомобили, бутылки, очки и дверные проемы магазинов. Некоторые из этих стекол полностью прозрачны, в то время как другие имеют различные цвета, такие как зеленый, синий или коричневый. Интересно узнать, почему цвет стекла различается; это в основном зависит от специфических элементов, присутствующих в стекле, и его взаимодействия со светом.

В процессе изготовления стекла в основном используется кремнезем, то есть песок. Однако простой песок нельзя превратить в стекло, просто нагрев его. Для этого в песок добавляются такие материалы, как сода и известняк. Все эти компоненты нагреваются при очень высокой температуре, в результате чего смесь плавится, образуя густую жидкость. Затем ее придают желаемую форму и медленно охлаждают, получая стекло. Особенностью стекла является отсутствие кристаллической упорядоченной структуры во внутренней структуре, поэтому его называют аморфным твердым телом.

Когда мы смотрим сквозь чистое стекло наружу, мы видим объекты на другой стороне четко. Это происходит потому, что обычное чистое стекло пропускает большую часть видимого света. Когда свет попадает на стекло, часть его отражается обратно, часть поглощается, а остальная часть проходит на другую сторону. Очень малая часть света, проходящего через чистое стекло, поглощается, поэтому наблюдение сквозь него возможно. Однако нельзя сказать, что стекло пропускает свет полностью; из-за толщины стекла или присутствия примесей может появиться легкий зеленый или другой цвет.

На краях толстого стекла часто виден легкий зеленый оттенок, вызванный небольшим количеством железа (железа), присутствующего в стекле. Микрочастицы железа могут присутствовать в песке и других сырьевых материалах, используемых при производстве стекла, и остаются в нем во время формирования стекла. Эти железные частицы поглощают некоторые цвета света сильнее, чем другие, особенно зеленый свет проходит лучше, чем некоторые части красного и синего. В результате стекло кажется слегка зеленым. Чем толще стекло, тем дольше путь прохождения света, что делает зеленый эффект более заметным. Вот почему края многих обычных окон и толстых стеклянных листов выглядят зелеными.

Для получения синего стекла в него добавляют оксиды специальных металлов, среди которых оксид кобальта является ярким примером. Даже небольшое количество может придать стеклу синий цвет. Фактически, оксиды различных металлов поглощают разные цвета света. Когда в стекло добавляется оксид кобальта, он поглощает свет определенных цветов и пропускает синий свет, из-за чего стекло выглядит синим. Аналогично, с помощью других элементов, используемых в стекле, можно получить светло-синие, темно-синие и множество других оттенков.

Стекло можно формовать не только в зеленый и синий, но и во многие другие цвета. Для этого при изготовлении стекла используются различные металлы и их оксиды. Примеры включают: оксид железа и оксид хрома для зеленого стекла, оксид кобальта для синего стекла, соединения железа и серы для коричневого стекла, соединения марганца для фиолетового стекла и использование таких элементов, как селен или медь, для красного стекла. Однако конечный цвет стекла также зависит от того, в каком количестве добавлены эти вещества и каким методом было изготовлено стекло.

Цветное стекло используется не только для декоративных целей; его цель не всегда состоит в повышении эстетической привлекательности. Иногда оно используется с учетом особых требований. Например, бутылки зеленого и коричневого цвета используются для упаковки многих лекарств и напитков. Эти цвета помогают блокировать определенные части света, защищая продукты внутри от повреждений, вызванных светом. Кроме того, в зданиях стекло синего или другого цвета используется для контроля солнечного света и тепла, поскольку это специальное стекло помогает поддерживать температуру в помещении, блокируя часть солнечного света и тепла.

Когда готовится еда в духовке или микроволновой печи, люди часто смотрят сквозь стекло, чтобы проверить готовность блюда. Однако многие замечают маленькие черные точки по краям стекла. Эти точки не являются просто декоративным элементом; за ними скрывается научное обоснование.

Эти элементы помогают защитить стеклянную поверхность от сильного нагрева, поддерживать ее прочность и обеспечивать безопасность дверцы. Далее рассматривается назначение этих точек.

Маленькие черные метки на стекле дверцы духовки называются «фриттами» или керамическим фриттным узором. Они создаются с использованием специальной керамической краски, которая представляет собой смесь порошка стекла, черных пигментов и других компонентов. Этот состав печатается на внутренней поверхности внешнего слоя стекла во время производства. После этого стекло подвергается специальной обработке, благодаря чему эти точки надежно закрепляются на поверхности.

Обращает на себя внимание, что по краям стекла эти точки обычно более плотные и темно-черные. По мере приближения к центру они становятся меньше, а расстояние между ними увеличивается. Это делается намеренно, чтобы замедлить воздействие тепла на стекло.

Температура внутри духовки может быть очень высокой. В таких условиях внутренняя поверхность стеклянной дверцы сильно нагревается, в то время как внешняя поверхность остается относительно прохладной. Такая разница температур между различными частями стекла может вызвать внутреннее напряжение, что повышает риск его поломки.

Согласно отчету Readers Digest, профессор Химааншу Джейн, специалист по материаловедению и инженерии из Университета Лехай, отмечает, что когда одна часть материала сильно нагревается, а другая остается холодной, горячая часть расширяется, а холодная — нет. Это создает давление на стекло. В таких условиях черные точки играют важную роль, помогая снизить внезапные изменения температуры между разными частями стекла. Особенно это касается изменений вокруг стекла и металлической рамы двери, которые происходят постепенно. Это способствует уменьшению риска разрушения стекла и сохранению его прочности. Проще говоря, эти точки защищают стекло от теплового шока, вызванного резкими перепадами температуры.

Стекло дверцы духовки должно быть не только прочным, но и его внешняя часть должна оставаться в безопасном температурном диапазоне. Если некоторые части стекла перегреваются слишком сильно, существует опасность обжечься при прикосновении. Керамические фритты помогают равномерно распределять тепло по внешней поверхности стекла. Это снижает вероятность чрезмерного накопления тепла в определенных местах и помогает поддерживать температуру внешней части дверцы в пределах установленных норм безопасности. Кроме того, лучшее управление теплом между стеклом и другими частями двери может способствовать поддержанию температуры внутри духовки, что потенциально может привести к снижению энергопотребления.

Эти черные точки выполняют не только функцию защиты стекла. Они также используются для сокрытия некоторых внутренних компонентов, расположенных внутри дверцы духовки. Такие элементы, как клеевые вещества, уплотнители, винты и скобы, используемые для соединения дверцы, остаются скрытыми за этими точками. Это позволяет внешнему виду дверцы выглядеть аккуратно, при этом сохраняя возможность видеть содержимое через стекло.

Таким образом, эти небольшие черные точки выполняют множество функций одновременно: они уменьшают разницу температур на стекле, поддерживают его прочность, способствуют безопасности и маскируют внутренние детали дверцы.

Попытки создания золота существуют на протяжении многих веков; в древности это называлось алхимией. Однако недавно американская стартап-компания заявила о значительном успехе в направлении превращения ртути в настоящее золото.

Согласно отчету Business Today, компания утверждает, что ей удалось осуществить преобразование ртути в золото с помощью нейтронов, образующихся в результате синтеза. Они заявляют, что скорость этого процесса в 2025 году в десять раз превышает рекорд CERN.

Хотя это звучит как сюжет научно-фантастического фильма, за этим стоит ядерная физика. Компания Marathon Fusion из Сан-Франциско планирует использовать эту технологию не только для производства золота, но и для создания радиоактивных изотопов, применяемых в диагностике и лечении рака.

Тем не менее, между заявлениями компании и практической реальностью массового и дешевого производства золота все еще лежит долгий путь.

Обычно мы знаем, что ртуть — это блестящий жидкий металл, тогда как золото является твердым и драгоценным металлом, и их свойства кардинально различаются. Возникает вопрос, каким образом можно трансформировать ртуть в золото. Ответ кроется в ядерной науке.

Технология, над которой работает Marathon Fusion, называется ядерным превращением (nuclear transmutation). При ней происходит изменение ядра атома какого-либо элемента, что приводит к его превращению в другой элемент. В отличие от обычных химических реакций, где изменяется только расположение молекул или электронов, изменение в ядре атома позволяет одному элементу стать другим.

Утверждение о превращении ртути в золото основано именно на этой теории.

В предлагаемой технологии компании используется специфический изотоп ртути — ртуть-198. Изотопы представляют собой различные формы одного и того же элемента, отличающиеся количеством нейтронов в ядре. Процесс можно разделить на три этапа.

Первый этап: согласно плану компании, в реакторе синтеза будут генерироваться высокоскоростные нейтроны в результате реакции дейтерия и трития. Второй этап: эти нейтроны направляются на ртуть-198. В предполагаемой ядерной реакции ртуть-198 может превратиться в радиоактивную ртуть-197. Третий этап: ртуть-197 распадается, превращаясь в золото-197, то есть в золото, при условии, что это будет достигнуто на промышленном уровне и при условии безопасного управления радиоактивными побочными продуктами.

Важно отметить, что золото-197 является стабильным изотопом золота, следовательно, созданное на атомном уровне золото будет настоящим. Однако это не означает, что его производство будет дешевым или простым.

Идея создания золота из ртути не является совершенно новой. В знаменитой научной лаборатории CERN также фиксировались случаи образования золота посредством ядерных процессов. Во время эксперимента ALICE в Большом адронном коллайдере CERN ученые после четырех лет работы смогли произвести всего 29 пикограммов золота. Пикограмм — это одна квинтиллионная доля грамма, то есть количество было настолько незначительным, что коммерческое использование было невозможно.

Marathon Fusion заявляет, что скорость создания золота с помощью их технологии в десять раз выше, чем рекорд CERN за 2025 год. В своем посте в X компания заявила, что вышла за рамки своих предыдущих теоретических предложений и может превращать ртуть в золото с использованием нейтронов синтеза. Однако заявления компании пока не могут рассматриваться как подтвержденные независимыми научными исследованиями или доказательства промышленного производства.

Цель Marathon Fusion заключается не только в производстве золота. Компания полагает, что с помощью нейтронов, получаемых в результате синтеза, можно производить радиоактивные изотопы, полезные в медицинской сфере. В настоящее время такие изотопы играют критически важную роль в диагностике и лечении рака. Некоторые изотопы помогают обнаружить опухоль внутри тела, в то время как другие используются для доставки радиации к раковым клеткам.

Компания также предоставила информацию об экспериментах, связанных с созданием радиоактивного изотопа меди путем облучения цинка нейтронами. Marathon утверждает, что он начал создавать радиоактивный изотоп меди, облучая цинк нейтронами, полученными в результате синтеза. Медь-64 используется в диагностической визуализации, в то время как изучается медь-67, которая применяется в таргетной радионуклидной терапии. Компания считает, что по мере роста спроса реакторы синтеза могут стать еще одним источником медицинских изотопов.