# Джон Мейриг Томас: «Сверхпроводимость может отправить колесо в историю» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=VFtaFny9bU4 Канал: The Royal Institution Опубликовано: 03.10.2025 --- В 1987 году в стенах Королевского института (The Royal Institution) прошла серия знаменитых Рождественских лекций, посвященная материалам, которые изменили облик современной цивилизации. Химик Джон Мейриг Томас вместе с коллегами продемонстрировал, как управление движением электронов в кристаллах — от сверхпроводников до полупроводников и катализаторов — открывает путь к технологиям будущего: от поездов на магнитной подушке до экологически чистой энергетики. ## ❄️ Сверхпроводимость: от льда Гемфри Дэви до «керамической революции» [[JUMP:00:41]] Джон Мейриг Томас начал лекцию с исторической реконструкции эксперимента, впервые проведенного Гемфри Дэви 180 лет назад прямо за этим же лабораторным столом [00:56]. Суть опыта проста: при охлаждении металла его электрическое сопротивление падает. Томас продемонстрировал это, охладив проволоку, по которой шел ток, обычным куском льда, что заставило её раскалиться докрасна на другом конце из-за перераспределения энергии [01:35]. Однако настоящий прорыв в этой области случился в 1911 году, когда Гейке Камерлинг-Оннес в Лейдене обнаружил, что при температурах, близких к абсолютному нулю, сопротивление ртути не просто падает, а исчезает вовсе [04:52]. По словам лектора, если представить сопротивление меди при комнатной температуре как расстояние в несколько шагов, то при сверхпроводимости это расстояние эквивалентно дистанции до края Вселенной — настолько фундаментален этот переход [06:41]. Долгое время сверхпроводимость считалась уделом экстремально низких температур, достижимых только с помощью дорогого жидкого гелия. Но в конце 1986 — начале 1987 года научный мир потрясло известие о создании новых оксидных материалов [07:33]. Ученые из Швейцарии, США, Японии и Китая (публикация в «Жэньминь жибао» от 27 декабря 1986 года стала одной из первых) независимо друг от друга синтезировали керамику, переходящую в сверхпроводящее состояние при температуре кипения жидкого азота [07:53]. В лектории продемонстрировали структуру этого нового «чудо-материала» — YBa2Cu3O7 (итрий-барий-медный оксид) [09:34]. Томас отметил, что такие материалы можно буквально «приготовить» из смеси оксида меди, карбоната бария и оксида иттрия, нагрев их до образования расплава [08:27]. ## 🚄 Магнитная левитация и транспорт будущего [[JUMP:10:14]] Для демонстрации свойств новых материалов был приглашен доктор Колин Гофф из Бирмингемского университета. Он наглядно показал два ключевых эффекта: 1. **Нулевое сопротивление:** При погружении черного керамического стержня в жидкий азот приборы зафиксировали мгновенное падение сопротивления до абсолютного нуля [12:03]. 2. **Эффект Мейснера (левитация):** Сверхпроводник выталкивает магнитное поле. В эксперименте маленький магнит буквально завис в воздухе над охлажденным сверхпроводником [13:21]. Колин Гофф также продемонстрировал «подшипники без трения», где ротор с магнитами вращался в сверхпроводящих чашах, не касаясь стенок [14:12]. Обсуждая практическое применение, Джон Мейриг Томас напомнил о японских поездах на магнитной подушке (Maglev), которые в 1987 году уже достигали скорости 550 км/ч [15:04]. Однако существующие тогда системы требовали дорогого гелиевого охлаждения. По мнению Томаса, открытие высокотемпературных сверхпроводников позволит в будущем создать дешевые и эффективные транспортные системы, которые, возможно, заставят человечество вовсе отказаться от колеса [18:09]. ## 🧠 Полупроводники: «Электронный мозг» и магия примесей [[JUMP:18:42]] Переходя к теме полупроводников, лектор сослался на записи Майкла Фарадея от 1833 года [19:07]. Фарадей заметил, что сульфид серебра ведет себя противоположно металлам: при нагревании он начинает проводить ток лучше [19:35]. Это свойство легло в основу всей современной электроники. Джон Мейриг Томас объяснил феномен легирования на яркой аналогии: если в миллиард атомов чистого кремния добавить всего один атом бора или фосфора, свойства материала меняются кардинально [21:12]. «Это как если бы в население Китая поместили одного европейца, и вся страна внезапно перестала говорить по-китайски и есть китайскую еду», — пошутил профессор [21:42]. В ходе лекции были показаны: * **Интегрированные схемы:** Кремниевая пластина, на которой размещено 21 000 транзисторов [23:03]. * **Визуализация работы чипа:** С помощью сканирующего электронного микроскопа зрители увидели «думающий мозг» — изменение контраста в областях цепи, через которые проходит ток [24:12]. * **Микроминиатюризация:** Самая маленькая в мире рождественская открытка (разработчики — доктора Бургер и Никсон из Кембриджа), размер которой позволяет разместить миллион таких копий на головке булавки [25:12]. ## 👁️ Инфракрасное зрение и термография [[JUMP:28:42]] Полупроводники на основе кадмия, ртути и теллура (КРТ) обладают уникальной чувствительностью к инфракрасному излучению — теплу человеческого тела [29:02]. Дэвид Смит из Королевского центра сигналов и радаров (RSRE) продемонстрировал возможности тепловизионной камеры. С помощью этой технологии лекторы проверили теорию графа Рамфорда (Бенджамина Томпсона). Рамфорд в XVIII веке утверждал, что аристократическая привычка подавать кофе в золоченых сосудах — это лишь бахвальство, так как металл быстрее отдает тепло [31:12]. Тепловизор подтвердил: металлический кофейник «светится» ярче, активно теряя энергию, в то время как фарфоровый лучше удерживает тепло [32:57]. Дэвид Смит показал и другие применения тепловидения: * Обнаружение солдат сквозь дымовую завесу (длинноволновое излучение не рассеивается дымом) [33:48]. * «Прозрачность» черного полиэтилена для ИК-лучей [34:27]. * Тепловой след руки на обложке телефонного справочника, который остается видимым даже спустя 100 перевернутых страниц [35:44]. ## 💡 Энергетика будущего: Фотокатализ и топливные элементы [[JUMP:36:17]] Джон Мейриг Томас обратил внимание на неэффективность обычных ламп накаливания: менее 5% потребляемой ими энергии превращается в свет [38:53]. В качестве альтернативы были представлены светодиоды (LED) и лазерные чипы. Питер Уильямс из исследовательского центра Аллена Кларка показал лазер размером с булавочную головку, способный передавать информацию со скоростью 2 Гбит/с — это десятки тысяч одновременных телефонных разговоров по одному оптоволокну [41:37]. Особое внимание уделили катализаторам. Катализатор — это материал, ускоряющий химическую реакцию без собственного расхода. Лекторы продемонстрировали: * **Расщепление воды:** С помощью фотокатализатора (сульфида кадмия) и солнечного света можно получать водород прямо из воды [44:13]. * **Очистка выхлопных газов:** Автомобильные катализаторы из платины и родия превращают токсичный угарный газ в безвредный CO2 [48:09]. В финале лекции Томас рассказал о «элементе Гроува» — прообразе современных топливных элементов, изобретенном Робертом Гроувом в 1842 году [49:32]. Эта технология, позволяющая получать электричество напрямую из водорода и кислорода, уже тогда использовалась во всех пилотируемых космических аппаратах, обеспечивая экипаж не только энергией, но и питьевой водой (продуктом реакции) [51:49]. По прогнозу профессора Томаса, в XXI веке такие экологически чистые «энергетические станции» на основе катализа и электрохимии будут разбросаны по всему миру, обеспечивая энергией больницы и города [53:39].