Положите на раскалённую сковороду крошечные золотые шарики — меньше сотой доли толщины волоса. Под электронным микроскопом видно, как они медленно испаряются. Казалось бы, всё просто: каждый шарик должен таять равномерно, как кубик льда в тёплой воде. Но вместо ровной усадки частицы ведут себя как пьяные пешеходы: шаг вперёд, два в сторону.
Исследователи нагревали золотые наночастицы на подложке в вакууме и следили за каждой по отдельности. В среднем все частицы теряли массу с одинаковой скоростью — как будто подложка, на которой они лежат, вытягивает атомы золота равномерно. Но если смотреть на каждую частицу отдельно, картина меняется: одна вдруг подрастает, другая резко сжимается. Объём частицы скачет случайным образом, словно шарик играет в орлянку с атомами.
Объяснение нашлось в общем «поле» блуждающих атомов золота. Отрываясь от одной частицы, атом какое-то время гуляет по поверхности, а потом прилипает к другой. Так частицы обмениваются веществом, как сообщающиеся сосуды. Но испарение с подложки постоянно уносит атомы прочь, поэтому общий запас тает. Учёные построили теорию, которая связывает испарение, обмен атомами и случайные скачки. Оказалось, что случайность — не досадная помеха, а неотъемлемая часть жизни наночастиц.
Эта работа напоминает, что в наномире нельзя предсказать судьбу одной частицы, глядя на среднее по всем. Чтобы создавать стабильные наноустройства — например, катализаторы или датчики — нужно учитывать хаотические пляски атомов. Ведь даже золото, символ вечности, на наноуровне живёт своей непредсказуемой жизнью.
Золотая наночастица размером 10 нанометров содержит около 30 тысяч атомов — и потеря даже сотни атомов уже меняет её объём на доли процента, что заметно под микроскопом.
В романе «Особое мнение» Филипа Дика предсказания будущего основаны на случайных флуктуациях — так и здесь судьба каждой наночастицы зависит от непредсказуемых скачков.