Представляем книгу «Жидкости» от Марка Медовника, профессора из топ-списка самых влиятельных ученых. Между прочим, это книга 2018 года по версии Financial Times! Попробуйте для начала самостоятельно ответить на вопрос, что общего у художника Тициана и программы Photoshop, а потом прочитайте этот пост. Бонусом будет рассказ о жидких кристаллах — вот вы знаете, что они собой представляют?
Краски
Еще наши далекие предки, рисовавшие на стенах пещер, поняли, что краска — по сути цветной клей. Так что ее задача — превратиться из жидкости в твердое тело, а затем навсегда остаться там, куда ее нанесли. Разные краски добиваются этого разными способами. Акварель высыхает — высвобождает воду в воздух путем испарения, и на бумаге остаются только пигменты. Масляная краска сделана из масла — как правило, макового, орехового или льняного. Она не сохнет.
У нее в запасе другой фокус: она реагирует с кислородом воздуха. Обычно реакций такого типа следует избегать, поскольку окисление делает сливочное масло и растительные пищевые масла прогорклыми и затхлыми. Но в случае красок это полезно.
Пластмассовые картины
Масла состоят из длинных цепочек углеводородных молекул. Кислород выхватывает атом углерода из одной цепочки и присоединяет к другой с помощью реакции, открывая при этом молекулу для дальнейших реакций. Иными словами, кислород работает как отвердитель (точно так же, как вода для суперклея). Благодаря реакции на поверхности холста образуется твердая водонепроницаемая покровная пленка из пластмассы.
Она невероятно устойчива и прекрасно сохраняется. Однако полимеризация требует времени, поскольку кислород, прежде чем добраться до глубинных непрореагировавших слоев масла, должен просочиться сквозь верхний, затвердевший слой. Это недостаток масляной краски — приходится долго ждать, чтобы она схватилась.
Но великие мастера масляной живописи, такие как Ван Эйк, Вермеер и Тициан, пользовались этим в своих интересах. Они накладывали много тонких слоев масляной краски, которые один за другим химически реагировали с кислородом и затвердевали, формируя множество слоев полупрозрачной пластмассы, один поверх другого; получается сложная упаковка для множества разных цветных пигментов.
Слои образов
Такое постепенное наложение красок позволяет художнику создавать чудесные полутоновые полотна. Ведь когда свет падает на холст, он не просто отражается от верхнего слоя — какая-то его часть проникает к внутренним слоям, взаимодействуя с пигментами глубоко в толще картины и выходя уже в виде цветного света. Или, наоборот, он полностью поглощается разными слоями и дает глубокие оттенки черного.
Это хитроумный способ управления цветом, яркостью и текстурой — и именно поэтому художники Возрождения предпочитали масляные краски. При анализе картины Тициана «Воскресение Христа» были обнаружены девять слоев масляной краски, и все они участвуют в создании сложных визуальных эффектов.
Эффект слоистости настолько силен, что он сумел выйти за пределы своих корней в классической живописи и теперь в обязательном порядке включается во все профессиональные инструменты работы с цифровой иллюстрацией. Если вы используете Photoshop, или Illustrator, или любую другую графическую компьютерную программу, то вы создаете образы по слоям.
Жидкие кристаллы — движущиеся картины
Но, как бы захватывающе ни выглядели живописные полотна, они не в состоянии дать нам движущееся изображение. Однако если взять молекулу на основе углерода, не слишком отличающуюся от той, что присутствует в льняном масле, — например, 4-циано-4’-пентилбифенил, — то движущееся изображение внезапно станет возможным.
Основа молекулы 4-циано-4’-пентилбифенила представляет собой два шестиугольных кольца. Этот «каркас» придает ей жесткость, но скрепляющие электроны распределены неравномерно: молекула представляет собой диполь. В ней есть области, где сосредоточен отрицательный электрический заряд, и другие, где сосредоточен заряд положительный. Положительный заряд одной молекулы притягивает к себе отрицательный заряд другой, усиливая склонность молекул образовывать упорядоченную пространственную структуру — кристалл.
Но на хвосте молекулы 4-циано-4’-пентилбифенила имеется группа CH3, при этом хвост гибкий и извивается, противодействуя образованию кристалла.
Одно из определяющих свойств жидкости — то, что ее атомы и молекулы слишком энергичны, чтобы оставаться на одном месте сколько-нибудь долго. Они непрерывно вращаются, колеблются и мигрируют. Жидкие кристаллы ведут себя иначе: молекулы в них динамичны и могут плавать, но сохраняют единство ориентации. Название «жидкий кристалл» происходит из аналогии между одинаковой ориентацией молекул в нем и правильным расположением атомов в настоящем кристалле.
Однако ориентация молекул в жидком кристалле не совсем одинаковая; они в жидком состоянии и постоянно движутся, меняются местами и перераспределяются между отдельными группами. При этом полярность придает жидкому кристаллу еще одно полезное свойство: его молекулы реагируют на внешнее электрическое поле. В ответ на него они все вместе меняют направление. Таким образом, включив электричество, вы можете сделать так, что целая группа молекул повернется в определенную сторону. Это и есть ключ к технологическому успеху жидких кристаллов; вот что позволяет им работать в электронных устройствах.
Узнать самое интересное об окружающих субстанциях: «Жидкости».
Картинки: источник.
