Роуд-шоу, объединившее самых ярких ученых — лауреатов Национальной премии «ВЫЗОВ» — стартовало, чтобы представить широкой публике передовые российские разработки, способные изменить мир. От Новосибирска до Санкт-Петербурга — инновации в области медицины, космоса, энергетики и других сферах станут ближе и понятнее каждому.
А мы начинаем публикацию серию материалов, в которой познакомим вас с лауреатами премии «ВЫЗОВ», их научными подвигами и впечатляющими разработками, уже сегодня формирующими наше завтра. В этой статье о своих научных открытиях и том, что происходит в науке в целом рассказывает Председатель Научного комитета премии Артем Оганов.
Как решить принципиально нерешаемую задачу
Многие ли из вас слышали о разработке эволюционного метода для предсказания кристаллических структур (USPEX) на основании только химического состава и внешних условий? Звучит довольно сложно для не посвященного человека. Но давайте все же попробуем в этом разобраться.
Свойства вещества определяются его атомной структурой. Лишь когда люди поняли, как на атомарном уровне устроено вещество, они смогли понять, как работает молекула ДНК в качестве переносчика наследственной информации: почему графит мягкий, а алмаз, имеющий такой же химический состав, сверхтвердый и так далее. Но кристаллические структуры до недавнего времени можно было определить только экспериментально, уже имея образец вещества.
Мне удалось решить задачу, которая считалась долгое время нерешаемой принципиально: предсказание структуры вещества еще до того, как это вещество кем-либо получено в лаборатории, то есть предсказание того, какое расположение атомов в пространстве окажется наиболее устойчивым и наиболее энергетически выгодным.
Я также участвовал в открытии новой сверхтвердой структуры бора и прозрачной фазы натрия. Это были одни из первых крайне убедительных примеров, иллюстрирующих мощь созданного мной метода предсказания кристаллических структур. В отношении бора можно сказать, что предсказанная и экспериментально доказанная нами модификация бора оказалась одним из самых твердых материалов, известных на сегодняшний день. А прозрачная модификация натрия, которая была предсказана и получена при высоких давлениях, является примером (кстати, самым ярким из существующих на сегодняшний день) особого класса веществ, так называемых электридов, где роль отрицательно заряженных ионов выполняют сгустки электронной плотности в пустотах структуры. У таких веществ много интересных свойств.
О чем поведала новая шкала электроотрицательностей
Отдельно стоит рассказать о предложенной мной новой шкале электроотрицательностей.
Электроотрицательность — это, возможно, самое важное химическое свойство атома. Шкала электроотрицательности присутствует в каждом учебнике химии. Электроотрицательность связывает такие понятия, как разность потенциалов, возникающая в электрохимической реакции, перенос заряда при возникновении химической связи, выделение энергии, связанное с образованием химической связи. С электроотрицательностью связаны такие свойства, как цвет веществ, ширина запрещенной зоны, твердость и многие-многие другие. Поэтому, конечно, есть большой интерес (и всегда был) в создании максимально «физичной» и максимально точной шкалы электроотрицательности.
Кстати, все существующие шкалы электроотрицательности, которых, кстати, было создано великое множество, ограничивались обычными нормальными условиями. Мне и моим соавторам удалось впервые создать «физичное» расширение понятия электроотрицательности на случай ненулевого давления. Напомню, что львиная доля вещества Земли находится при условиях высоких давлениях, скажем, выше 10 тысяч атмосфер. Привычное нам давление около атмосферного — это давление, присущее только поверхности Земли.
Наши шкалы электроотрицательности гораздо лучше описывают энергетику химических связей, направление химических реакций. А также, будучи распространены до высоких давлений, они позволяют объяснить, почему вещества под давлением становятся металлами, то есть начинают проводить электронный ток, почему стабилизируются высокие степени окисления, например, цезий становится пятивалентным, почему образуются химические соединения между теми элементами, которые при нормальных условиях в реакции не вступают.
Какая мечта в материаловедении приближается к реальности
Если говорить о самых перспективных направлениях в материаловедении я бы назвал следующие:
- дизайн новых материалов, и в том числе лекарств, при помощи искусственного интеллекта;
- катализ ─ как экспериментальное понимание связанных с катализом явлений, так и теоретическое, и дизайн новых катализаторов;
- объяснение с химической точки зрения происхождения жизни дизайн новых «фотовольтаиков», то есть веществ, способных преобразовывать энергию солнечного света в электрическую энергию.
Ну и направление мечты, не факт, что реализуемое, но тем не менее, в последние годы ставшее значительно ближе. Это поиск комнатных сверхпроводников при нормальном давлении.
В чем премия «ВЫЗОВ» превзошла Нобелевскую
Премия «ВЫЗОВ» появилась в нужное время, в нужном месте, потому что во всем мире созрела, во-первых, новая модель науки, гораздо более междисциплинарная, чем это было сто с лишним лет назад, когда задумывалась Нобелевская премия. И, к слову, в Нобелевской премии отсутствует номинация по математике, что, конечно же, было ошибкой. Нобель не считал ее полезной. Созрела необходимость корректировки этих вещей.
Кроме того, во всем мире сейчас наблюдается острый дефицит справедливости. Ученых, да и вообще людей, часто судят не по тому, какой вклад они внесли в науку, а по стране их происхождения, стране их работы, может быть, университету, в котором они работают и так далее. Мы решили попробовать, и у нас получилось, создать премию, которая бы не смотрела на все эти несущественные атрибуты, а также на пол, гендер, религию, что тоже используется в ряде стран мира для оценки ученых, как это ни парадоксально. Мы создали премию, которая, с одной стороны, междисциплинарна, с другой стороны, аполитична и смотрит только по гамбургскому счету на достижения ученого — независимо от того, где он живет, в каком университете работает, какую религию исповедует и какого он пола или, если хотите, гендера.
Вообще роль премии состоит в том, чтобы поддержать наиболее значимые научные работы и их авторов, показать наиболее прорывные направления в современной науке. Это важно, кстати, и для обычных людей, которые хотят понимать, что происходит в современной науке. Это важно и для студентов, которые решают, в какое направление науки им пойти. Это важно и для правительства, и для инвесторов, которые хотят знать, в какие научные направления, в какие области науки наиболее перспективно было бы вложить финансовые ресурсы.
Как рассказывать о сложных научных открытиях
О сложных научных открытиях нужно рассказывать со знанием и с любовью, чтобы это было интересно широкой аудитории. Это единственные два необходимых и достаточных условия успешной популяризации. Вы должны любить то, о чем вы рассказываете, и вы должны, конечно, в этом хорошо, досконально разбираться.
Для этого подойдут любые форматы популяризации науки (открытые лекции, блоги, научные шоу). Пусть цветут все цветы. Вообще я за то, чтобы форматы, стили популяризации были максимально разными. Кто-то снимает первоклассные видео, красивые, аппетитные, с химическими экспериментами. Кто-то, как я, не имеет возможности тратить на это время и снимает при помощи смартфона минутные ролики с экспериментами в своей лаборатории на даче. Кто-то рассказывает в аудиоформате о науке, кто-то делает научные мультики, кто-то делает научное кино, кто-то выступает с лекциями, с опытами, как я часто люблю делать. Главное, чтобы это делалось с максимальной экспертностью и максимальной любовью к тому, о чем говоришь. И тогда это будет эффективно.
Скоро стартует роуд-шоу премии «ВЫЗОВ», во время которого ученые прочтут лекции в разных городах России. Оно имеет четко сформулированную задачу: рассказать о премии и о ее лауреатах максимальному числу ученых. И роуд-шоу для этого идеально подходит, потому что охватывает сразу несколько городов. В этом году их четыре — Новосибирск, Санкт-Петербург, Нижний Новгород и Саратов. Но это не предел, и в будущих география может стать шире. Думаю, что лекции лауреатов премии «ВЫЗОВ» привлекут в первую очередь тех, кто профессионально занимается наукой. Но если мы попутно сможем заинтересовать наукой молодежь, совсем юных ребят, которым великие ученые, лауреаты премии «ВЫЗОВ» расскажут о том, чем они занимаются, это будет бесценно.
Какая технология есть только у России
В науке и в технологиях происходит очень много интересного, поэтому предсказать, какие именно из этих технологий взлетят выше всего, достаточно сложно. Но попробую выделить несколько очевидных, на мой взгляд, фаворитов.
Во-первых, это ядерная энергетика: замкнутый ядерный цикл — технология, которая на сегодняшний день есть только у России. Она позволяет резко увеличить доступные запасы ядерного топлива, поскольку превращает и ранее неиспользуемые радиоактивные изотопы, и то, что раньше считалось отходами ядерной энергетики, в полезное топливо, решая попутно целый ряд задач: и захоронение отходов ядерного топлива, которых теперь практически уже не будет, и повышение безопасности атомных электростанций.
Второе — это солнечная энергетика. Открываются все новые и новые материалы, появляются новые технологии. КПД солнечной батареи уже сейчас легко достигает 25%, даже немного больше. И уже известны технологии, как повысить этот КПД до примерно 50%. Хотя надо признать, что на сегодняшний день это стоит довольно дорого.
Третье — различные виды аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторы сейчас находятся уже практически в максимуме того, что от них можно ожидать. Но есть и другие типы аккумуляторов, более дешевых или даже более эффективных, за которыми будущее.
Новые типы пигментов на основе так называемых фотонных кристаллов — эта тема пока что только-только начала изучаться на предмет создания новых технологий, и у нее огромные перспективы.
Фотонный компьютер, нейроморфный компьютер, квантовый компьютер — кто из них завоюет будущее, пока непонятно. Но очевидно, что нынешний тип компьютинга постепенно подходит к своему пределу. И должны возникнуть новые типы компьютеров.
И, конечно, не могу не отметить медицинские технологии. Уже сейчас появляются вакцины от рака, вакцины от аллергии. Поговаривают уже и о нанороботах, наночипах, которые могли бы «чинить» человеческий организм — правда, пока до этого далеко. Есть также целый ряд технологий по продлению человеческой жизни — пока в экспериментальной стадии разработки. И у этого тоже, конечно, большое будущее.
Научные открытия случаются по любви
Что меня вдохновляет продолжать заниматься наукой после стольких достижений? Все просто. Я очень люблю свое дело. Независимо от того, что у меня уже позади, за плечами, я получаю истинное удовольствие от того, что делаю. И пока мое любимое дело дарит мне такие эмоции, я буду продолжать заниматься наукой.
