Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
21 сентября 2017, четверг, 22:35
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

РЕГИОНЫ

Лекции

Как научить компьютер открывать новые материалы

Артем Оганов
Артем Оганов
Наташа Четверикова

Мы публикуем текст лекции Ph.D. в кристаллографии University College London, доктора наук (Habilitation) Швейцарского федерального политехнического института в Цюрихе, профессора Университета штата Нью-Йорк, адъюнкт-профессор МГУ Артема Оганова, прочитанной 9 июня 2011 года в Политехническом музее в рамках проекта «Публичные лекции Полит.ру».  

Ближайшая лекция Артема Оганова «Компьютерный дизайн новых материалов: мечта или реальность?»  - 8 сентября 2012 года, с  18.00-19.00 в лектории парка Музеон, в рамках «Публичных лекции Полит.ру» на книжном фестивале BOOKMARKET.

«Публичные лекции "Полит.ру"» проводятся при поддержке:

Российская венчурная компания

 Текст лекции

Добрый вечер, дорогие друзья! Я от всей души хотел бы поблагодарить организаторов этой лекции, потому что эта лекция в каком-то смысле является исполнением моей давней мечты. Дело в том, что в возрасте семи лет я ходил на вечерние лекции по химии в Политехнический музей, в этот самый лекторий, и эти лекции сформировали меня как ученого и повлияли на ход всей моей дальнейшей жизни. В то время, в семилетнем возрасте, я не мог даже мечтать, что когда-нибудь буду читать свою лекцию здесь.

Собственно говоря, эта лекция тоже о мечте и не только моей мечте стать ученым, но и мечте всего человечества создать новые уникальные материалы с особыми свойствами. Сами посудите, о чем мечтали всегда люди, о чем сказки? Меч–кладенец, ковер–самолет, эликсир молодости, философский камень… Это все новые материалы, это материалы, которые служат какой-то определенной цели. Я еще не удержусь и процитирую одного из своих любимых поэтов и бардов Александра Дольского, мне кажется, его стихи проясняют, зачем мы вообще занимаемся наукой. Он сказал: «Оправдание жизни только в сострадании и в желании размышлять. Другое все – не в счет». Именно в этом смысл науки – сострадание в том, чтобы облегчить жизнь людям и сделать качество их жизни выше. Это материалы, которые мы используем в практических целях, эта практическая цель науки очень важна – так же, как и желание размышлять, желание понять окружающий нас мир, из чего состоит наша планета, из чего состоит живое существо, как это все работает. Эти просветительские и практические цели науки, как мне кажется, и объясняют, зачем существует наука.

О новых материалах, о материалах с особыми свойствами, о том, как их изобретать с помощью компьютера, и пойдет эта лекция.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

На этом слайде вы видите один из достаточно неожиданных уникальных материалов – силиконовый аэрогель. Это вещество, о котором я расскажу чуть позже, обладает настолько низкой теплопроводностью, что вы можете взять тонкую пластинку этого вещества, поставить на него розу и подогреть снизу на мощной горелке; теплопроводность этого вещества настолько мала, что роза даже не повредится и не обгорит. Это одно из проявлений уникальных свойств, это один из примеров, показывающих, что существуют материалы, которые даже при самой буйной фантазии мы изобрести бы не смогли, если бы более или менее случайно человечество их не обнаружило.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Когда мы говорим о материалах, мы должны понимать, что существуют разные состояния вещества, в частности, у конденсированного вещества есть кристаллическое состояние, и структура кристаллов состоит из маленьких параллелепипедов, которые, как кафель в вашей ванной или как узор на обоях, повторяются практически до бесконечности. В основном в этой лекции я буду говорить именно о кристаллах. Также существует квазикристаллическое состояние вещества, открытое совсем недавно, четверть века назад, и не удивительно ли это, что новое состояние вещества было открыто так недавно?! Я принес для любопытствующих образец квазикристалла. Квазикристалл - это вещество, которое характеризуется дальним порядком, но при этом не содержит периодически повторяющегося узора – это очень нетривиальный объект. Далее, существует аморфное состояние твердого вещества, которое по многим характеристикам похоже на жидкость, если хотите, переохлажденную жидкость, обладающую очень высокой вязкостью. Также существуют жидкое состояние, газообразное, и разные состояния мягкого вещества (жидкие кристаллы, полимеры и т.д.). В основном в этой лекции я буду говорить именно о кристаллическом состоянии вещества.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Один из основных лейтмотивов этой лекции - то, что структура вещества определяет его свойства, изменения структуры также определяют многие применения материалов, и иногда важность такого знания оказывается жизненной. Перед вами пример: превращение, которое претерпевает олово при 13°С. При 13°С олово резко меняет свою плотность - одна структура переходит в другую. Скачок плотности настолько большой, что олово рассыпается. Это явление, которое известно как оловянная чума. Оловянная чума сыграла злую шутку в истории, возможно, даже дважды. Некоторые историки считают, что оловянная чума была именно тем фактором, который сгубил 600-тысячную Великую Армию Наполеона в России. Его армия растаяла непонятно от чего, обратно вернулись от 5 до 10 тысяч наполеоновских солдат, около 600 тысяч погибло, причем большинство не в битвах. Есть историки, которые считают, что причиной гибели наполеоновской армии были оловянные пуговицы на мундирах. Оловянные пуговицы растрескались, когда армия столкнулась с морозом, мундиры оказались бесполезными, и армия погибла от болезней, от беззащитности перед холодом. Не все историки согласны с этой гипотезой – похоже, что олово пуговиц в те времена содержало немало примесей, и такое олово было бы устойчиво перед оловянной чумой. Возможно, также олово сгубило и полярную экспедицию капитана Скотта. Капитан Скотт в свою экспедицию к Южному Полюсу взял аэропланы на случай непредвиденных обстоятельств, чтобы этими аэропланами можно было бы спастись. Топливные баки аэропланов содержали оловянные припои, которые рассыпались на холоде, топливо вылилось, аэропланы стали совершенно бесполезны. И когда капитан Скотт столкнулся с очень суровыми условиями и хотел воспользоваться аэропланами, было поздно, и вся экспедиция погибла. Из-за незнания эффекта оловянной чумы, этого структурного перехода в олове, погиб один из лучших путешественников в истории.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Сейчас мне бы хотелось показать вам еще один опыт, который покажет очень необычные свойства материалов. Перед вами сплав никеля (Ni) и титана (Ti), так называемый нитинол, внешне непримечательная проволока. Эта проволока обладает эффектом памяти формы, который был открыт 60 лет назад советскими учеными, а затем запатентован десятилетием позже американцами. Нитинол обладает, как я уже сказал, эффектом памяти формы. Изначально этот провод был прямым, и он запомнил эту форму. Теперь если этот провод мы будем деформировать, а после этого опустим в горячую воду, он вспомнит свою прежнюю форму и выпрямится. Мы можем это делать сотни раз, он вновь будет распрямляться. Посмотрите сначала, как это выглядит на этом слайде. Мои коллеги вылепили из этого провода буквы ТU. Это та форма, которую этот материал помнит - для того чтобы запомнилась форма, нужно обязательно закалить при очень высоких температурах. Затем они этот провод деформировали, но в горячей воде изначальная форма восстановилась. Это эффект памяти формы. Я думаю, мы этот эффект не прочувствуем до тех пор пока кто-то нам его не покажет. Молодой человек, как вас зовут? Руслан, будь добр, выйди, пожалуйста, сюда. Руслан возьмет кончик этого провода и достаточно безжалостно его начнет мять, а я тем временем подготовлю горячую воду. Руслан, готов? Теперь опускай этот провод в горячую воду, и вы видите – распрямился, правильно? Теперь еще раз согни его так, чтобы все видели, сильнее гни, и мы проделаем этот эксперимент снова, чтобы не осталось никаких сомнений. Вы видите, что этот провод деформирован, я его кладу в горячую воду - и он мгновенно распрямляется - эффект памяти формы. Большое спасибо, Руслан. Эффект памяти формы основан на структурных изменениях этого вещества при нагревании и охлаждении, и он широко применяется, например, в операциях при шунтировании сердца, при сборке нефтепроводов, при создании авиадвигателей и во многих других ситуациях. Кстати говоря, зубные скобки тоже делаются из сплавов с памятью формы.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Сверхпроводники - это также вещества с совершенно необычными свойствами, в которые бы никто не поверил, если бы сверхпроводимость не была случайно обнаружена ровно 100 лет назад голландским ученым Каммерлинг-Оннесом. Я держу у себя на ладони один из самых лучших известных сверхпроводников. Это вещество состоит из бария (Ba), стронция (Sr), висмута (Bi), кальция (Ca), меди (Cu) и кислорода (O), это очень сложное вещество. Сейчас известны самые разные типы сверхпроводников, есть даже органические сверхпроводники. Сверхпроводники проводят ток без потерь, это может найти применение в линиях электропередач - не будет теряться энергия, не будет проблем с перегревом, но не только в этом применение сверхпроводников. Сверхпроводники используются для создания сверхмощных магнитных полей, в частности, это используется в магнитно-резонансной томографии, для создания высокоточного научного оборудования, но не только это. В Шанхае построена линия сверхбыстрых поездов на магнитном подвисании, и эта технология основана на сверхпроводимости. Дело в том, что сверхпроводник выталкивает магнитное поле, и сверхпроводник подвисает над магнитом, и можно сделать так, что рельсы и поезд будут таким образом друг друга отталкивать, и поезд будет левитировать – это эффект магнитной левитации, лежащий в основе сверхбыстрых поездов, в частности, такие поезда в Шанхае движутся со стабильной скоростью 430 км/час. Я сам на таком поезде ездил, и надо сказать, это исключительное впечатление, и это целиком основано на явлении сверхпроводимости.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Оптические свойства тоже иногда бывают крайне любопытны. В частности, большинство кристаллов расщепляют свет на 2 луча. Если вы посмотрите сквозь кристалл, например, исландского шпата, то любой объект, любая надпись будут двоиться. Этот эффект двулучепреломления также имеет ряд интересных применений. Еще интересней эффект, называемый плеорхоизмом, когда цвет вещества зависит от направления, в котором мы его рассматриваем. Я принес несколько кристаллов минерала кордиерита, вы видите, что в зависимости от направления цвет меняется от коричнево-желтого до ярко-синего. Руслан, если ты повращаешь этот кристалл, то цвет изменится от желто-коричневого до синего, не так ли? И этот эффект не игрушка, он имеет практические применения. На самом деле многие историки полагают, что с помощью этого эффекта викингам удалось 1000 лет назад открыть Америку. Дело в том, что этот эффект может помочь в навигации, более того, он использовался в навигации американскими военно-воздушными силами вплоть до 1950-х годов при полетах в полярных широтах – это необычный эффект с необычным применением. Еще есть александритовый эффект, когда одно и то же вещество меняет цвет. Минерал александрит имеет зеленый цвет под солнечным светом, но если вы на него посмотрите под электрическим светом, то он будет красным. Нечто похожее было загадкой для искусствоведов и для ученых многие столетия - чаша Ликурга, шедевр древнеримского искусства, меняет цвет от ярко-зеленого до ярко-красного в зависимости от того, как вы смотрите на эту чашу. Если вы внутрь ее помещаете свечу, чаша будет ярко-красной, если же вы просто смотрите на нее в рассеянном свете, то она будет зеленой. Загадка чаши Ликурга, которая так волновала любителей искусства, была решена совсем недавно.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Флюоресценция - это тоже необычное свойство. Я принес вам несколько примеров, в частности, - флюоресцирующие минералы кальцит и виллемит, которые мы с моими друзьями недавно сами собирали на месторождении. И опять я попрошу Руслана сказать, что он видит. Эти два минерала – один из них белый, а второй – коричневато-зеленый, но под ультрафиолетовым излучением они будут светиться совершенно другими цветами. Ты видишь ярко-зеленый, а ярко-красный, малиновый видишь? В данном случае вещество поглощает излучение в одном диапазоне длин волн, а излучает в другом, и у вас может совершенно меняться флюоресцентный цвет по сравнению с цветом в нормальном видении. Флюоресценция – это явление, которое широко используется животными, например, креветки распознают друг друга в океанской толще по флюоресценции и используют это для размножения. Флюоресцируют человеческие зубы и ногти. Вот шуточная фотография моего сотрудника и его жены в ультрафиолетовом излучении, вы видите, как светятся их зубы и глаза. Благодаря флюоресценции, в ультрафиолетовом излучении интеллигентный и совершенно безобидный человек становится похожим на некоторого монстра-Дракулу, приобретает пугающие черты. Явление флюоресценции также используется для поиска рудных месторождений, в частности, золотых, а также для пометки особыми знаками банковских купюр, кредитных карт и идентификационных карточек. Вот 50-тиевровая купюра, вы сейчас увидите, как зажгутся на ней звезды под ультрафиолетом. Более того, флюоресценция используется и криминалистами. Дело в том, что многие такни человеческого тела, в частности, кровь, тоже обладают флюоресценцией, что облегчает поиск следов преступления.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Материал, о котором я уже вам говорил – силиконовый аэрогель, – является рекордсменом, по крайней мере по 15 категориям и фигурирует в Книге Рекордов Гиннеса. Это твердое вещество с самой низкой плотностью, оно настолько легкое, что оно парит в атмосфере газа ксенона, у него крайне низкие диэлектрическая проницаемость, теплопроводность, скорость звука и многие другие свойства. На этой картинке видно, как пластинка силиконового аэрогеля весом меньше грамма удерживает на себе кирпич весом в 2,5 килограмма. Силиконовый аэрогель используется для изучения межпланетного вещества - на космических кораблях устанавливаются пластины из аэрогеля для улавливания межпланетной пыли. Этот материал поглощает тепловое инфракрасное излучение, но при этом пропускает видимое излучение. Это означает, что вы можете делать из него окна, которые будут прозрачными, но при этом даже в самую солнечную погоду в вашей квартире или в вашем кабинете не будет жарко, потому что все тепловое излучение будет поглощаться этим аэрогелем.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Очень актуальна задача создания материалов для очистки окружающей среды, для улавливания тяжелых металлов, углекислоты и прочих газов. Тяжелые металлы крайне опасны для человеческого здоровья, в частности - ртуть (Hg) и свинец (Pb) вызывают слабоумие, среди известнейших жертв ртути называют имя Ивана Грозного, в костях которого нашли аномально высокое содержание ртути. С ртутью связана также болезнь безумного шляпника - дело в том, что в XIX веке мастера, которые делали шляпы, вымачивали их в растворе хлорида ртути (HgCl2), и так или иначе ртуть попадала в их организм, через какое-то время шляпники находились в состоянии постоянного нервного тика, и их рассудок замутнялся – это то, что Льюис Кэрролл называл болезнью безумного шляпника, это реально существующая болезнь. Свинец также повреждает рассудок, нервную систему, отдельные части человеческого мозга уменьшаются в размерах, как показано данными томографии. Среди жертв свинца называют римских императоров, таких, как Нерон. Дело в том, что Древний Рим имел акведук, водопровод, сделанный из свинца, и поэтому вода, которую пили римляне, содержала высокую концентрацию свинца. Установлена прямая корреляция между уровнем преступности и уровнем загрязненности атмосферы свинцом. Свинец попадает в атмосферу городов через бензин (в бензин раньше добавляли свинец для стабилизации). Пик преступности в США напрямую коррелирует с содержанием свинца в атмосфере американских городов. Свинец уже не добавляется в бензин во всех развитых странах, но в странах третьего мира это продолжают делать.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Что касается других загрязнителей, таких, как парниковые газы, то тут ситуация достаточно нетривиальная, СМИ несколько упрощают ее. Дело в том, что парниковые газы – не абсолютное зло. Без парниковых газов температура на Земле в среднем была бы – 19°, и это было бы достаточно некомфортно. Плохо же то, что температура не колеблется вокруг постоянной отметки, а стабильно растет, а вместе с ней постоянно повышается уровень океана, вот уже целое столетие. Если так будет продолжаться дальше, многие части планеты окажутся затоплены. Для улавливания как этих газов, так и тяжелых металлов можно использовать разного рода микропористые вещества, вещества, в которых размер пор соответствует нескольким атомным радиусам. Эти вещества используются не только для цели очистки, но также и в химической промышленности. Их поры пропускают молекулы одного типа, но не пропускают остальные - например, пропускают октан и не пропускают изооктан, что дает идеальный способ разделения таких столь похожих молекул в химической промышленности. Также они широко используются для катализа химических реакций. Недавно был изобретен материал, который содержит кобальтоорганический каркас, и 1 литр такого материала может вмещать до 83 литров углекислого газа. До недавних пор рекордсменом по величине структурных пор был минерал какоксенит, который является фосфатом железа и алюминия, вы видите его ажурную структуру. Какоксенит малопригоден для целей химической промышленности, таких, как катализ, его структура слишком неустойчива, но размер полостей в структуре этого минерала мог быть оптимален для репликации ДНК, и такой минерал мог играть роль в происхождении, зарождении и в эволюции жизни на ее ранних этапах развития.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Когда я готовился к этой лекции, то искал на Google информацию по разным темам, в частности, по какоксениту, и нашел, что какоксениту приписывается еще одно свойство: «он может помочь духовной эволюции человека и возбуждать колебания физического Я, также какоксенит перепрограммирует клетки, которые начинают обновляться». Вы видите, что какоксениту приписываются какие-то магические, совершенно неправдоподобные свойства, но приятно иногда читать, чтобы развлечься, и о таких свойствах.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Если мы говорим о таких веществах, которые содержат в себе структурные поры, то еще стоит упомянуть и о так называемых газовых гидратах или клатратах – это форма льда, в полостях структуры которого умещаются целые молекулы, в частности, молекулы метана и углекислого газа. Возможно, это является идеальным веществом для захоронения углекислого газа. Такое вещество устойчиво при умеренных давлениях и низких температурах, и мы можем вводить углекислоту в такой лед и захоранивать его на морском дне, это совершенно безопасно. С другой стороны, в гидратах метана высоко содержание природного газа, и такого рода запасы газа на Земле практически безграничны. Мы сейчас находимся в такую эпоху, когда энергетический кризис является одной из самых главных проблем человечества, и эту проблему можно было бы решить целиком, если бы мы научились извлекать метан из залежей гидрата метана. На этой картинке вы видите, что гидрат метана очень похож на лед, да это лед и есть, но он горит, и в этом процессе сгорает метан и стекает жидкая вода.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Материалы, которые я вам сейчас показал, были открыты методом проб и ошибок, это до сих пор является главенствующим методом открытия новых материалов, но для будущего это не годится, мы должны научиться открывать новые материалы систематически, и в данном случае нашим основным помощником будет компьютер. Эдисон, который был родоначальником современного подхода к открытию новых материалов, как-то говорил: «Я не потерпел десять тысяч неудач, но открыл десять тысяч путей, которые не работают». Это путь для очень терпеливых людей, удачливых людей, это путь для людей, у которых работают руки, а я теоретик, у меня руки не работают, и я нетерпелив, поэтому я выбираю компьютер как средство для открытия новых минералов.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Если вы знаете кристаллическую структуру, то не представляет труда с помощью современных методов просчитать даже очень сложные свойства вещества и понять, будет ли это вещество полезно для вас или нет. Но как вы узнаете структуру вещества, если оно еще не синтезировано? Обычно экспериментаторы идут в лабораторию, создают новые соединения под разными температурами и давлениями, каждый раз измеряют свойства, каждый раз измеряют структуру - и после 10 тысяч попыток могут обнаружить один интересный материал. А вот как узнать структуру вещества, а по ней и свойства, если вещество еще не синтезировано, об этом я и хотел бы вам рассказать.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Когда мы говорим о структуре вещества, надо понимать, что основа наших знаний химии, физики, материаловедения, во многих областях наук о Земле, планетологии, молекулярной биологии составляет именно знания о структуре вещества. Эпопея, в которой люди научились решать структуру кристаллов и молекул, крайне увлекательна, и скоро уже исполнится 100 лет как люди, впервые это были отец и сын Брэгги, научились расшифровывать кристаллические структуры. Делается это с помощью явления дифракции. Вот перед вами кристаллическая структура бензола, и оказывается, что если расстояние между молекулами сопоставимо с длинной волны света, то этот свет будет расщепляться, как мы говорим, дифрагировать.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Я бы хотел вам проиллюстрировать это явление. Перед вами не рентгеновская дифракция, которая применяется в кристаллографии, а дифракция обычного видимого излучения. Это обычный лазер, а это - модель кристалла, раздутая так, чтобы расстояния между молекулами были сопоставимы с длинной волны лазера. Вы видите, что сам по себе луч идет прямо, а когда на его пути поставлен кристалл, то луч расщепляется на дополнительные лучи. В результате на экране возникает много дополнительных пиков, и по их расположению и интенсивности можно определить, где в структуре находятся атомы. Это сделать довольно непросто, тем не менее, сейчас люди могут расшифровывать очень сложные структуры.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Вот пример и заодно загадка. Очень простой металл рубидий, не только рубидий, но и натрий, и калий, и многие другие под давлением переходят в странную структуру. В этой структуре и атомы рубидия выполняют две роли – один тип атомов рубидия образует каркас, второй тип атомов образует цепочки, которые заполняет пустоты каркаса. Это было совсем недавно обнаружено, и до сих пор не понятны причины образования таких структур, почему один атом решает выполнять две роли в одной и той же структуре, в одном и том же веществе, это до сих пор не понято. Квазикристаллы также обладают феноменально сложными структурами, но их уже можно более или менее надежно расшифровывать. А вот белки, сложность которых настолько велика, что расшифровку их структуры можно считать триумфом человеческой мысли. Конечно, предсказание кристаллических структур не находится еще на той же стадии, что и эксперимент. Мы сейчас находимся где-то на стадии, может быть, подходящей к сложности квазикристаллов, но нам еще очень далеко до сложности биологических объектов.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

 Надо сказать, что задача предсказания кристаллических структур исходя из химического состава до недавнего времени считалось нерешаемой. Одна из моих любимых статей была озаглавлена «Предсказуемы ли кристаллические структуры?», и она начиналась со слова «нет». Вот еще цитата из главного редактора журнала «Nature», а это самый престижный научный журнал, в цитате говорится, что одним из продолжающихся скандалов в физических науках является то, что невозможно предсказать структуру даже простейших кристаллов исходя из химического состава и даже для таких веществ, как графит, эта задача считается нерешаемой. В чем причина? Устойчивая кристаллическая структура -это структура, которая обладает самой низкой энергией, и задачу можно попробовать решить, прощупывая все возможные взаимные положения атомов, рассчитывая энергию для каждого из них и таким образом определяя  самую низкую энергию и оптимальную структуру. Проблема в том, что число вариантов в структуре астрономически велико. Если у нас всего 10 атомов в повторяющейся структурной единице, то будет порядка 100 миллиардов структурных вариантов, и вам потребуются сотни лет на лучшем суперкомпьютере мира, чтобы пробежать по всем этим вариантам. Если мы рассматриваем 20 или 30 атомов, то в этом случае потребуется больше времени, чем возраст Вселенной, чтобы решить одну-единственную задачу. Итак, эта задача напрямую не решаема, но можно ее решить, не прибегая к полному перебору, а направляя расчет с помощью самообучения к глобальному минимуму энергии. В этом ключе мы разработали наш собственный подход, основанный на идеях эволюции, и вскоре наши коллеги сказали, что это не только эволюционный метод, но и революционный.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Далее я расскажу вам вкратце, как работает наш метод, и опишу несколько любопытных результатов, полученных с его помощью.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Наш метод был описан в ряде публикаций, но здесь позвольте дать несколько упрощенное его описание, начав с общей идеи эволюционного алгоритма.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Представьте себе, что ваша задача найти в данном случае не глобальный минимум, а глобальный максимум на поверхности Земли с помощью кенгуру. Почему кенгуру? - потому что эту иллюстрацию я получил от своего австралийского коллеги Ричарда Клегга. В эволюционном подходе вы высаживаете маленький десант кенгуру, скажем, 100 кенгурят, случайным образом на поверхности Земли. Каждый из кенгурят имеет инструкцию, понятную даже кенгуру или ежу: иди и забирайся на ближайший холм. Конечно, вероятность, что один из кенгуру взберется на Эверест, крайне мала. Итак, кенгурята взбираются на свои ближайшие холмы, затем мы разрешаем кенгурятам размножаться, но это я вам показывать не буду, потому что это бы нарушило цензурные соглашения, и затем мы приглашаем охотников, которые отстреливают всех низкосидящих кенгурят, выживают только те, которые взобрались достаточно высоко, и из этих кенгурят будет потомство, которое тоже заселит высоколежащие горные районы, затем мы опять пригласим охотников, и это эволюционное давление со стороны охотников приведет к тому, что популяция кенгуру найдет Эверест в рекордно быстрые сроки. При таком подходе вам не нужно прощупывать каждую горку, вам достаточно хорошо напугать популяцию кенгуру.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

А вот как это работает в контексте предсказания кристаллических структур – вот области с низкими энергиями, вот области с высокими энергиями. Поначалу мы случайно прощупываем, очень редкой сеткой, всю область поиска. Расчет понимает, где наиболее выгодная область, и все больше и больше структур опробуют именно эту низкую энергетическую область до тех пор, пока самая устойчивая структура не найдена. Так работает наш метод.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Есть целый ряд других методов, у всех из них есть свои сильные и слабые стороны, но я думаю, что будет справедливо сказать, что наш метод сделал очень большой шаг в направлении решения задачи предсказания кристаллических структур.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Я не буду вдаваться в детали, как этот метод работает с научной точки зрения, важно одно – чтобы рецепт произведения детей от родителей был физически обоснован, чтобы это был строгий и интуитивно правильный подход. У нас есть несколько способов произведения детей из родителей - это либо наследственность, когда элементы двух родителей, отца и матери, комбинируются, и таким образом производится ребенок, либо же это разного рода мутации. Пожалуй, достаточно.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Мы также изобрели целый ряд других приемов, например, параметры порядка, и видно, как в процессе эволюции увеличивается степень порядка в популяции. Это то, что происходит и в биологической эволюции. Не удержусь и процитирую тут своего друга Самвела Аветисяна, это историк и маркетолог, который изобрел половину брендов в России, и он как-то сказал гениальную фразу: GOD = Generator Of Diversity (Бог – это творец разнообразия). Эволюция в популяции эффективна только тогда, когда популяция разнообразна. То, что мы все такие разные, - это залог благосостояния и развития нашего общества. И вот вы видите, как это достигается – путем все большего усложнения и увеличения прядка в системе. Хаос не обладает разнообразием, порядок – обладает.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Много разных открытий было совершено как нами, так и нашими коллегами по всему миру с помощью этого метода.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Позвольте мне рассказать всего лишь о нескольких, и эти приложения будут связаны с исследованием вещества при высоких давлениях.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Исследование вещества при высоких давлениях очень важно с нескольких точек зрения: во-первых, давление дает уникальный способ создания новых материалов; во-вторых, давление дает возможность проверить наши гипотезы о химической связи, и оказывается, что под давлением химия кардинально меняется; и, в-третьих, львиная доля вещества в нашей Вселенной существует в условиях очень высоких давлений. В частности, давление в центре Земли приближается к отметке в 4 миллиона атмосфер, и сейчас в лаборатории уже возможно достигать таких давлений и проверять теоретические предсказания. Кстати говоря, первый эксперимент при высоких давлениях был описан в Библии, и был проделан юным Давидом, которые совершил то, что сейчас бы мы назвали ударно-волновым экспериментом, когда он взял снаряд, это был камень, разогнал его в ускорителе, это была праща, и разогнанный снаряд ударился в мишень, это был лоб гиганта Голиафа. При этом ударе было достигнуто пиковое давление 0,15 гигапаскалей, и это давление оказалось достаточным, чтобы разрушить лоб гиганта Голиафа. Между прочим, этот расчет, в котором было получено давление в 0,15 гигапаскалей, был проделан группой академика Фортова в Москве, они занимаются ударно-волновыми экспериментами и, кстати, любезно предоставили мне эту картинку. Сейчас в лабораториях мы достигаем давлений в сотни ГПа. Чтобы достичь давления в 100 ГПа, что равно 1 миллиону атмосфер, вам нужно поймать примерно 200 слонов, и приложить их вес к одной-единственной дамской шпильке.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Итак, можем ли мы предсказать структуру вещества с помощью нашего эволюционного метода? Конечно, с помощью нашего метода, проводя полностью квантово-механические расчеты, где-то за час для углерода при атмосферных условиях мы получаем структуру графита, и не только ее – ибо на пути к ней мы получаем несколько менее устойчивые структуры с sp-гибридизацией (карбины), sp2-гибридизацией, и sp3-гибридизацией, то есть вся химия углерода вам становится известна из одного простого и быстрого расчета.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Сейчас я хотел бы показать вам пару фильмов. Вот как происходит наш эволюционный поиск для углерода уже под давлением в миллион атмосфер, когда устойчивой модификацией является алмаз. Мы начинаем со случайных разупорядоченных структур, а эволюция приводит к постоянному увеличению степени порядка, и очень быстро мы увидим структуру алмаза – вот она. На пути к алмазу мы находим уникальную структуру, содержащую пяти- и семичленные каналы (структура алмаза содержит только шестичленные каналы), и эта структура, как нам поначалу казалось, является лишь курьезом, потом, спустя два года, мы поняли, что эта структура новой модификации углерода, известной, в том числе, и экспериментально. Дело в том, что на протяжении последних 50 лет был многократно проведен достаточно алхимический эксперимент: ученые при комнатной температуре сдавливали графит, черное, непрозрачное мягкое вещество, способное писать на бумаге, и при давлении примерно в 200 тысяч атмосфер он вдруг становился прозрачным сверхтвердым веществом, царапающим алмаз. Понять структуру этого «сверхтвердого графита» долгое время не удавалось. Но наша структура полностью описывает экспериментальные наблюдения.

Что будет с углеродом, если мы его подвергнем давлению 2 тысячи ГПа? Алмаз уже будет неустойчив, а будет устойчива другая структура, которую ученые предлагали в течение нескольких десятилетий, и наши расчеты показывают, что их гипотеза была правильной.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Углерод - очень интересный элемент, в частности, алмаз является не только самым твердым веществом из всех известных человечеству, но и в определенном смысле самым плотным – он имеет наибольшее число атомов в единице объема. Если вы подсчитаете количество атомов в 1см3 алмаза, то оно будет больше, чем у любого другого известного вещества, но является ли это пределом? Можно ли придумать что-то еще более плотное, чем алмаз? Этот вопрос мы себе задали – а для решения вместо оптимизации энергии решили оптимизировать плотность. Ответ такой: существует много возможных модификаций углерода, которые по плотности значительно превосходят алмаз, и у этих модификаций есть очень интересные свойства.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Будет ли алмаз самым твердым из всех возможных веществ? Ответить на этот вопрос тоже можно, если оптимизировать на сей раз твердость, и получается, что алмаз действительно самое твердое из всех веществ, которое можно сгенерировать на компьютере, алмаз непобедим. Собственно говоря, слово «алмаз» в переводе именно это и означает – «неразрушимый, непобедимый». Тем не менее, есть целый ряд модификаций углерода, как гипотетических, так и реально известных, таких как лонсдейлит и наша новая модификация, которые по твердости очень близко подходят к алмазу.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Кстати, вернемся к «сверхтвердому графиту». Почему при сжатии графита образовался не алмаз, который устойчив при высоких давлениях, а какая-то другая модификация? Дело в том, что превращение из графита в алмаз сопровождается очень большой перестройкой структуры, многие связи рвутся, это требует огромной энергии, и если проводить эксперимент при не слишком высокой температуре, то этот процесс окажется невозможным, и вместо него будет проходить другой процесс, который быстрей и который характеризуется более низким энергетическим барьером. И оказывается, что процесс образования нашей новой структуры, которую мы назвали М-углерод, характеризуется большей скоростью, чем процесс образования алмаза из графита.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Итак, в нашем инвентаре уже есть новая модификация углерода. Мы знаем алмаз, графит, лонсдейлит, фуллерены (за которые получили Нобелевскую премию 15 лет назад американские и британский исследователи), карбины, которые были открыты советскими исследователями много десятилетий назад, а потом переоткрыты снова на Западе, теперь у нас есть еще М-углерод.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Если мы говорим об углероде, я не удержусь и расскажу вам еще одну историю. Около 10 лет назад обнаружилось, что планета Нептун излучает значительно больше тепла, чем получает от Солнца. Стало быть, Нептун каким-то непонятным образом производит тепло в своих недрах. Американский ученый Марвин Росс выдвинул гипотезу, что при высоких давлениях и температурах метан (это один из основных компонентов состава этой планеты) распадается с образованием алмаза и водорода. Нептун - жидкая планета, состоящая из смеси воды, метана и аммиака. Образующийся из метана алмаз, будучи твердым и плотным, падает, и падение алмаза высвобождает гравитационную энергию, которая преобразуется в тепло. По этой гипотезе Нептун нагревается за счет падения миллионов тонн алмазов в недрах Нептуна. Этой гипотезе особых противоречий нет, но долгое время не было понятно, выгоден ли энергетически этот процесс, должен ли метан на самом деле распадаться с образованием алмаза? Теоретические и экспериментальные данные противоречили друг другу. Мы применили наш метод, который позволяет добиться максимальной строгости в решении этой задачи, и мы подтвердили, что алмаз действительно должен образовываться. Вначале метан будет полимеризоваться, будут образовываться более длинные углеводородные цепи, а затем образуется алмаз. И вот перед нами, наверное, самый экзотический способ произведения теплоты, наверное, во всей Вселенной - это не распад радиоактивных элементов, это не сожжение какого-то топлива, это даже не сожжение алмаза, это падение миллионов тонн алмазов. Когда я об этом рассказываю, глаза моих студентов загораются алчным огнем, все-таки это капиталистическое общество, и всегда я слышу одно и то же предложение: давайте соорудим экспедицию за алмазами. Но, увы, это невозможно ввиду крайне высоких давлений и температур, да и вообще Нептун состоит из воды, аммиака и метана. Представляете себе, как эта смесь невообразимо воняет? Так что в экспедицию без меня...

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Настало время заканчивать лекцию и подытожить сказанное. С помощью нашего метода было сделано достаточно много открытий. Нам удалось найти целый ряд сверхпроводящих материалов, сверхтвердых материалов, материалов, из которых состоят планеты, как Нептун, так и минералы, из которых состоит Земля. Сейчас мы занимаемся разработкой дополнительных методов, которые позволят нам предсказывать новые лекарственные препараты, а также новые материалы для производства альтернативных энергий, новые методы, которые позволят предсказывать структуру поверхности кристаллов, а также структуру наночастиц. Будущее у этого направления очень большое, и я очень рад, что мне удалось воплотить свою научную мечту и приобщиться к воплощению мечты человечества. Не имея способностей к эксперименту, мне, тем не менее, удалось предсказать большое число новых материалов, которые впоследствии были экспериментально подтверждены.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Мне бы хотелось поблагодарить своих многочисленных сотрудников из моей американской лаборатории, талантливых людей со всего мира, с которыми меня связывает дружба и общие научные интересы. Без такого числа талантливых людей с их идеями, с их работой все эти исследования были бы невозможны. Еще раз благодарность «Полит.ру» за организацию этой лекции.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Эта лекция исполнила еще одну мою мечту – будучи школьником, я ходил сюда, в Политехнический музей, на лекции по химии в 1982 и 1983 годах, и вот теперь мне самому довелось прочитать лекцию в самом главном для меня лектории - Лектории Политехнического музея. Большое вам спасибо за внимание.

 

Обсуждение лекции

Артем Оганов (фото Н. Четвериковой)
Артем Оганов
(фото Н. Четвериковой)

Борис Долгин: Спасибо большое. Нас в проекте «Публичных лекций» поддерживает Российская Венчурная Компания, ее мандат предполагает необходимость содействия развитию экосистемы инновационного венчурного предпринимательства в России. К этому имеет прямое отношение и просветительская деятельность в сфере науки, технологий. Но, Артем, зачем вам это? Я понимаю, что в детстве вы получили заряд просветительских  лекций. Но у вас достаточно тяжелая жизнь - на несколько стран, жизнь в сложной команде, которая занимается такими интересными вещами, и в то же время вы позволяете себе тратить время на то, чтобы не коллегам, не потенциальным инвесторам, которые что-то такое вложат, а просто интересующимся людям рассказывать об этом всем. Что такое для вас такого рода деятельность?

Артем Оганов: Тут есть несколько аспектов. Во-первых, я считаю, что одной из основных целей в науке является как раз популяризация знаний: если в этом зале найдется хотя бы одна пара детских глаз, которые зажгутся, и какой-нибудь ребенок скажет: «Я тоже хочу заниматься наукой», - то, наверное, это будет достаточно, чтобы мне сказать, что я прожил свою жизнь не зря. Второе – я очень люблю свою работу и очень люблю делиться своим восторгом от тех открытий природы, которые мне довелось совершить, возможно, вы даже почувствовали мой энтузиазм, когда я рассказывал не только о своей работе, но и о разных уникальных свойствах материалов – аэрогели, сверхпроводники, сплавы с памятью формы. Этим восторгом мне очень нравится делиться, мне кажется, что знание делает человека лучше, и не в этом ли наша функция на Земле, чтобы становиться лучше и помогать другим? Кроме того, лекции меня очень сильно мобилизуют, иногда бывает так: я встаю утром, этот бок болит, тот бок болит, ничего не хочется, но если в этот день у меня лекция, то это меня собирает в кулак и я мгновенно прихожу в идеальную спортивную форму, так что для меня это, если хотите, еще и фитнес.

Борис Долгин: Спасибо большое. Если я правильно помню, вы говорили в свое время, что вы работаете с командой в разных странах, что работает какая-то сложно устроенная коллаборация. Может быть, нашим коллегам, сидящим в зале, не совсем привычным к таким формам, интересно было бы послушать, как это возможно, как может осуществляться такая работа на расстоянии, что это вообще такое.

Артем Оганов: Это все достаточно просто: я теоретик и моя лаборатория, все ребята, которые работают в моей лаборатории – теоретики. Теоретику не обязательно все время находиться на своем рабочем месте, достаточно быть подсоединенным к компьютеру, на котором можно проводить вычисления. В моей лаборатории мы очень много общаемся с помощью Интернета: Skype, Facebook. У нас на Facebook есть своя группа, на которую мы вешаем новости, какие-то идеи, и затем все вместе их обсуждаем. То же самое касается и наших коллег, которые работают в других странах. У меня достаточно сильные научные контакты в Китае, куда я езжу каждый год, в России, и здесь сидит академик Пущаровский, мой учитель, с которым мы тоже написали не одну статью. Взаимодействие со всеми этими людьми, которых география с нами разлучила, становится возможным и очень эффективным благодаря компьютеру.

Борис Долгин: Вы все время говорит:е компьютер, компьютер, руки не из того места и так далее, но только есть ощущение, что у вас есть вкус и к самим материалам, трудно поверить, что вы никогда ничего с ними не делаете – и что это только для лекции. Не преувеличение ли это?

Артем Оганов: Я вам скажу вот что: наверное, в душе у каждого теоретика живет несостоявшийся экспериментатор, и когда я могу воплотить свою склонность делать что-то руками, пусть они у меня кривые, но все-таки на лекционные эксперименты они сгодятся, я не упускаю случая делать такие эксперименты. Но это только для лекций. Я достаточно давно понял, что экспериментатором мне быть нельзя. Я делал химические эксперименты начиная с раннего детства, с 7 лет, и мне очень везло - в частности, серная кислота попадала мне в глаз, на руки; я горел во время этих экспериментов; бывало, что я вдыхал, насколько я понимаю, что-то, тесно связанное с синильной кислотой, так что довелось мне достаточно много веществ, которые в норме обернулись бы травмой или летальным исходом, но меня судьба сберегла. Даже после тех экспериментов я не понял, что мне нельзя быть экспериментатором. Окончательно я это понял на физическом практикуме МГУ на первом курсе, когда нам была дана задача измерить плотность стального бруска и оценить погрешность измерения. Вы взвешиваете этот брусок, определяете погрешность массы, вы измеряете его объем, определяете погрешность объема, затем делите массу на объем – это плотность, немного сложнее получается затем и погрешность. Мой ответ был такой: плотность стали = 7,6 г/см3 это правильное значение, а вот погрешность измерения была ± 15 г/см3. Преподаватель посмотрел на мои результаты, ошибки найти не смог, и сказал: «Что ж, голова работает хорошо, а руки…» - это было тем ключевым поворотным моментом, когда я решил, что экспериментом мне лучше не заниматься.

Борис Долгин: Но явно, что с экспериментаторами вы как-то работаете, то есть вы делаете прогноз, прогнозируете структуру, но вам дальше нужно что-то знать по поводу того, как прогноз состоялся, как устроена эта работа?

Артем Оганов: Безусловно.

Борис Долгин: Есть ли в вашей коллаборации какие-то экспериментаторы?

Артем Оганов: Великий русский химик Бутлеров сказал, что факты без теории - это не наука, то есть теория это суть науки. Но в то же время критерием теории всегда является практика, и наука, физика то будь или химия, все-таки в основе своей - экспериментальная наука. Поэтому теоретическое предсказание без экспериментального подтверждения как бы витает в воздухе, нам всегда нужно экспериментально подтверждать то, что мы предсказываем, и выглядит это так: когда у нас есть интересное предсказание, мы связываемся с экспериментаторами, и они, если их это интересует, работают более или менее независимо от нас, а затем мы сверяем наши результаты.

Борис Долгин: Это какие-то ваши стабильные партнеры?

Артем Оганов:

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Да, более или менее стабильные. Я приведу вам такой пример, мы несколько лет назад сделали предсказание, что если взять натрий (это один из самых лучших металлов по проводимости, по отражающей способности, натрий прекрасно описывается моделью свободных электронов). Известно, что когда вы сдавливаете вещество, оно должно все ближе подходить к модели свободных электронов. Тут же мы имеем вещество, которое изначально в этом пределе, что же произойдет с ним при сдавливании? Наивный ответ: оно станет еще более металлическим, и еще лучше будет описываться моделью свободных электронов, но получается наоборот. По нашему предсказанию, которое мы сделали несколько лет назад, при давлении в 2 миллиона атмосфер натрий вообще перестает быть металлом, он становится прозрачным диэлектриком, поначалу - красным прозрачным, как рубин, а потом бесцветным прозрачным, как оконное стекло. Представьте себе такой эксперимент: вы берете серебристый металл, сжимаете его до 2 миллионов атмосфер и вначале он у вас становится как рубин - красный и прозрачный, а затем бесцветный прозрачный, как стекло – это алхимия, это звучит крайне неправдоподобно, и когда мы совершили это теоретическое предсказание, мы долго проверяли, мы не могли в это поверить. Закончив проверку, мы отправили статью в Nature, самый престижный научный журнал, и в течение нескольких дней получили оплеуху, редактор журнала швырнула нам по электронной почте статью обратно и написала: «Мы не можем это публиковать, мы не верим. К нам приходит много сумасшедших предсказаний, Ваше одно из них, до свидания». Это при том, что у меня там было публиковано уже 4 статьи. Думаю, ничего себе, уже можно было бы привыкнуть к тому, что мои предсказания сбываются. Я не на шутку обиделся и позвонил своему хорошему другу и коллеге, замечательному экспериментатору, родом, кстати, из России, Михаилу Еремцу, изложил ему нашу ситуацию и предложил ему проверить наше предсказание экспериментом. Еремец мне сказал примерно следующее: «Я тоже не верю вашему предсказанию, но из уважения и любви к вам попробую». Через несколько недель приходит мне сообщение по электронной почте от Еремца, с единственной фразой «смотри attachment». Я открываю attachment, а там слайды, где показано: вот натрий при давлении в миллион атмосфер – серебристый белый, а вот натрий при давлении в 2 миллиона атмосфер – красный прозрачный диэлектрик. Все наши предсказания подтвердились, и нашу статью приняли к печати без возражений. Вот так происходит взаимодействие с экспериментаторами.

Борис Долгин: А задают ли они вам вопросы? То есть бывает ли обратная ситуация, не вы даете прогноз, и они проверяют, а они осознают, что что-то не сходится, что-то такое странное происходит, и, возможно, вы сможете как-то смоделировать, рассчитать, объяснить это и может быть спрогнозировать какие-то еще последствия?

Артем Оганов: Да, такое бывает.

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Могу привести два примера. Один пример был совсем недавно, когда американские экспериментаторы, сдавливая метан, обнаружили, что он претерпевает какое-то странное превращение в очень сложную структуру, которую в деталях они не смогли даже определить, и они обратились ко мне, а я обратился к своему аспиранту, у меня есть поразительно талантливый аспирант, который как раз и является одним из основных разработчиков этого метода. Ему удалось развить этот метод до таких высот, что за два дня на обычном персональном компьютере делая квантовые механические расчеты, он смог предсказать огромную кристаллическую структуру, которая полностью объяснила экспериментальные данные. Другой опыт, когда другой американский экспериментатор Джиухуа Чен и также независимо от него французско-русско-украинский экспериментатор Владимир Сложенко со мной связались и сказали, что они смогли синтезировать новую форму элемента бора. Бор - очень сложный элемент, и они смогли доказать существование его новой модификации, но определить ее структуру не сумели. Мне удалось решить структуру этой фазы бора за одну ночь. После ужина я начал расчет, на следующий день после завтрака я уже знал, какая структура, – вот еще один пример такого взаимодействия. Взаимодействия бывают в обе стороны. Иногда экспериментаторы с нами связываются, иногда мы с ними связываемся. Это крайне полезные и приятные взаимодействия.

Борис Долгин: Спасибо.

Дмитрий Юрьевич Пущаровский, академик РАН, декан геологического факультета МГУ: Спасибо. Прежде всего, мне хотелось бы, обращаясь ко всем присутствующим, сказать, что Артем - один из самых выдающихся выпускников геологического факультета Московского Университета, и, немного дополняя его ответ на ваш вопрос, я хочу сказать, что здесь как-то не прозвучало, но Артем мог бы не менее интересную и захватывающую лекцию прочитать на тему о глубинах Земли, о том, что представляет собой вещество в глубинных оболочках, а это задача совершено не праздная, она сложнее, чем исследование космоса, но я не буду дальше продолжать, потому что наверняка есть желающие, и я хотел дополнить ответ Артема на ваш вопрос, ведь его открытие, которое в 2004-м году потрясло всю минералогическую общественность, связано с тем, что он предсказал, что за возможный минерал может быть на глубинах от 2700 до 2900 км, то есть на границе мантии и ядра Земли - есть такой аналог структурный тип CaIrО3, это слои из октаэдров, чередующиеся со слоями из катионов, в данном случае - магния. Так что это, мне кажется, в активе Артема совершенно очевидно, и после этого (это было теоретически предсказано) у него очень прочный альянс с японскими экспериментаторами, в частности, с таким известным в наших кругах экспериментатором, как Оно, который это воспроизвел экспериментально, и после этого в этом предсказании сомнений нет. И заканчивая свой короткий комментарий, хочу сказать, что то, что мы слышали, это безумно интересно, это было в очень увлекательной форме, свойственной Артему, когда он еще и преподавал и в геологической школе у нас на факультете, и это вообще его стиль. Большое спасибо, и наверняка еще новые сюжеты и в этой программе прозвучат из его уст. Спасибо.

Борис Долгин: Спасибо большое. Чуть-чуть Артем нам рассказал о материале пост-перовските в рамках программы «Наука 2.0», это на «Полит.ру» опубликовано, но я очень надеюсь, что это не последнее выступление Артема у нас здесь, и я думаю, что еще будет возможность об этом поговорить.

Артем Оганов (фото Н. Четвериковой)
Артем Оганов
(фото Н. Четвериковой)

Артем Оганов: Вы знаете, с огромным удовольствием расскажу вам также о глубинных геосферах Земли, мне нужен фитнес.

Борис Долгин: Замечательно, мы очень рады.

Артем Оганов: Но прежде всего я хотел бы поблагодарить Дмитрия Юрьевича Пущаровского, академика Пущаровского за столь лестный отзыв, мне он очень дорог, и должен сказать, что во многом я учился понятности и увлекательности лекционного изложения у Дмитрия Юрьевича.

Артем Лунев, аспирант НИО МИФИ: Добрый вечер, спасибо за лекцию. Вопрос такой: шла речь о том, что вы предлагаете какие-то способы создания новых непредсказуемых материалов, но вместе с тем вы все время говорили только о кристаллографической структуре, но вместе с тем мы знаем, что есть материалы с идентичной структурой, допустим, UО2 и PuO2 имеют структуру флюорита, но в одном материале наблюдается суперионный переход, а в другом материале не наблюдается. Почему вы уделяете большое внимание структуре – это первый вопрос, и второе - это то, что есть широко используемые методы именно для определения стабильной структуры, то есть та же молекулярная динамика, например, молекулярная статика, при 0°К, и в чем новизна вашего подхода? Спасибо.

Артем Оганов: По поводу того, как структура определяет свойства. Структура определяет свойства вкупе с составом. Когда мы предсказываем наши новые материалы, мы задаем химический состав, если просто говорить о структуре, ту же структуру имеют NaCl и многие металлические сплавы, у них нет ничего общего по свойствам. Если вы задаете и структуру, и состав, то это однозначно определяет очень многие свойства вещества, поэтому если вы хотите изобрести новый материал на компьютере, вам нужно, прежде всего, понять, какую он будет иметь структуру, и, зная структуру и состав, вы сможете предсказать его свойства. Стандартный расчет для UО2 и для PuО2 даст разные свойства. Далее, по поводу того, чем отличается наш метод предсказания кристаллических структур от молекулярной динамики, от молекулярной статики и так далее. На самом деле, ни молекулярная динамика, ни молекулярная статика не являются методами предсказания кристаллических структур. Поверхность потенциальной энергии любого соединения характеризуется астрономически большим числом минимумов, молекулярная статика вас сталкивает к ближайшему от исходной точки минимуму, она не дает вам возможности понять, какие еще минимумы энергии есть у этого вещества. Расчеты, которые производились таким методом до того, как появились наш метод и подобные ему, как правило, давали ошибочные результаты, ибо фактически ваша структура полностью определяется начальными условиями. Если начальные условия рядом с одним локальным минимумом энергии, вы свалитесь в этот минимум, если начальная структура рядом с другим локальным минимумом, вы свалитесь в него - даже не подозревая о том, что есть и другие структуры. Молекулярная динамика во многом характеризуется теми же проблемами, молекулярная динамика - это фактически то же, что и молекулярная статика, но атомам дается некоторая скорость, некоторая кинетическая энергия, которая позволяет им скатываться не ровно в минимум, а бродить вокруг этого минимума, но вам будет крайне сложно перепрыгнуть из одного минимума в другой, поэтому молекулярная динамика также мало пригодна для предсказания структур. Для целей предсказания структур есть более пригодные методы, такие как случайный поиск, искусственный отжиг, эти методы работают в системах с 10-20 атомами периодической элементарной ячейки, но они неэффективны, потому что там отсутствует элемент самообучения. Например, что такое случайный поиск? Вы случайно генерируете структуру, случайно кидаете куда-то атомы, а потом методом молекулярной статики скатываетесь к ближайшему минимуму, и так вы прощупываете миллиард минимумов, пока не обнаружите тот самый, но это слишком долгий и дорогой расчет, наш метод позволяет гораздо более эффективно проводить предсказание структур.

Артем Лунев, аспирант НИО МИФИ: Этот метод, возвращаясь к его сути, - это термодинамический метод, или он основан на первых принципах, что это? Можно подробнее?

Артем Оганов: Он основан и на термодинамике, и на квантовой механике, в своей основе он имеет термодинамическую суть, он ищет глобальный минимум термодинамического потенциала. Он ищет термодинамически устойчивую структуру, а эти расчеты энергии, по которой мы определяем, какая из структур наиболее устойчивая, делаются на основе квантовой механики – это первопринципные расчеты.

Павел Юрьевич Плечов: Хочу спросить о методе: когда вы рассчитываете минимизацию структуры, вы имеете в виду всегда чистые вещества, или все-таки вы работаете со смесями компонентов? и меня, конечно, интересуют расплавы, как обычно.

Артем Оганов: Тут нет ограничения на химическую чистоту, можно исследовать системы с примесями, можно даже исследовать многокомпонентные системы, в частности недавно мы расширили этот метод на многокомпонентные системы, например, система Mg - Fe, в обычных условиях нет никаких соединений, при высоких давлениях соединения появляются, и, проводя один расчет, вы можете предсказать все устойчивые соединения одним махом – химическую формулу устойчивых соединений, а также и их структуру.

Между прочим, Павел Юрьевич, вы можете еще раз подняться, я не удержусь, расскажу историю, как мне кажется, достаточно пикантную. Дело в том, что с Павлом Юрьевичем мы знакомы и дружим уже 25 лет.

Борис Долгин: Видимо, в Геошколе познакомились?

Артем Оганов: Совершенно верно, и в этой самой Геошколе я много лет подряд получал на всех олимпиадах первые места, но когда настала пора поступать на геологический факультет, выяснилось, что я не могу туда поступать по причине дальтонизма. Он у меня не сильный, к тому же я не собирался быть полевиком. Как кристаллограф я мог быть даже слепым, если бы оставался теоретиком, но по формальным требованиям поступить на факультет не мог. Узнав об этом, Павел Юрьевич пошел вместе со мной в поликлинику, и после беседы с ним доктор на моих глазах вырвала этот лист из моей карты. Правда, через несколько лет этот лист каким-то непонятным для меня образом оказался в моей карте, но уже было поздно, я к тому времени окончил МГУ. Большое спасибо, Павел Юрьевич.

Борис Долгин: Да, это замечательное действие, которое таким образом спасло Артема для мировой науки. Надо сказать, что эта история - некоторый способ задуматься о том, а справедливы ли некоторые подобные требования к здоровью поступающих?

Павел Юрьевич Плечов: Перед тем, как идти к врачу, я как директор Геошколы проверил Артема на способность определять минералы, и его форма дальтонизма не мешала ему получать пятерки по минералогии, по петрографии и так далее, то есть дальтонизм бывает разной формы, я абсолютно чист.

Борис Долгин: Я в этом не сомневаюсь, я думаю о том, а для всех ли в таком случае специальностей справедливы такие медицинские требования, не убиваем ли мы еще какое-то количество будущих талантливых ученых?

Павел Юрьевич Плечов: Могу сказать по секрету, что, несмотря на жесткие правила, я знаю не одного дальтоника, обучавшегося на геологическом факультете. Это тест на инициативу и возможность проходить барьеры.

Артем Оганов: Я могу эту историю продолжить. Когда я поехал в аспирантуру в Лондон, прошло пару лет, и уже близился к защите своей кандидатской диссертации, то с изумлением обнаружил, что мой научный руководитель, знаменитый профессор Прайс, декан геологического факультета, член Европейской академии, и так далее и тому подобное - дальтоник, причем не такой умеренный, как я, а гораздо сильнее - он вообще не видит цветов. У него основная проблема была то, что когда вышла его книга, то на зеленом фоне было написано красными буквами, и он обложку книги вообще не воспринимал! Я ему сказал: «Дэвид, у меня были такие проблемы, я чуть не вылетел из-за дальтонизма». Он на меня посмотрел с изумлением и говорит: «Если бы какой-то университет в Англии принял бы такой закон, что дальтоникам нельзя поступать, все мигом бы сели в тюрьму».

Александр: Здравствуйте! Я хотел бы спросить про результаты вашей работы, вы упомянули лекарство, а что за лекарство?

Артем Оганов: Мы сейчас находимся на стадии методологических разработок. Сейчас мы смотрим на такие вещества, как глицин, то есть простые жесткие молекулы. В принципе эту методологию можно применять к любым лекарствам, состоящих из не очень больших молекул, но мы сейчас находимся на стадии методологических разработок. Мы уже предсказали новый ряд форм льда, метана аммиака, бензола, глицина. Впереди – более сложные лекарственные препараты.

Даша: Здравствуйте! вы рассказывали, что викинги применяли кристаллы для навигации, а как они их применяли?

Артем Оганов:

Как научить компьютер открывать новые материалы. Лекция Артема Оганова

Даша, если можно тебя вызвать сюда, мы с тобой проделаем этот эксперимент. В исландском эпосе говорится о том, что король, конунг викингов Лейф Эрикссон повел свою дружину на кораблях-дракарах через Атлантический океан. Была полярная ночь, что значит, что ты не видишь ни зги, причем ни утром, ни днем, ни вечером. Викинги, эти искусные мореплаватели, элементарно заблудились, говорит исландский эпос, и тогда конунг Лейф Эрикссон говорит: «Не бойтесь!» - и достает из кармана некий «солнечный камень». Он вертит его в руках, смотря сквозь него на тусклый свет из-за горизонта, и говорит: «Желтое, солнце там, и запад там же, плывем туда». Так викинги доплыли до Гренландии, Нью-Фаундленда, и до Америки. Ты видишь, что цвет меняется от желтоватого до ярко-синего. Дело в том, что плеохроичные минералы могут определять то, что мы называем плоскостью поляризации света. Обычный свет, который мы видим днем, неполяризованный, это значит, что световые волны могут идти по-всякому, но когда солнце зашло, мы видим отраженный свет, и отраженный, вечерний свет оказывается поляризованным, причем если ты определишь направление плоскости поляризации света, то перпендикулярно к ней будет находиться солнце. Направление плоскости поляризации света такие плеохроичные кристаллы как раз и позволяют обнаружить. То, что я тебе сейчас показал, - это некоторого рода переупрощение, потому что кристалл кордиерита будет желтым здесь и здесь, но если натренировать глаз, то ты сможешь видеть разницу и проводить навигацию, но для этого нужен очень тонкий глаз, ты сможешь натренировать себя, чтобы в вечерних сумерках определять направление на солнце, направление на запад. А викинги и плыли на запад. Между прочим, минерал кордиерит, который я сейчас как раз демонстрирую Даше, очень распространен у берегов Норвегии, где викинги благополучно проживают доныне, так что тут все сходится.

Борис Долгин: Хочу заметить еще один интересный момент: Артем, будучи хотя и теоретиком, но все-таки вполне представителем классических естественных наук, очень часто в своих примерах иллюстрациях обращается к культурному гуманитарному материалу. Когда слышишь гуманитария, хочется, чтобы и он мог столь легко обращаться к материалу иных дисциплин.

Константин Иванович: Спасибо за хорошую лекцию. Хотелось бы узнать, сейчас открытия делаются на стыке наук, но стык - не совсем четкая понятная вещь. Стык происходит в одном человеке или когда собирается группа? вы геолог, математик, программист, физик, химик, вы как Ломоносов или как человек, который сумел собрать группу? Спасибо.

Артем Оганов (фото Н. Четвериковой)
Артем Оганов
(фото Н. Четвериковой)

Артем Оганов: Я не Ломоносов, но присутствует и тот, и другой элемент. Я себя называю кристаллографом. Кристаллография - это уже наука на стыке физики, химии, наук о Земле, материаловедении, биологии, планетологии, поэтому эта наука уже изначально на стыке, мне только лишь и нужно, что узнавать свою науку с других сторон, но также я сотрудничаю с людьми из других областей. Если у вас будет возможность приехать ко мне в лабораторию, вы увидите, что у нас там есть ребята, у которых образование материаловедческое, или физическое, или математическое, или химическое, и также среди тех людей, с которыми я сотрудничаю по всему миру, тоже есть разные области, в которых они получили образование. Я очень люблю работать на стыке, это, мне кажется, очень раскрывает творческие способности. В частности, однажды перед нами встала задача анализа результатов наших расчетов - а каждый расчет производит несколько сотен структур, в которых содержится бесценная информация. Создание методов анализа этих данных нас завело в совершенно незнакомую нам поначалу область – область многомерной геометрии. Я никогда в жизни не думал, что буду заниматься многомерной геометрией, но это оказалась крайне увлекательная область, и когда мы стали этой областью заниматься, оказалось, что до нас к этому же в анализе похожих данных пришли, в частности, антропологи, литературоведы. Оказывается, с помощью похожих методов, которые мы развивали, уже давно литературоведы определяют авторство текстов, а генетики и антропологи определяют родство между нациями на основе ДНК. Так что здесь крайне интересен стык наук, когда мы с изумлением можем видеть, что очень похожие идеи могут быть приложимы к самым разным областям науки.

Ольга: Я гуманитарий, и мне безумно понравилась ваша лекция, я в восторге. У меня немного с другой стороны вопрос. Я ничего не понимаю в геологии, но завораживает абсолютно. У меня ребенок, ей два года, я хочу учить ее в области технических точных наук, я не могу найти для нее ни одного детского сада, не говоря уже о какой-то специализированной школе в дальнейшем. Она девочка. Подскажите, с чего вы начинали, я понимаю, что это было в советское время, вы из научной семьи, ваши родители занимались точными техническими науками, откуда у вас появился этот интерес, потому что я поняла, вы с ранних лет интересовались геологией.

Артем Оганов: Поначалу я интересовался химией, потом я увлекся минералогией, и это синтезировалось в мою нынешнюю работу: кристаллографию, геохимию, физику материалов. Началось все, когда мне было 6 лет, моя мама, которая сидит в этом зале, которая, вообще-то говоря, психолог… Дело было так: я разбирал книги, в доме у нас большая библиотека, и мне попалась популярная книга про химические элементы, и там были картинки – а на картинках химические элементы друг с другом играли, друг друга мыли, друг друга били, друг от друга прятались, одни были лысые, другие лохматые, одни были толстые, другие совсем худые, и мне эта книга страшно понравилась, я ее сразу же прочитал, потом решил, что нужно прочитать еще что-то, и так уровень этих книг постепенно усложнялся. С 7 лет я уже читал журнал «Химия и жизнь», для меня это был самый главный и самый интересный журнал на свете - каково же было мое счастье, когда этот журнал стал писать о моих работах! Для меня это значит куда больше, чем публикация в каких-либо других журналах. Итак, благодаря случайно найденной научно-популярной книге по химии я и увлекся этой наукой, и я всю свою жизнь думал, что эта книга мне попалась случайно, и лишь пару месяцев назад, разговаривая с мамой, я сказал: «Эту книгу я случайно нашел», - мама так на меня посмотрела и говорит: «А ты уверен, что случайно? Вообще-то эту книгу тебе подбросила я». Видимо, она как психолог поняла мои склонности с раннего детства, брату же она подкладывала совершенно другие книги, и он стал высочайшего уровня программистом.

Борис Долгин: На самом деле, разговор на этом не заканчивается. Дальше вы ходили на лекции в Политех, насколько я понимаю, более того, вместе с мамой ходили, и, как вы рассказывали, она вам конспектировала эти лекции, поскольку вы не умели так быстро писать. Но потом-то началась Геошкола. А работает ли сейчас Геошкола? Потому что вопрос был, как сейчас человеку определиться, я не знаю насчет детского сада, но Геошкола, может, и есть.

Артем Оганов: Геошкола есть.

Борис Долгин: Тогда девочка пусть подрастает и идет в Геошколу.

Артем Оганов: Вы знаете, есть потрясающие экспериментальные наборы для деток. Своей трехлетней дочке я недавно купил один из таких наборов, связанных с флюоресценцией. Моя дочь обожает этот эксперимент. Однажды мы флюоресцентной краской намазали себе носы, а потом бегали в темноте - для трехлетнего ребенка это был потрясающий восторг. Вообще, я своей дочке стараюсь покупать не просто какого-то плюшевого мишку, а, по меньшей мере, мишку, который прыгает и поет, чтобы что-то двигалось, чтобы что-то настраивало ребенка на размышление и любознательность.

Борис Долгин: Вообще, какие-то вещи для интересующихся детей вполне работают. В некоторые школы специально приглашают с лекциями хороших ученых, а иногда они там постоянно ведут занятия. Существуют летние школы для детей, которые хотят учиться и в каникулы. Мне посчастливилось какое-то время преподавать в Летней экологической школе. Есть еще Летняя школа «Исследователь», полупревратившаяся в Летнюю школу журналистики «Русского репортера» (ее представитель как раз присутствует в зале), и многие другие. Так или иначе, если у ребенка возникло желание учиться, по-моему, большой проблемы нет.

Дмитрий, аспирант института астрономии: Скажите, пожалуйста, до каких давлений и температур применим ваш метод. Можно ли с его помощью рассчитывать, например, кристаллические состояния вещества в недрах звезд?

Артем Оганов: В принципе, да, его можно применять к любым объектам, для которых вы можете оценить энергию. Если речь идет о состоянии вещества в нейтронных звездах, я не уверен, что мы можем оценивать энергию взаимодействия нейтронов друг с другом, поэтому тут, наверное, есть сложности, но сложность не со стороны нашего метода, а со стороны оценки взаимодействия между нуклонами.

Дмитрий, аспирант института астрономии: Еще небольшой вопрос. Вы говорили, что за одну ночь рассчитали кристаллическую структуру атома бора, а это, случаем, не тот борид бора, о котором недавно так много писали?

Артем Оганов: Да, совершенно верно. Это такой элемент, в котором атомы бора (я вам показывал нечто похожее для примера рубидия) выполняют две совершенно различные кристаллохимические роли.

Маргарита, аспирантка геохимии: У меня вопрос такой: в основном шла речь о предсказании кристаллической структуры именно кристаллического состояния вещества, а каковы перспективы в направлении предсказания структуры софт-маттер веществ, то есть каких-то коллоидных супермолекулярных полимеров, в том числе неорганического состава. Спасибо.

Артем Оганов: На самом деле, методология будет абсолютно та же, то есть с помощью нашего метода можно предсказывать и структуру кристаллизующихся коллоидов, подобные работы уже ведутся, в частности, в Венском университете, так что это абсолютно реально; единственно, что важно уметь рассчитывать энергию взаимодействия, в частности - между коллоидными частицами, но это не проблема, существует целый ряд моделей, которые описывают такое взаимодействие. Это решаемо.

Виктор Кузнецов, химический факультет: У меня тоже вопрос достаточно технический. Насколько я понимаю, метод ваш по существу представляет собой очень многомерную минимизацию…

Артем Оганов: Абсолютно верно.

Виктор Кузнецов, химический факультет: …каким железом вы пользуетесь? На самом деле, я вырулил на ваши публикации независимо от вашей лекции, и будет возможность воспользоваться.

Артем Оганов: Мне очень приятно, что вам мои работы были известны еще до этой лекции, и очень приятно видеть коллегу здесь. Речь идет, какими компьютерными ресурсами мы пользуемся. Ответ такой: все зависит от того, насколько сложна ваша задача. Некоторые из этих задач мы решаем вообще на персональных компьютерах, некоторые из них, в особо сложных случаях, требуют применения мощных суперкомпьютеров. Но в смысле суперкомпьютеров Россия сейчас находится в очень хорошем положении, есть прекрасные суперкомпьютеры в МГУ, в Академии Наук и, кстати говоря, я ими тоже пользуюсь, так что тут у вас проблем не должно быть, это все решаемо.

Александр, МГТУ им. Баумана: Хотел узнать, какой статус имеет ваш метод: это набор библиотек, либо это отдельное приложение, и какой у него правовой статус, как его распространяют - открыто, доступно или лицензионно. Спасибо.

Артем Оганов: Это обычная программа, состоящая из ряда подпрограмм, распространяется бесплатно, для этого нужно пройти десятисекундную регистрацию, заполнить ваше имя, ваш электронный адрес и затем скачать ее.

Для университетских ученых мы это делаем бесплатно, но для компаний требуется плата - нам подумалось, что какая-нибудь компания вроде Adidas за свои ботинки с нас берет сверхприбыль, а мы в ответ за свою работу берем плату с них, так что компании нам платят.

Борис Долгин: Это кажется вполне справедливым.

Артем Оганов: Абсолютно, и, между прочим, компания Intel за право пользования нашей программой, а также за некоторые методологические шаги с нашей стороны для их внутренних исследований, дала нам грант в размере 200 тысяч долларов, так что и нам это оказалось крайне полезным.

Алексей, студент МГУ: У меня два вопроса. Первый - какие перспективы применения метода для квазикристаллов, то есть там есть какие-то специфические сложности? Второй из разряда, а что мешает взять ученому и отдать эту программу Intel?

Артем Оганов: Ничего не мешает.

Борис Долгин: Иногда у людей бывают какие-то представления об этике, теоретически это может помешать.

Алексей, студент МГУ: Это более или менее шуточный вопрос, а вот серьезный. Можно узнать или взять адрес?

Артем Оганов: В Интернете наберите название метода или мою фамилию, и через пару ссылок вы выйдете на эту страницу. Вы знаете, на самом деле с Intel у нас очень хорошие отношения, и у них наша программа и так уже есть. Я совершенно согласен, если кто-то не соблюдает свое слово, что же тогда с таким человеком поделать, можно только пожалеть, правильно? Какой еще вопрос у вас был?

Алексей, студент МГУ: Про применимость к квазикристаллам.

Артем Оганов: К квазикристаллам этот метод применим. Этот метод применим для поиска любых термодинамически устойчивых состояний. Мы знаем, что в некоторых системах квазикристаллы являются термодинамически устойчивыми, и в этих случаях он абсолютно применим.

Алексей, студент МГУ: А можно будет после лекции подойти посмотреть?

Артем Оганов: Да, конечно. Все желающие приглашаются посмотреть, что у нас за эксперимент.

Григорий Тарасевич, журналист, выпускник Геошколы: Сегодня утром я обнаружил в Интернете, собираясь на вашу лекцию, свежие новости, дескать, Оганов смоделировал три новых формы углерода, которые теоретически по своему блеску должны превосходить алмаз. А вообще, чего можно ждать от углерода? У нас еще появятся фуллерены, графены?

Артем Оганов: Углерод - это элемент по своей химии и физике практически неисчерпаемый. Я думаю, что причина этого состоит в том, что углерод образует направленные эквивалентные связи, и он может принимать несколько разных гибридных состояний - sp, sp2, sp3, – эти три состояния у него являются основными, и поскольку мы имеем дело с очень сильными направленными связями, то преобразовать одну форму углерода в другую оказывается крайне сложно, поэтому мы можем в замороженном метастабильном состоянии получать много разных и крайне интересных модификаций углерода. Я уверен, что список модификаций углерода будет пополняться, на это есть прямые экспериментальные свидетельства. Когда экспериментатор подвергает углерод ударному сжатию, то оказывается, что у продукта ударного сжатия необычные свойства, необычные дифракционные картины. Решить структуру по данным такого качества невозможно, но совершенно очевидно, что мы имеем дело с новыми модификациями углерода, еще толком не изученными и не расшифрованными, так что углерод еще долго нас будет радовать.

Борис Долгин: А вы-то им будете заниматься? вы собираетесь еще что-нибудь открыть?

Артем Оганов: Да, мы занимаемся углеродом, это действительно крайне интересный элемент. Сейчас у меня есть такая мечта, немного сумасшедшая, - открыть сверхпроводящую фазу углерода. Если в алмаз ввести небольшую примесь бора, то, как было показано учеными из Института Физики Высоких Давлений в Троицке, алмаз становится очень неплохим сверхпроводником. Если поменять расположение атомов углерода в структуре, то можно добиться того, что даже без примесей это будет металл, возможно, сверхпроводящий. Есть целый ряд указаний на то, что из углерода можно сварить приличный сверхпроводник, но это лишь гипотеза, нам остается только ее проверить.

Борис Долгин: Вы собираетесь это делать?

Артем Оганов: Да, мы собираемся.

Борис Долгин: Пока наши коллеги думают над следующим вопросом, я должен сказать, что Григорий Тарасевич - не просто выпускник Геошколы, но и один из тех людей, которые уже на протяжении полутора десятилетий занимаются популяризацией науки в России, научной журналистикой в разных изданиях последовательно, а сейчас возглавляет отдел науки журнала «Русский репортер» и руководитель упоминавшейся Летней школы журналистики, которая обучает одаренных детей и не только детей, но и студентов.

Виталий Лейбин, главный редактор журнала «Русский репортер»: Что с белками? Там проблема в том, что в белках недостаточно точная модель для определения энергии состояния?

Артем Оганов: В белках много проблем. Белки - это крайне сложные объекты, во-первых, посчитать энергию межатомного взаимодействия в белке очень сложно. Дело в том, что различные конфирмации белковой молекулы имеют энергии, которые очень мало отличаются друг от друга, поэтому нужна невероятно высокая точность такого расчета - это лишь одна из проблем. Другая проблема в том, что у белка очень много степеней свободы, речь идет о тысячах, десятках тысяч степеней свободы, и бороться с таким числом степеней свободы очень сложно в контексте глобальной оптимизации, но и белки существуют не в вакууме, они существуют либо в каком-то растворе, либо в клетке, либо во взаимодействии с другими молекулами, и, конечно, надо помнить о том, что результаты любого такого расчета являются некоторым упрощением реальной системы, что в реальной системе все будет сложнее, что белок - это очень гибкая система, в которой многое может меняться при очень маленьком изменении температуры или состава среды и так далее. Так что задача крайне сложна.

Борис Долгин: Но вы же и ей собираетесь заниматься, правда?

Артем Оганов: Я ее держу в кармане как карту, которая когда-нибудь заиграет. Я белками еще не начал заниматься, но мне кажется, что именно потому, что задача настолько сложна, и именно потому, что задача настолько важна, ей и надо заниматься, и у нас есть все для этого – ведь задача предсказания кристаллических структур математически очень похожа. Так что мы находимся на этой дороге, но это очень трудная дорога.

Борис Долгин: Спасибо большое!

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях, публичных лекциях и других мероприятиях!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии бедность библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры Дмитрий Страшнов ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение змеи зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психоанализ психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология финансовый рынок фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.