Артем Оганов: «Мне нравится, когда наука простая, понятная и мощная одновременно».

Один из самых цитируемых в мире ученых, известный кристаллограф-теоретик Артем Оганов во время визита в «Сириус» рассказал о том, что такое менделеевские числа и как они помогают предсказывать новые материалы. В будущем эта история, возможно, войдет в учебники по химии. Идея пришла в голову ученому, когда он, как и Менделеев когда-то, витал в облаках, только буквально – Артем летел в самолете. Как полет вдохновляет на отрытия, как ученый воспитывает своих детей, зачем создает собственную экспериментальную лабораторию и чего не хватает современным педагогам – в нашем интервью.

Артем Оганов – профессор Российской академии наук, профессор Сколковского института науки и технологий, доктор физико-математических наук, действительный член Королевского химического общества, Американского физического общества и Европейской академии. Создатель ряда новых материалов и методов, которые позволяют открывать эти новые материалы. Решил считавшуюся нерешаемой задачу предсказания кристаллической структуры вещества на основе его химического состава. Создал программу USPEX, способную предсказывать устойчивые химические соединения по набору исходных элементов. Предсказанные им данные были впоследствии подтверждены экспериментом и существенно повлияли на фундаментальные знания в материаловедении, физике, химии и науках о Земле. «Сириус» ученый посетил в рамках нанотехнологической конференции, организаторами которой стали Центр регионального сотрудничества Фонда «Талант и успех» и Фонд инфраструктурных и образовательных программ группы РОСНАНО.

«Если бы мне в детстве подарили такой микроскоп, я бы рехнулся от счастья»

– Артем, у вас четверо детей. Расскажите, как вы занимаетесь их воспитанием? Готовите ли к карьере ученого?

– У меня нет цели, чтобы дети шли по моим стопам. Мне важно, чтобы у ребенка горели глаза. Одна дочь хочет быть психологом, другая – художницей, и я этому рад. А шестилетний сын недавно сказал: «Папа, я решил, буду кристаллографом, как ты». Он очень четкий, серьезный парень. Если сказал – значит, горы свернет. Поначалу ему было трудно найти себя, его волновали только машинки – я этого не понимал, но и заставлять ребенка делать то, что нравится мне, не собирался. Постепенно искал, чем его можно зажечь. И вдруг он загорелся, говорит: «Папа, купи книжку по истории, буду читать». И теперь он все время просит рассказать то про Карла Великого, то про Чингисхана. Я тоже люблю историю и рассказываю, смотрю – глаза горят у парня. Поэтому я думал, что он историком захочет стать, но и химия с кристаллографией его вдруг тоже увлекли.

– Правда, что в карантин вы организовали в доме настоящую учебную лабораторию для своих детей?

– Да, больше года назад. У нас теперь очень крутая лаборатория, есть два хороших микроскопа. Если бы мне в детстве хотя бы один такой подарили, я бы рехнулся от счастья. Еще у нас есть хороший телескоп и довольно много разных реактивов. Мы с детьми делаем разные обучающие опыты, фейерверки, даже биологические эксперименты проводим. Например, выращиваем растения методом гидропоники. В общем, круто. Не так давно делали с ними интерметаллические сплавы и синтез водорода на их основе. Я все время придумываю что-нибудь для них. 

– У вас дома можно открывать свой мини-региональный центр по модели «Сириуса» – кажется, уже есть все для того, чтобы обучать детей со всего района.

– Кстати, иногда я так и делаю. И мои дети сами начали заниматься просветительской работой. Летом на даче я часто лежу в гамаке и читаю книги и работаю. И вот однажды слышу – за забором сидят мои дети и, кидая куда-то там камушки, рассказывают соседским ребятам про испанских Габсбургов. О том, почему у них рождались умственно отсталые короли и как через несколько поколений династия выродилась. Вот так соседские дети получают курс истории.

 

Задача педагога – зажечь интерес к предмету

– Как думаете, какие подходы нужны в современной школе, чтобы у нас было все больше увлеченных, мотивированных детей?

– Многое зависит от педагогов. Во-первых, я часто слышу от учителей, что их завалили отчетностью, нет времени на детей – они все время заполняют бумажки. Я не знаю, кто это придумал, но хорошо бы эту модель отмотать назад. Во-вторых, педагоги должны «гореть». Каждый раз, когда я узнаю, что кто-то не любит химию, оказывается, его преподаватель не горел своим предметом и заставлял детей зубрить учебник. А если преподаватель задает вопросы, например почему Марс красный, – и рассказывает, что все дело в трехвалентном железе, что кровь по той же причине красная. А есть еще пауки, у которых кровь голубая. Почему? Потому, что там вместо ионов железа – ионы меди. Если рассматривать такие вещи, получается дико интересно. Но некоторые учителя ведь этого не делают. Почему? Это уже вопрос к педагогическим вузам. Многое тянется оттуда. И потом, что вы хотите от педагогов, если они получают столько, сколько они получают. Вам было бы легко любить свою профессию, если бы вы получали 10 тысяч в месяц?

– Но при равных условиях есть педагоги, которые с восторгом относятся к своему делу и любят детей.

– Правильно, все правильно. Я тоже люблю свою профессию. И любил ее, когда ничего не получал и был нищим на грани голодания. Но это не отменяет того, что труд педагогов должен оплачиваться достойно.

– Разве профессия педагога – это не призвание?

– Да. Но сколько учителей в России? Насколько я знаю, у нас 40 тысяч школ. Предположим, что в каждой около 20–30 учителей. Больше миллиона педагогов по всей стране. Вы серьезно считаете, что все эти миллион человек – с призванием? Вы не можете массово штамповать людей по призванию. Так не бывает. Есть те, кто и бесплатно будет работать, воспитывать классных ребят. А кто-то просто зарабатывает деньги. Но им тоже нужно хорошо платить и стимулировать. Может быть, тогда искра зажжется. Если условия работы каторжные, то, даже если у человека есть призвание, не всегда он пойдет по этому пути. Поэтому учителям надо платить лучше и не загружать бумажками, сделать их работу максимально интересной. И посмотреть, что у нас происходит в педагогических вузах. Как так получается, что у некоторых учителей глаза не горят их предметом? Неужели им самим не интересно?

– Может, и нет.

– А если мне самому не интересно, то как детям будет интересно? Когда моей дочке было шесть лет, ее учителя приглашали родителей, чтобы те презентовали свои профессии и у детей с раннего возраста перед глазами была палитра выбора пути, по которому можно пойти в будущем. Я рассказывал, кто такие кристаллографы, – и через полчаса все эти шестилетние дети говорят, что тоже хотят быть кристаллографами. Мне приятно. Не знаю, почему в школе не делают так, чтобы после уроков физики все хотели быть физиками. После урока химии – химиками. Может быть, проблема в этом. Зажечь – это самое главное. Я верю в самообразование, и если зажечь интерес, то дети этого никогда не забудут – и будут читать и развиваться всю свою жизнь.

Новый взгляд на таблицу Менделеева

– Скажите, а какое открытие за последнее время вас лично зажгло, восхитило?

– Ученых больше всего интересует текущая или недавние работы. То, что я делал 10 лет назад, работы, которыми горжусь, – это уже давно в прошлом и мне не так интересно. Когда мне говорят: «Я прочитал твою работу 2004 года», – я думаю: неужели больше читать нечего? Сейчас меня очень цепляет работа по менделеевским числам и ее развитие. Это просто совершенно другой взгляд на 118 химических элементов. У каждого – бесконечное множество свойств, но вы его можете свести к сочетанию нескольких самых важных характеристик (как все бесконечное разнообразие цветов можно представить сочетанием трех цветов – красного, синего, зеленого). Оказывается, можно элементы вообще расположить в один ряд по закономерному изменению всех свойств – в ряд так называемых «менделеевских чисел». Мы с моим коллегой Захедом Алахъяри придумали и рассчитали, как сделать это математически наилучшим способом – расположить химические элементы в пространстве в порядке максимально плавного изменения их химических свойств. Мы открыли не новую таблицу, а другой взгляд на нее. Когда вы берете эту таблицу, ножницами разрезаете и распределяете элементы в одну линию. 

– То есть получается такая длинная цветовая палитра?

– Да, и сейчас хочется пойти дальше, распространить эту идею на молекулы. Вот, скажем, у нас их миллион. И мы сможем просто разложить их в ряд по свойствам. В одной части у нас окажутся молекулы, которые будут наиболее эффективны против рака, а дальше будут, например, яды. 

– Как такая новая систематизация поможет ученым в будущем? Как это будет применяться на практике?

– Можно делать предсказание свойств материалов на основе этих менделеевских чисел. Преимущество этого метода в его колоссальной наглядности. Вы можете предсказывать свойства молекул и сейчас. Например, с помощью нейронных сетей и других методов машинного обучения. Но эти способы работают как черный ящик: вы тренируете модель на большом количестве данных, а потом даете ей очередную молекулу, и она выдает вам число, которое характеризует нужное вам свойства, например токсичность или противораковую активность. Никакого глубокого понимания и наглядности данное число нести не будет, но и численное предсказание – это уже немало. Наш метод дает наглядность и позволяет вам понять, из каких именно элементов можно собрать нужное соединение. Какого типа молекулы будут обладать необходимыми свойствами. Еще до того, как вы будете иметь дело с точным предсказанием нейронных сетей. На листочке бумаги составите и увидите ответ. Все просто!

– Ваш метод как бы позволяет иметь такую книгу рецептов, где написано: чтобы получить чай, нужно взять воду и заварку.

– Да. Таблица Менделеева ведь тоже про это, чтобы наглядно можно было показать свойства элементов. Но если квантово-механические методы позволяют нам с неплохой точностью рассчитать любое свойство любого элемента, то зачем нам таблица? А все ровно наоборот – наглядность и способность быстро и легко давать предсказания делает ее самым важным инструментом в химии. Саму идею менделеевских чисел придумал в 1984 году выдающийся британский физик Дэвид Петтифор. Он просто сказал, разместите элементы в определенной последовательности, тогда вы сможете выделять группу соединений с похожими свойствами. Он предложил свою последовательность, но не было понятно, откуда он ее взял. Идея рецепта получения менделеевских чисел пришла мне в голову, когда я летел в самолете с детьми, всеми четырьмя. Они ползали у меня по голове, плечам, ногам, рукам, душили меня, глаза мне закрывали, нос выдергивали и так далее – мне этот процесс очень нравится. Я полностью парализован, даже дышать не могу. Сознание сфокусировалось в точку впередистоящего кресла, и я стал очерчивать в своем воображении картинку соотношения свойств элементов. Меня тогда как громом среди ясного неба поразило, что вот же они, менделеевские числа. И такая простая и понятная математика, даже ребенку можно объяснить. Причем настолько твердая, что с ней не поспоришь. Мне так нравится, когда наука простая, понятная и одновременно мощная, красивая. 

Как создать непобедимый материал

– У вас в планах создать собственную экспериментальную лабораторию. Для чего это нужно?

– Это позволит быстро проверять свои теории, не дожидаясь, пока это сделают другие. Обычно, когда мы публикуем теоретический результат, то либо сами идем к экспериментаторам и убеждаем их, как важно этот результат проверить, либо они приходят к нам с запросом, либо мы просто ждем, когда такой интерес появится. И неизвестно, через сколько времени после публикации – год, пять или 50 лет – кто-то клюнет на эту идею. С собственной экспериментальной научной командой мы сможем ускорить процесс. И сможем проходить весь путь от компьютерного предсказания до синтеза и измерения свойств материала, а дальше, например, сами патентовать или коммерциализировать свое решение.

– Это поможет ускорить процесс создания новых материалов? Ведь весь мир все ждет, чтобы появились революционные материалы для космоса, энергетики, медицины.

– Традиционно новые материалы люди открывали либо случайно, либо методом проб и ошибок. Сейчас, когда стало возможным предсказывать их на компьютере, считается, что путь от открытия материала до практического воплощения должен сократиться примерно вдвое. То есть не 25 лет, а где-то 10. Но главное, что у компьютерных предсказаний есть одно забавное и полезное свойство. Вы можете придумать такой материал, который будет непобедимым. Ни сегодня, ни завтра, ни через миллион лет. Он будет в принципе наилучшим из всего, что возможно. Это значительно сократит и время разработок, и стоимость, и повысит качество. Наши методы облегчают создание новых технологий. Мы, словно ледокол, прокладываем путь сквозь льды другим кораблям, чтобы им было легче идти. Я очень надеюсь, что дизайн новых материалов приведет к большим прорывам и в мировой, и в российской науке. Речь не только о моей группе, но и о ряде замечательных российских ученых – в России достаточно сильные компетенции в этой области. И я хочу, чтобы мы воспитывали страсть к науке с самого раннего детства. Увы, до меня доходит информация, что в российских школьных кабинетах химии часто не хватает реактивов и не делают экспериментов. Нужно изменить этот подход, иначе у нас никакой передовой науки не будет. А ведь передовая наука – это билет в будущее.

      

Источник: sochisirius.ru