фото показано с polit.ru

«Полит. ру» публикует стенограмму постановки ProScience Театра, которая прошла 11 апреля в Центральном Доме журналиста. С темой «"Запрещенная" химия» выступил Артем Оганов - выдающийся химик, кристаллограф, профессор и заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в Университете штата Нью-Йорк (Стони-Брук), адъюнкт-профессор МГУ, почетный профессор Гуйлиньского университета, руководитель Лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, профессор Сколковского Института Науки и Технологий.

Вечер вел журналист Никита Белоголовцев.

Никита Белоголовцев: Добрый вечер, дамы и господа, меня зовут Никита Белоголовцев, я рад вас всех приветствовать на очередном представлении ProScience Театра. Предлагаю вам всем поприветствовать главного героя нашего сегодняшнего представления, это Артем Оганов. Думаю, что если вы все сегодня здесь оказались, вы, разумеется, знаете, кто такой Артем, но тем не менее для того, чтобы ни одна деталь не ускользнула от вас в самом начале, традиционное досье на героя нашего сегодняшнего вечера, ну и после этого начнем.

Наталья Харламова: Артем Романович Оганов родился 3 марта 1975 года в Днепропетровске. Вырос он в Москве, в 1997 году получил красный диплом геологического факультета МГУ по специальности «кристаллография и кристаллохимия». Вскоре после этого он защитил кандидатскую по кристаллографии в Университетском колледже Лондона, а спустя пять лет получил степень доктора наук в Цюрихском политехническом институте. Последние восемь лет Артем Оганов - профессор и заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов в Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук. Кроме того, под его руководством работают лаборатории в России, в Московском физико-техническом институте, а также в Китае. В прошлом году Артем Оганов стал профессором Сколковского института науки и технологий. Он известен своими работами в области теоретического дизайна новых материалов, изучения состояния вещества при высоких давлениях и разработки методов предсказывания структуры и свойств веществ.

Фото: Наташа Четверикова

Никита Белоголовцев: Артем, все верно? Ничего не напутали?

Артем Оганов: Ну да, вполне, ну пожалуй, можно добавить, что сейчас в основном я живу здесь, в России, и мое основное место работы - это как раз Сколковский институт науки и технологий.

Никита Белоголовцев: Артем, два вопроса. Я знаю, что вам их периодически задают, возможно, задают чуть чаще, чем вы бы хотели на них отвечать, но, простите, у нас тут, как у фигуристов, все-таки какая-то часть обязательной программы должна быть. Вопрос первый - скажу честно, у меня гораздо больше друзей гуманитариев, и, например, лента моего «Фейсбука» - это все-таки скорее гуманитарная лента. При этом даже в ней вы серьезно отличаетесь от значительной части российских ученых, потому что вы, пожалуй, единственный человек, к которому абсолютно систематически употребляется приписка «будущий нобелевский лауреат», или «если уж не Артем Оганов, то кто?», и «если этот человек не получит Нобелевскую премию, то нас там часто не любят», и так далее. И я, конечно, знаю, что вы это тоже слышали некоторое количество раз. Вот скажите, вы для себя сформулировали какое-то отношение к этому? Вы стараетесь этого не замечать, или вам это придает сил, или это все наши журналистские домыслы и нам надо хотя бы кого-нибудь называть будущим нобелевским лауреатом? Как вы относитесь к вот этому восприятию вас?

Артем Оганов: Да нормально отношусь, и одновременно никак не отношусь, и неплохо или даже хорошо отношусь. Всего понемножку. Вы знаете, мне кажется, что самое главное для человека - это не быть богатым, а быть счастливым. И точно так же для ученого самое главное - не получить какие-то премии, призы и так далее, а раскрыться, реализовать свои таланты, их преумножить и заниматься любимым делом. Вот это меня волнует гораздо больше, чем все остальное, и от премии этой или какой-либо другой я, конечно, не откажусь, я буду крайне ей рад, точно так же как я бы не отказался от, скажем, миллиарда долларов в конвертике, но, вы знаете, как-то переживать, что этого миллиарда у меня пока нет или как-то строить всю свою жизнь, чтобы получить этот миллиард, было бы, мне кажется, глупо, жизнь - она одна, и надо делать так, чтобы быть счастливым как человеку и раскрыться как ученому. Приведет это к премиям, не приведет это к премиям. . . Премии вторичны, а то, за что их дают, первично.

Никита Белоголовцев: Еще один момент, на котором вы в том числе и сами акцентировали некоторое внимание, сказав, что сейчас больше проводите времени в России. Ваша фамилия опять-таки является некоторым аргументом в спорах или разговорах о том, как чувствует себя ученый в России сейчас. И в общем часто в каких-то разговорах об утечке мозгов, об условиях говорят: «Ну вот есть же у нас Артем» - и поднимают вас на знамена таким образом. Я вот что хотел у вас спросить - существует ли в современном мире для вас понятие «российский ученый», «ученый, работающий в России» или это опять такие больше наши журналистские досужие домыслы? И что делает вас именно российским ученым? И можно ли вас называть российским ученым, учитывая лаборатории за пределами России?

Артем Оганов: Вы знаете, поскольку вы начали с моей фамилии, моя фамилия - вообще фамилия карабахских армян, она была русифицирована сто лет назад во время известных погромов. Тем не менее я себя чувствую, конечно же, армянином, и, конечно же, россиянином, потому что я здесь вырос, потому что здесь я сформировался как человек, впитав в себя именно русскую культуру, как ученый я в общем сформировался тоже здесь, поэтому, конечно, я российский ученый, хотя русской крови во мне нет ни капли. Я российский ученый, хотя работал после России во многих странах, но, пожалуй, только две страны оказали серьезное воздействие на мое формирование - это Россия и Великобритания. В Великобритании я писал свою кандидатскую, и вообще те пять лет, что я там прожил, оказали на меня очень большое воздействие. После этого я уже был полностью сформирован как ученый, и в других странах я скорее реализовывался, чем формировался. Так что я, можно сказать, на 90% российский ученый, на 10%, если хотите, британский, но для округления можно сказать, просто российский. По поводу того, есть ли такое понятие, как «российский ученый», ну, конечно, есть, ну послушайте, есть понятие «российский художник»? Конечно, есть. Ну как, ну а Поленов - он кто?

Никита Белоголовцев: Художник - он понятнее, на него условные березки большое все-таки влияние все-таки оказывают.

Артем Оганов: Есть русский писатель, правда? Есть. Русский писатель - это тот, кто сформирован русской культурой. Есть российский ученый - тот, кто сформирован российской образовательной системой. Ну вот это я, в частности. Так же как и сотни тысяч других. Так что, конечно, я себя считаю, российским ученым, да, собственно, и на западе, я думаю, тоже меня считают, наверное, российским ученым. Прежде всего потому что когда меня спрашивают «кто ты?», я говорю, что я из России. На самом деле для меня на западе было большим сюрпризом, когда я только-только туда попал в 1998 году, что мы все для них русские; хотя я карабахский армянин, моя мама родилась на Украине, папа в Грузии, на западе никого это собственно не волнует. Моя мама, украинская еврейка - вполне себе русская для них. Или там какие-нибудь мои друзья из Таджикистана - они тоже абсолютно русские для них. Они вообще не видят никакой разницы. И я так подумал-подумал и понял, что в этом есть своя какая-то правда, мы действительно были в одной стране, воспитаны в значительной степени в сходном культурном фоне

Никита Белоголовцев: Хотел вам предложить, Артем, сформулировать в нескольких словах тему нашего сегодняшнего разговора. У вас в любом случае это получится правильнее, чем у меня. Возможно, у нас есть несколько человек, которые конспектируют, им важно вначале четко сформулировать, о чем мы будем говорить с вами в течение ближайшего примерно часа.

Артем Оганов: Вкратце я бы сказал так. Принято говорить, что химия была наукой XIX века, физика - XX, а биология - XXI . Многие думают, что химия уже изучена вдоль и поперек. Этой лекцией я постараюсь вас убедить в том, что это не так и что в химии еще очень много предстоит открыть и понять.

Никита Белоголовцев: Скажу честно, мой роман с химией закончился аккурат с окончанием 9 класса.

Артем Оганов: С началом романа «Война и мир»

Никита Белоголовцев: С началом романа «Война и мир» и с началом учебника органической химии. Он заставлял меня потом путать имена ученых-химиков и совершать всякие безумные вещи. И в связи с этим у меня такой немножечко дилетантский вопрос - о вас говорят и пишут как об ученом-теоретике, и для меня это, честно говоря, немного загадочная вещь, потому что подавляющее большинство ваших коллег, занимающихся другими научными дисциплинами, в общем заставили думать о том, что теория и практика - это очень условные и очень схематичные вещи в современной науке. И человек, который занимается теоретической биологией и делает что-то с геномом, потом идет к суперкомпьютеру и просчитывает миллиард вариантов, то есть по сути приводит это все к каким-то практическим вещам. Правильно ли называть вас теоретиком или в вашем случае в общем это тоже условное разделение?

Артем Оганов: Нет, это абсолютно правильно, я действительно теоретик, и хотя эксперименты до сих пор на лекциях показываю, то, что я не экспериментатор, я понял ещё на первом курсе. Мой первый и последний эксперимент был на практикуме по физике в МГУ, где нужно было измерить плотность стального бруска и оценить погрешность измерения. Мое измерение было такое - 7,6 г/см3 между прочим, правильная плотность стали, плюс-минус 15 г/см3. После чего преподаватель сказал мне, что результат правильный, погрешность я оценил правильно, «у вас золотая голова, но кривые руки». Я понял, что мое предназначение не в эксперименте.

Никита Белоголовцев: Хорошо, тогда я предложу вам перейти к первому лекционному фрагменту - предсказание материалов, если можно его так озаглавить. Прошу вас.

Артем Оганов: В последние лет десять или около того была решена важнейшая задача, центральная задача кристаллографии, одна из центральных задач физики и материаловедения - задача предсказания кристаллических структур. До того она считалась нерешаемой. И она была во многом решена работами моей лаборатории, а также трех-четырех других лабораторий по всему миру. И это дало нам в руки мощнейшее орудие, с помощью которого мы можем изучать химию на компьютере. Не в эксперименте, а на компьютере. И я вам хотел бы рассказать немножечко про это.

Во-первых, речь пойдет о том, что при необычных условиях возникают химические соединения, которых согласно классической химии не должно быть. Прежде чем мы перейдем к другим аспектам, я хотел бы просто освежить понятие о трех китах, на которых держится химическая наука.

Прежде всего это периодический закон Менделеева, которому, я думаю, должен завидовать каждый уважающий себя химик, потому что периодический закон Менделеева - это по определению то открытие, более великого по сравнению с которым никогда не будет. Менделеев, если хотите, срубил джек-пот. Он совершил самое великое по определению открытие в химической науке. Понятие валентности. Это понятие очень-очень важное, во многих случаях оно позволяет прогнозировать, каков будет состав устойчивого химического соединения. Это понятие ввел великий английский химик Джон Долтон или, как мы его называем, Дальтон. Он был, кстати, первооткрывателем не только понятия валентности, но и дальтонизма, он сам был дальтоником. Кстати, я тоже дальтоник. Дальтон, или Долтон, как более правильно, рисовал валентности, как крючочки у атомов, вот скажем, у водорода один крючочек, у хлора тоже один крючочек, значит, устойчивый состав - один к одному. У натрия один крючок, у хлора один крючок - тоже один к одному. У водорода один крючок, но у кислорода два крючка - значит, один кислород может зацепить два водорода. Вот и получается состав H2O. Вот так Долтон на самом деле дал нам возможность предсказывать, составы химических соединений. Мы об этом поговорим чуть позже. Структура вещества является важнейшим третьим китом в понимании химии. Не зная структуру вещества, мы не можем ничего понять про то, как это вещество функционирует, какие у него свойства, почему и когда оно образуется и так далее.

По поводу предсказания кристаллических структур. Мы это делаем при помощи комбинации эволюционного алгоритма, который мы создали, я и мои студенты, и квантово-механических расчетов. Квантово-механические расчеты стали реальностью за последние несколько десятилетий, практиковаться достаточно массово они стали начиная с 80-х годов. И вот сочетая квантово-механические расчеты и наш эволюционный алгоритм, мы смогли эту задачу решить.

Давайте сделаем один шаг назад и посмотрим на большую картинку. Что определяет структура вещества? Вообще говоря, она определяет все. Посмотрим на такие две формы одного и того же вещества, как графит и алмаз. И то и другое углерод. Один из них сверхмягкий, другой сверхтвердый. Один черный непрозрачный, другой бесцветный прозрачный. Один проводит электричество, второй не проводит. Почему такие разные свойства? Только потому, что атомы расположены по-разному. Структура определяет все. Может быть, даже еще более впечатляющий пример того, как структура определяет свойства или функции - двойная спираль ДНК, как она передает генетическую информацию от обоих родителей ребенку. Посмотрите на функции ферментов, сложно спутанных белковых молекул, форма которых, структура во многом определяет их функцию: какую именно молекулу они будут, например, расщеплять, какую именно молекулу они будут переносить и куда именно вставлять.

Определение кристаллических структур. Структуры ДНК, и структуры белков, и всего того, что мы знаем, были определены методами кристаллографии. Кстати, 2014 год ООН провозгласила годом кристаллографии, потому что исполнялось сто лет, если точнее, сто один год со времени первой расшифровки кристаллической структуры. Первая кристаллическая структура была расшифрована в 1913 году папой и сыном Брэггами. Первые структуры были очень простые - каменная соль, алмаз и цинковая обманка. Кстати говоря, Уильям Лоренс Брэгг - самый молодой нобелевский лауреат по физике за всю историю. По химии, по-моему, тоже никого моложе нет, он стал нобелевским лауреатом в 25 лет. И эта одна из самых заслуженных Нобелевских премий вообще за всю историю. Итак, уже сто с небольшим лет мы умеем экспериментально расшифровывать кристаллические структуры с помощью дифракции рентгеновских лучей; это же явление было использовано также для расшифровки таких сложных структур, как ДНК, белки, РНК и так далее, все эти невероятно сложные и интересные биологические объекты.

Что касается предсказания кристаллических структур, то до недавнего времени считалось, что эта задача никогда не будет решаемой. Почему? Ну очень просто. Если вы ищете самую устойчивую структуру, то, значит, вам нужно найти состояние с наименьшей энергией. Физики так говорят: наибольшая устойчивость - это наименьшая энергия. Значит, вы перебираете разные варианты расположения атомов в пространстве, рассчитываете энергии и смотрите, где энергия самая низкая. Ну вроде бы все просто. Кроме того, что возможных вариантов расположения атомов в пространстве астрономически много, и чем больше у вас атомов, тем экспоненциально больше этих вариантов. Экспоненциально - это самый быстрый рост. Это значит, что если вы увеличиваете число атомов вдвое, то сложность задачи растет не в два раза, а, может быть, в триллион раз. То есть даже если вы для каких-то очень простых систем нашли какой-то метод, как только вы чуть-чуть усложните задачу, и она мгновенно станет нерешаемой. На самом деле даже для очень простых систем она уже нерешаема: для систем примерно с десятком атомов в элементарной ячейке речь идет примерно о ста миллиардах вариантов расположения атомов в пространстве. Вам потребуется около тысячи лет, чтобы их все перебрать. А если атомов не десять, а двадцать или тридцать, то вам потребуется больше, чем возраст Вселенной. А знаете, сколько атомов в молекуле ДНК? А я сам не знаю. Там много десятков тысяч атомов. То есть понятно, что эта задача мгновенно обрубается. Даже мечтать нечего. Да какая ДНК, даже простые кристаллические структуры уже становятся непредсказуемыми. Но тем не менее мы нашли способ решать эту задачу, и этот способ основан на двух простых идеях. Первая идея - чтобы найти наилучшее решение, вам не нужно перебирать все возможные решения, мы знаем, это бесперспективно, вам нужно всего лишь найти наиболее быстрый путь к оптимуму. Ну сами посудите, нужно найти адрес - Дом журналиста, Никитский бульвар, дом 8, да? Город Москва. Российская Федерация. Наивно было бы пытаться решить эту задачу, стучась в каждую дверь на поверхности земли и спрашивая: «Это Дом журналиста?» - «Нет, это Мадагаскар, до свидания». «Это Дом журналиста?» - «Нет, это вообще-то Перу, до свидания». «Это Дом журналиста?» - «Нет, это Тонга», например. Вот так эту задачу, мы знаем, не решить. Также и с кристаллическими структурами. А как ее можно решить? Методом последовательного сужения пространства поиска. А, Российская Федерация, нузначит, не надо в Мадагаскар ехать. А, Москва, понятно, значит, не Комсомольск-на-Амуре. Ах, Никитский бульвар, ну так а что мы делаем, скажем, в Кунцево? Дом 8? Ну все понятно, вот он, нашли. Такое последовательное сужение сделать можно, и оно осуществляется благодаря эволюционным алгоритмам. Эволюционные алгоритмы, как мы знаем из своего собственного существования, позволяют решить за конечное и не очень большое время очень сложные оптимизационные задачи. Кстати, надо сказать, что можно сконструировать бесконечно много эволюционных алгоритмов, и разные алгоритмы используются, например, для дизайна самолетов, пароходов, автомобилей, но каждый раз, когда вы применяете такой алгоритм для новой задачи, вам нужно его сконструировать реально заново. И вот мы такой алгоритм для предсказания кристаллических структур очень долго пытались создать и в конце концов преуспели. Назвали этот метод «USPEX (Успех)», по понятным причинам, но есть еще и научная аббревиатура - Universal Structure Predictor Evolutionary Crystallography.

И вот когда мы этот метод опубликовали, на нас сразу же накинулись люди. Я помню, как-то ко мне прилетел один коллега из Канады. Представляете, я работаю в Швейцарии, прихожу к себе в кабинет, вдруг смотрю - мой знакомый из Канады стоит у меня под дверью. «Ты че тут делаешь, друг?». Он говорит: «А я хочу посмотреть, действительно ты умеешь делать то, что ты говоришь?» Я говорю, ну пойдем, покажу. У него потом глаза были такие расширенные, что он сам на себя не был похож. Он был очень счастлив, очень впечатлен. А после выхода наших работ наши коллеги опубликовали их обзор и сказали, что эти работы не только эволюционные, но и революционные.

У нас все начиналось с того, что был проект, в который никто не верил, даже, честно говоря, я сам не верил, что мы преуспеем. Это был единственный раз в моей жизни, когда я занимался чем-то, во что я сам не верил. Так мой принцип - всегда верить в то, чем ты занимаешься. Но все говорили, что задача нерешаема, и я тоже какое-то время повелся, можно сказать, на это. А выросло это дело в огромный проект, много миллионов долларов вложений, тысячи пользователей, сотни публикаций и так далее. В напоминание о важности квантовой механики здесь показаны австрийские шиллинги с изображением Эрвина Шредингера, отца квантовой механики. Сейчас у них там евро, и квантовая механика, очевидно, не в почете, никакого Шредингера нет, а печатают они там, по-моему, каких-то зайчиков или политиков. Кого они печатают, кстати?

Никита Белоголовцев: Я не видел австрийский евро, вот скажу честно.

Артем Оганов: Они там, по-моему, все одинаковые, нет?

Никита Белоголовцев: Нет, у них есть право печатать свою монету.

Артем Оганов: Ну хорошо. Так вот как мы решаем эту задачу? Вот реальная картинка из реального расчета, это сплав золота и палладия.

Эту многомерную энергетическую поверхность, где много переменных от каждого атома, мы спроецировали на два измерения. И что мы видим? Области низких энергий, то есть стабильных структур. Очень четко очерчена область низких структур, стабильных состояний. И вот наиболее устойчивая структура - та, в которой наименьшая энергия. Самая синяя точка на этой поверхности. Вот ее нам нужно найти. Расчет делает первые несколько попыток в разных областях вот этого пространства и очень быстро понимает, что хорошие структуры существуют в этой области и нужно сконцентрировать внимание на этой области. А в других областях шансов найти хорошие структуры мало. И эти области он опробует по-прежнему на всякий случай, но не очень тщательно. То есть, как вы видите, мы отказываемся от идеи опробовать все возможные решения, пройтись по всей поверхности земли в поисках ДомЖура. Мы вначале опробуем все пространство, но очень бегло, затем находим наиболее перспективную область и на этой перспективной области все более и более и более сужаем свое внимание. Все более и более и более фокусируем свое внимание до тех пор, пока не находим искомое решение.

Вот, знаете, говорят, одна картинка лучше, чем тысяча слов. А одно видео лучше, чем тысяча картинок. И сейчас мы с вами увидим, как работает этот поиск. Мы начинали со случайных разупорядоченных структур, и в ходе эволюции они приходят к структуре алмаза. Вот это, собственно, тот самый результат, который я показал своему канадскому коллеге, который прилетел вот просто из Канады, чтобы посмотреть, может ли такое чудо на земле расти. Задача в этом расчете ставилась такая - предсказать устойчивую структуру углерода при давлении в миллион атмосфер. Мы знаем, что это алмаз, но как вы видите из расчета, мы начинали с разупорядоченных таких случайных структур и достаточно быстро пришли к структуре алмаза.

Можно сделать несколько более амбициозное расширение этого метода и научить его предсказывать не только структуру по химической формуле, но и саму химическую формулу. Вы спросите: «Как это можно сделать?» Очень просто. Нужно, чтобы вы как пользователь задали имена химических элементов, программа будет пытаться из них сварить разные кристаллические структуры и затем с помощью достаточно простой элементарной термодинамики определять, какие состояния будут более устойчивы, чем любые другие. То есть какие состояния будут в системе существовать бесконечно долго, не пытаясь распасться на другие состояния в этой системе. Ну вот мы, например, приложили это к системе марганец-бор. Мы нашли все известные устойчивые соединения, плюс к тому мы нашли соединение MnB3, которого экспериментаторы никогда не видели. И мы были озадачены. То есть получается, что экспериментаторы что-то проглядели, ну или мы предсказали что-то лишнее. Понимаете, 60 лет эту систему изучали по всему миру, но MnB3 никто почему-то не видел. И вот мы попросили экспериментаторов смешать одну долю марганца, три доли бора, расплавить, закристаллизовать и проанализировать. И мы даже сами были удивлены, что с первой же попытки они получили MnB3.

Вот теперь вопрос - почему экспериментаторы это соединение не видели? У меня ответа нету. Но по оценкам моих коллег из Массачусетского технологического института примерно 50% соединений, состоящих из двух элементов, до сих пор еще не открыты. То есть нам даже в таких простых системах известна только половина. А в соединениях, состоящих из трех элементов, нам известно всего лишь порядка одного процента реально существующих стабильных соединений. Это к вопросу о том, что химия изучена вдоль и поперек. И это речь идет только о нормальных условиях. Если же мы перейдем к условиям высоких давлений, высоких температур, высоких электрических и магнитных полей, то там темный лес. Абсолютно белое пятно, огромное белое пятно. Но даже при обычных условиях всего лишь 50% соединений известно в двойных системах. Ну вот MnB3 был открыт благодаря теоретическому прогнозу, сделанному нами. Ну или, например, система кальций-углерод. Кто из вас бросал карбид в лужу в детстве, поднимите, пожалуйста, руки. Эта система вам хорошо знакома. Вы знаете, что карбид, когда вы его бросаете в лужу, выделяет газ ацетилен. А почему ацетилен, вы задумывались когда-нибудь? Ведь ацетилен - достаточно неустойчивый углеводород. Метан куда более устойчив. В чем же дело? А дело в том, что в структуре карбида кальция, CaС2, есть вот эта группа из двух атомов углерода и эта группа без изменений переносится в углеводород. То есть сохраняется углеродный костяк. А мы предсказали также существование другого карбида кальция, Ca2С3. Вообще говоря, этот карбид не так удивителен, дело в том, что существует Mg2С3, хорошо известный экспериментаторам, и экспериментаторы бросали его в лужу. И что же они видели? А видели они кое-что удивительное - при его гидролизе, то есть разложении водой, выделяется очень необычный, очень редкий углеводород пропин H4C3. Почему H4C3?Потому что он тоже содержит группу С3, как и карбид, Mg2С3. То есть наследуется углеродный костяк и в этом случае. А теперь посмотрите, какие карбиды кальция мы предсказали под высоким давлением. Насколько разные углеродные скелеты эти карбиды содержат!

И вот если их синтезировать и бросить в лужу, может получиться множество разных интересных углеводородов. А на основе их можно создать новые типы органических соединений. Вот простой рецепт сделать, открыть с десяток новых соединений. Кстати говоря, мы предсказали целый ряд карбидов и в экспериментах смотрели на те, которые существуют при наименьших давлениях, и с первой же попытки их тоже синтезировали. Вы видите предсказательную мощь такого рода теории. И сейчас, я надеюсь, вы уже готовы, надеюсь, вы верите, что предсказание кристаллических структур возможно, вам не нужно лететь из Канады или в Канаду или еще куда-то, и в следующем лекционном разделе я вам расскажу про то, что такого необычного было предсказано.

Никита Белоголовцев: Прекрасный тизер. Спасибо, Артем. У меня к вам такой совсем не научный, а очень личный вопрос - ведь когда вы начинали заниматься тем, во что, как вы сами говорите, не очень верили изначально, вы были еще очень молодым ученым. Вы не так давно с отличием закончили МГУ. И у меня такой человеческий вопрос - а что вас все-таки заставляло это не бросать? Это был какой-то вызов самому себе или это были чьи-то слова? Ситуация не самая характерная - вы действительно были молодым, вы действительно занимались чем-то совсем революционным, и, как вы сами говорите, вы не были тем безумным человеком, который бегал вокруг и говорил: «Она вертится, они существуют, я их предсказываю». Как это было тогда?

Артем Оганов: В вашем вопросе на самом деле есть довольно много слоев. Если брать такой общий слой, почему вообще я занимаюсь наукой? Потому что я ничего другого не умею. Если отвечать на вопрос более конкретный, почему я занимался этой задачей, хотя в нее никто не верил, включая меня самого, -понимаете, я считаю, что важно в жизни побеждать, но еще более важный принцип, чем побеждать, - это делать все от вас зависящее. Вот есть важная задача. Это задачу если можно решить, то нужно попытаться решить. Да, у вас,может быть, не получится. Может быть, это будет зря потраченное время. Ну хорошо, во всяком случае вы будете знать - да, я пытался, я не сдался до начала, я сделал все, что мог, я понял, что это нерешаемо, и я эту страничку перевернул. Вот это для меня приемлемый вариант. А вариант такой, как «ну знаете, это, ну я же маленький, я же слабенький, это же не по мне, ну это же большие задачи для больших дядей, а я же маленький такой» - я не уважаю.

Никита Белоголовцев: Спасибо за аплодисменты, простите, что прервал, было какое-то количество времени, которые вы себе на эту задачу отводили? Например, наедине с собой. Типа пять лет я бьюсь головой об стену, и баста.

Артем Оганов: Ну конечно, конечно, есть какой-то внутренний хронометр. Так приблизительно мы думали год. Этой задачей мы занимались с моим аспирантом, тогда он был еще дипломником. И первый год мы бились-бились, бились-бились, вы знаете, это было очень увлекательно. Потому что мы друг другу писали смс-ки или имейлы посреди ночи: «О, а у меня идея, давай так сделаем» - «Не, давай вот так» - «О, у меня вот такой вот результат, хреновый, конечно, ничего не получается, но я чувствую, что, может быть, что-то получится». И вот так у нас прошел целый год. Ну вы, конечно, можете жить в состоянии такой эйфории, думая, что вы творите Манхэттенский проект, что вы решаете задачу века. Вы можете жить в такой эйфории, ну, месяц, у нас получилось год. Но после года абсолютно безрезультативных попыток мы сели друг напротив друга, вздохнули тяжело, читая мысли друг друга, сказали: «Ну что, приходится нам этот проект закрывать, что-то у нас ничего не получилось»,А потом пауза - «Хотя… а давай-ка попробуем еще одну идею?» И вот мы попробовали еще одну идею, и нам очень повезло, что эта идея оказалась победной. Так что мы были готовы закрывать этот проект за сутки до того, как он оказался успешным.

Никита Белоголовцев: Вау.

Артем Оганов: И я могу вам сказать, что когда мы запустили тестовый расчет с вот этой новой идеей, которую мы в наш метод внесли, мы дали компьютеру сутки, на следующий день мы пришли к компьютеру и увидели вот это, структуру алмаза. И вот тогда родилось название этого метода, я уже не контролировал, на каком языке я говорю, я просто так: «Успех!» Вот так получился этот метод вместе со своим названием.

Никита Белоголовцев: Как на вас смотрели в течение этого года? На вас смотрели скорее с жалостью, с недоумением, на вас вообще не смотрели ваши коллеги?

Артем Оганов: Нет, ну что вы, я был абсолютно счастливым человеком, потому что пусть даже ничего не получалось, но это приносило огромный кайф, само осознание того, что ты решаешь важную задачу и, может быть, она у тебя получится, и постоянно идет обмен мнениями, постоянно идет какая-то мысленная работа - это дорогого стоит. Врачи открыли, что люди, у которых активно работает мозг, живут дольше и счастливее. Я могу сказать, что абсолютно в это верю, потому что тот год, когда у нас 24 часа в сутки вот так креативно работали мозги, был очень счастливым, пусть даже и безрезультативным.

Никита Белоголовцев: Сейчас важный момент: те, кто посещают наши представления более-менее регулярно, знают, что, как правило, у нас есть секретный персонаж, он называется условно «Скептик», который, дабы мне не портить отношения с главными героями, делает за меня черновую работу. Того, кто делает черновую работу в отношении возможного будущего нобелевского лауреата, у нас сегодня нет, приходится все брать на себя, и поэтому предполагаю, что Скептик на моем месте задал бы такой вопрос: а вот собственно в вашей химической задаче столетия уже понятна хотя бы какая-то практическая польза? Или это сейчас больше игры разума, вы решаете задачу, для того чтобы решить задачу?

Артем Оганов: Ой, слушайте, уже сейчас идет реальная научная революция, вот это направление «компьютерный дизайн новых материалов», не только с помощью моего метода - есть еще парочка других методов, разработанных в других лабораториях, - и вот сейчас это все направление является революционным. В Америке объявлена национальная программа «геном материалов» именно вот про это самое. В Китае тоже объявлена программа «геном материалов». И мою программу купили, мы ее даем бесплатно университетским ученым и так далее, но компании должны за нее платить, и причем большие деньги.

Никита Белоголовцев: Вот если не секрет, порядок цифр, дико интересно.

Артем Оганов: 160 000 долларов. И нашу программу уже купили Toyota, Fujitsu, Sony, Intel и так далее. Философия у нас тут очень простая - если я, например, хочу машину фирмы Toyota, они мне не дадут ее бесплатно? Нет, я должен покупать то, что они делают. Ну значит, и то, что я делаю, они должны покупать.

Никита Белоголовцев: Я думаю, что концерн Toyota, смотря на эту цену, понимает, что сделка для них довольно выгодная, учитывая среднюю цену машины.

Артем Оганов: Ну насколько я понимаю, с помощью моего метода они уже открыли какие-то материалы для своих литий-ионных аккумуляторов. Так что все очень практично.

Никита Белоголовцев: Классно. Я, конечно, не представляю, какое это ощущение - понимание того, что в миллионах машин будет ездить то, чем ты занимался пару лет назад. Раз уж вопрос скептика вам так изящно удалось пройти на вираже, нам ничего не остается, как переходить ко второму лекционному фрагменту, и здесь название было бы прямо по-журналистки красивым: «Как предсказать то, чего не должно было бы быть в природе» - если я правильно понимаю, у нас сейчас об этом речь.

Артем Оганов: Да, абсолютно. В этом блоке я хотел бы вам показать, что под давлением и вообще при нестандартных условиях правила классической химии могут нарушаться и могут возникать и возникают соединения, которых согласно классической химии быть не должно. Правила классической химии нарушаются, но более общие правила, которые бы работали, до сих пор не созданы. Ломать - не строить. Сломать нам удалось, а построить - пока еще нет. Мы пока что делаем только самые первые шаги в понимании вот этой новой, как мы ее называем, запрещенной химии. «Запрещенной» в кавычках, потому что речь идет о соединениях, существование которых запрещено классической химией.

Давайте поговорим об этом чуть подетальнее. Прежде всего, когда мы говорим о нестандартных или экстремальных условиях, прежде всего мы имеем в виду высокие давления. Во-первых, по давлениям нет верхнего предела, можно создавать сколь угодно высокое давление, вы видите масштаб давления во Вселенной от вакуума до черных дыр - колоссальный разброс давлений, колоссальный диапазон. И вы видите, что давление в центрах планет порядка десятков-сотен гигапаскалей. Сто гигапаскалей - это один миллион атмосфер. Вот если вы двести слонов поставите на квадратный сантиметр, на дамскую шпильку, будет один миллион атмосфер.

Нас интересует давление такого порядка, потому что при как раз при таких условиях и начинаются серьезные изменения в химической связи и в электронной структуре веществ. Я говорил чуть-чуть раньше, что, на мой взгляд, закон Менделеева является по определению самым великим, самым главным открытием во всей химической науке. Но надо сказать, под давлением даже он нарушается. Посмотрите данные, которые были собраны в 60-е годы нашим великим ученым Львом Альтшулером. Вот вы видите атомный объем - кстати, это экспериментальные данные, полученные на уникальном оборудовании, эксперимент на ударных волнах, - и вот эту пилообразную периодическую зависимость, которую во всех учебниках показывают как доказательство или иллюстрацию периодического закона. Посмотрите на то, что происходит при трехстах гигапаскалях, это уже данные Альтшулера - та же самая пилообразная зависимость, но она какая-то уже сильно сглаженная, правда? А теперь посмотрите при тысяче гигапаскалей - уже никакой пилы-то по сути нету, есть какая-то шероховатость, не более. А если вы посмотрите на 3000 гигапаскалей, то абсолютно ровная плавная зависимость. Периодичность исчезла, нету ее. Фактически исчез периодический закон. Не только атомный объем, но и все остальное перестает меняться периодически. Можно сказать, что при такого рода давлениях, в десятки миллионов атмосфер, исчезает сама химия.

И на смену ей приходит физика, физика электронного газа. Фактически что делает давление? Давление размазывает электронные оболочки атомов в некое такое картофельное пюре. Уже нет никаких s-, p-орбиталей, все это уже в прошлом, есть просто такое размазанное картофельное пюре, все вещества становятся металлическими, и особые различия между s-элементами, p-элементами все уже в прошлом. Посмотрите еще кое на что - вот периодическая таблица, на которой помечены элементы, являющиеся сверхпроводниками при обычных условиях, это пурпурный цвет, и сверхпроводниками при высоких давлениях, оранжевый цвет. Вот даже я, дальтоник, вижу. Вы увидите, если присмотритесь, что под давлением в один миллион атмосфер кислород становится сверхпроводником. Но это же не вписывается ни в какие рамки. Кислород - металл, да еще и сверхпроводящий! Тем не менее такова экспериментальная реальность. Много чего интересного происходит под давлением, в частности, мы изучали в свое время поведение разных элементов при высоких давлениях. Натрий при обычных условиях является практически идеальным металлом свободно-электронного типа, он прекрасно описывается моделью свободных электронов. И можно было бы подумать, что когда вы сдавите натрий, он станет еще лучше описываться моделью свободных электронов, да? Ну если все вещества под давлением стремятся к этому пределу, значит, натрий, уже близкий к этому пределу, под давлением станет еще более близким. Но не тут-то было. Наши расчеты показали, что натрий будет образовывать структуру, которая неизвестна была ни у одного другого элемента ни при каких других условиях. Согласно нашему расчету натрий перестает быть металлом периодической таблицы - первая группа, щелочные металлы. Так вот под давлением натрий - вообще никакой не металл. Электроны оказываются не размазаны в пространстве, а сконцентрированы в таких очень узких сгустках, в пустотах структуры, и они никуда не прыгают, нету электронной проводимости. Электроны резко сконцентрированы, как в кулачок. На самом деле такого рода соединения можно называть электридами. Это устоявшийся термин в химической литературе. Фториды - это соединения, в которых отрицательно заряженный фтор является анионом. Оксиды - это где кислород, oxygen, является анионом. А здесь роль аниона выполняют вот эти самые электронные сгустки. То есть это можно представить себе как ионное соединение, в котором катионом, положительно заряженным ионом, является натрий, потерявший валентный электрон, а анионом является вот этот электронный сгусток. Атома-то самого нету, есть только электрон и заряд, собранный как в кулачок. И вот мы написали статью на эту тему, отправили ее в журнал Nature,самый престижный научный журнал, там нам не поверили. Мне пришлось связываться с экспериментаторами, экспериментаторы нам тоже не поверили, но сделав эксперимент, обнаружили, что действительно при давлении порядка двух миллионов атмосфер натрий становится прозрачным и имеет ту структуру, которую мы предсказали. Вот необычная химия обычных, совершенно обычных элементов под давлением.

Ну можно пойти дальше. Элементы, у которых меняются свойства, начинают творить чудеса под давлением. Если я вас спрошу, какая формула хлорида натрия, что вы мне ответите? NaCl. А как насчет Na3Cl?

Никита Белоголовцев: Многовато.

Артем Оганов: А Na4Cl3? Или NaCl7? Вот посмотрите, классическая химия нам говорит, что натрий и хлор - это элементы совершенно разных свойств. У них у обоих валентность один, но электроотрицательность у них отличается кардинальным образом. Это значит, что они будут образовывать ионную связь - хлор отберет электрон у натрия, примет заряд минус один, а натрий соответственно заряд плюс один. И единственный способ сочетать эти атомы в соединении будет один к одному. И действительно, структура каменной соли именно такая и есть, действительно соотношение строго один к одному и каждый положительно заряженный атом окружает себя отрицательно заряженным и наоборот.

Но мы провели расчеты, те самые расчеты с переменным составом, которые я вам показывал, где мы можем все устойчивые составы одним расчетом предсказать. И что же мы видим? Я вас прошу сконцентрироваться на этой диаграммке, она немножко, может быть, кажется сложной, но не такая сложная на самом деле. Но зато очень важная. Это ось давлений, это ось составов.

Никита Белоголовцев: Давайте я для тех, кто не видит, просто озвучу цифры, цифры внизу - 50, 100, 150, 200, 250.

Артем Оганов: Гигапаскалей, да. И вот эти жирные линии обозначают области устойчивости тех или иных соединений. И вот мы видим, что при нуле гигапаскалей, при обычных условиях, где давления очень низкие, устойчив действительно только натрий хлор, ну как классическая химия нам и говорит. Ну что же мы еще ожидали? Все правильно. Но стоит нам повысить давление до 20 гигапаскалей, и возникает NaCl3. Еще чуть выше давление - возникает Na3Cl, Na2Cl, Na3Cl2, Na4Cl3, NaCl7. Это все устойчивые соединения. Когда мы рассказали об этом экспериментаторам, они на нас посмотрели треугольными глазами, они сказали: «Ну этого быть не может. Ну мы, конечно, пойдем в лабораторию по вашей просьбе, но вы на нас потом не обижайтесь». Через несколько недель стали приходить первые данные от них, и мало-помалу экспериментаторы поняли, что предсказания сбылись. И были синтезированы NaCl3 и Na3Cl. Вот экспериментальные данные, где все пики рентгеновской дифракции, которые должны быть из теории, были найдены и экспериментом. Эти соединения очень необычные, потому что большая их часть является металлическими соединениями. Кто бы мог подумать, что хлорид натрия может быть металлическим. Причем давления, о которых тут речь идет, не такие уж и высокие. Ну смотрите, NaCl3 становится устойчивым при 20 гигапаскалях. Что это такое - 20 гигапаскалей? Вот я беру ноготь, беру стол и царапаю, давление, которое я создаю своим ногтем - 1 гигапаскаль. А это всего лишь в 20 раз больше. То есть если бы у меня ноготь был чуть попрочнее, а я чуть потяжелее, вот и были бы эти самые 20 гигапаскалей. Много химических аномалий. Ну например, структура Na3Cl является двумерным металлом, в ней слои натрия, вдоль которых распространяется ток, перемежаются со слоями состава NaCl, через которые ток не течет. Одно из соединений Na2Cl содержит необычное состояние - двухвалентный хлор, чего вообще-то не должно бы быть. Но под давлением есть причины, почему это может возникнуть. А в NaCl7 некоторые из атомов хлора положительно заряжены, казалось бы, хлор в хлориде натрия должен быть отрицательно заряжен. Ну большинство да, а некоторые позиции атомов хлора принимают положительный заряд. Теперь вот вопрос - такая необычная химия, вот эти странные соединения будут возникать только в хлоридах натрия или где-то еще? Вообще нету никаких причин, по которым система натрий-хлор отличалась бы от других, ну нет там ничего особенного. Значит, мы ожидаем, что в любой химической системе будут запрещенные соединения при достаточно экстремальных условиях. Где экстремальные условия существуют? Прежде всего внутри планет. Вы знаете, какое давление внутри нашей Земли? 364 гигапаскаля. Почти 4 миллиона атмосфер. А давление в центре Юпитера, в центре Нептуна, планет-гигантов? Гораздо выше. Итак, мы думаем, что, может быть, наши необычные соединения найдут место внутри планет.

Для этого давайте сделаем небольшой экскурс и вспомним, что каменные планеты обычно довольно небольшие, хотя за пределами Солнечной системы есть их аналоги гораздо более крупного размера, и состоят они из двух слоев, грубо говоря, ну, может, трех - тоненькая кора, потом толстая мантия и толстое ядро. Мантия - грубо говоря, силикат магния. А ядро - грубо говоря, железо с какими-то примесями. Есть газовые гиганты, они тоже бывают двух типов. Юпитер и Сатурн - это, грубо говоря, смесь водорода и гелия, а Уран и Нептун - в первом приближении это смесь воды, аммиака и метана. Кстати, представляете себе, какой запах там будет, от такой смеси. Ужас. Есть многочисленные планеты за пределами Солнечной системы, экзопланеты. Они бывают также каменного типа, земного типа, они также бывают газовыми гигантами, а бывает еще один тип, которого в солнечной системе нет - алмазные планеты. На поверхности там будет, конечно, графит при низких давлениях, а под давлением там уже алмаз. Как мы и предполагали, практически во всех планетообразующих системах при высоких давлениях будет возникать что-то совсем необычное. Оксид кремния, обычно это же SiO2, правильно, под давлением будет также SiO, а также SiО3. Оксид магния, в норме это же MgО, правильно, под давлением будет также MgО2, MgО3, и уж совсем необычное - Mg3О2. Оксиды алюминия под давлением - это не только Al2О3, но также Al4О7 и AlО2. Эти соединения, кстати, не такие необычные: просто там атомы кислорода спариваются и образуют пероксид-группу, которую мы хорошо знаем, если кто-то из вас отбеливал волосы.

Вы знаете, я это делал в детстве. Потому что в первом классе меня в школе затравили за черный цвет, «армяшка, армяшка», все такое. Я так обиделся, я так переживал эту тему, что подумал: «Ну все, я приду домой, я-то знаю, что надо делать в таких ситуациях». Я купил в аптеке перекись водорода, и прежде чем испытать на себе, надо ведь вначале испытать на ком-то еще. Мой папа - такой же брюнет, как и я. После работы заснул, но к счастью для себя, вовремя проснулся, потому что увидел занесенную над своей головой мою руку с бутылочкой перекиси водорода. Таким образом мой предварительный эксперимент был прерван, и испытать на отце мне не удалось. Пришлось испытывать на себе. Я вылил себе на голову перекись водорода, у меня получились рыжие волосы, но очень темно-рыжие, очень трудно красить такой цвет волос во что-либо, кроме черного, и я какое-то время ходил с рыжими пятнами на шевелюре. Так что что такое перекись водорода, я прекрасно помню.

Да, вот здесь вы видите пероксид группы, за счет них образуются вот эти новые химические составы оксидов алюминия.

Практические применения такого рода соединений тоже возможны. Например, нами было предсказано, что не только при высоких давлениях, но даже при атмосферном давлении будут возникать новые фториды цезия, такие как CsF2, CsF3 и CsF5. В норме-то должен быть только CsF. Но эти фториды цезия будут разлагаться при нагревании до температуры чуть выше комнатной. Какое это может иметь значение? Если такого рода соединения кому-то удастся получить низкотемпературным синтезом - кстати, синтез будет нетривиальным, потому что очень часто синтез как раз идет при высоких температурах, когда эти соединения неустойчивы, - то они будут иметь очень интересное применение, и мы даже запатентовали их.

Дело в том, что проблема хранения и транспортировки фтора до сих пор является технологически нерешенной. Штука в том, что фтор - это газ, поэтому плотность хранения низкая, а ещё он корродирует практически любой контейнер, и если фтор убежит, это будет катастрофа, потому что фтор крайне токсичен. И когда люди хотят применять фтор, а вы знаете, где фтор применяется? В зубной пасте, да. А при синтезе пластика знаете сколько фтора используется? Так вот когда люди применяют фтор, они предпочитают не связываться с этим ядовитым элементом и транспортировать его откуда-то, а синтезировать его прямо там же, где делают пластик. И это очень неудобно. Вот с помощью наших соединений, может быть, это можно будет сделать как-то более удобно. Вообще-то говоря, есть одно соединение, которое способно хранить и транспортировать фтор, вы знаете какое? Гексофторид урана. Но по понятным причинам с этим соединением никто не хочет связываться. Цезий гораздо приятнее.

Ну вот и на закуску к этому блоку про запрещенные соединения хочу рассказать вам историю, к которой я не имею никакого отношения, но которой очень горжусь. Это была работа китайских ученых, которые использовали мою программу, - я уже вам рассказывал, там у нас тысячи пользователей, - они где-то полтора года предсказали, что под давлением сероводород становится неустойчивым. Помните формулу сероводорода? H2S. А под давлением возникает H3S, которого вообще-то опять же не должно быть, ну типа как Na3Clили NaCl7, вот H3S тоже не должен существовать. Тем не менее они предсказали это соединение, предсказали его структуру, вот я вам даже ее слепил, очень красивая простая структура, и сделали удивительное предсказание, что вот это вещество будет рекордно высокотемпературным сверхпроводником.

Вы знаете, эпопея сверхпроводимости - очень интересная штука. Рекорд высокотемпературной сверхпроводимости был поставлен в 1993 году моим коллегой и другом из Москвы Евгением Антиповым, профессором химического факультета. Те сверхпроводники, которые долгое-долгое время держали пальму первенства, основаны на купратах, сложных оксидах меди и других элементов. Вот я, кстати, держу в своих руках ленту, основанную на купратном сверхпроводнике. Сложные соединения, их непросто синтезировать, с ними непросто иметь дело, и природу их сверхпроводимости до сих пор никто не понимает, кстати говоря. Рекорд высокотемпературной сверхпроводимости, поставленный Евгением Антиповым, был 135 градусов Кельвина. То есть минус 138 Цельсия. Это самая высокая температура. Сверхпроводимость могла существовать только при более низких температурах, выше нет. Так вот, китайские ученые предсказали, что H3S будет сверхпроводником до 200 градусов Кельвина. То есть рекорд перекрывается в полтора раза. Удивительное предсказание. Ну что ж, они опубликовали эту работу где-то в октябре 2014 года. Это предсказание было настолько смелым, что на него никто не обратил внимания. Вы знаете, так бывает иногда,когда слишком смело. Все сказали: «А, ну предсказание, да, ну бывает», - и проехали дальше и забыли, забыли. Знаете, что я вам скажу? Я могу рассказать вам секрет, я об этом никому никогда не говорил - редактором этой статьи, который находит рецензентов и так далее, был я. После того, как пришли более-менее положительные рецензии, такие сдержанно положительные, эта статья была опубликована и я даже забыл про эту статью. Даже я забыл про эту статью. И все остальные забыли. А одна группа экспериментаторов, кстати, россиян, не забыла и осуществила синтез этого соединения, и это совершило переворот.

В августе 2015 года, почти год спустя после теоретической работы была опубликована работа наших экспериментаторов, правда, живущих в Германии, которые подтвердили сверхпроводимость. Совпадение теоретических предсказаний было потрясающим. Теоретики предсказали, что сверхпроводимость будет до где-то 200 градусов Кельвина, а экспериментаторы сказали до 203. И вот сейчас целая лавина работ, посвященных исследованию этого замечательного материала, есть даже предсказание, что введением примеси фосфора сверхпроводимость в нем можно сделать комнатной, до 280 градусов Кельвина. Ну что, интересно, правда?

Но у этого материала есть один недостаток - существует он только при очень высоких давлениях, больше миллиона атмосфер. Вот если бы удалось кому-то когда-нибудь это давление понизить и температуру хоть чуть-чуть повысить, я думаю, это была бы готовая Нобелевская премия. Посмотрим. Может быть, кому-то это удастся, хотя, мне кажется, это задача будет очень тяжелая.

Никита Белоголовцев: Артем, вопрос, который не покидал меня всю вторую часть. Мы говорим с вами - вы говорите, мы больше слушаем - об абсолютно революционных вещах, которые изменили химию. При этом если экранизировать ваш рассказ, то ученые-экспериментаторы в нем выполняют роль такого незадачливого друга главного героя, как в американских комедиях, такого смешного, такая немножечко боксерская груша. И у меня в связи с этим возникает вопрос - я-то думал, когда чуть-чуть готовился, что речь в ваших работах, в предсказаниях идет о каких-то чудовищных давлениях, которые невозможно представить. Потом, когда даже я понял, что эти давления небольшие и когда вы еще этот невероятный опыт с ногтем показали, стало понятно, что эксперименты даже не самые сложные. А почему, собственно,никто из ученых-экспериментаторов, я не знаю, раньше случайно не покрутил ручку или не подумал: «Слушайте, а что будет, если я натрий засуну вот сюда?»

Артем Оганов: Вы знаете, две вещи я хотел бы тут сказать. Во-первых, я бы не хотел, чтобы складывалось впечатление, что экспериментаторы - это наши спарринг-партнеры. Это наши ценнейшие коллабораторы, и химия, физика были, есть и будут главным образом экспериментальными науками. Но теория сейчас играет особенно важную роль. Сейчас теории наконец удалось занять подобающее ей положение второй ножки стула или второй ноги человека. Раньше наука в нашей области была скорее такой одноногой, только эксперименты, а теория могла только следовать за экспериментом. Теперь теория может вести за собой эксперимент. Ну и теперь как бы две ноги - одна ведет другую. Они ведут нас, мы ведем их. Теперь это уже более равноправное, более интересное партнерство и для них, и для нас.

А эксперименты эти не такие простые. Понимаете ли, в чем все дело. Сложность эксперимента существенно растет с ростом давления. Вот если 20 гигапаскалей, то может быть, эксперимент и не сложный, 100 гигапаскалей - это уже сложный эксперимент. И его можно осуществлять только в очень малом объеме. Образец будет диаметром порядка 50 микрон. И вот этот образец нужно поместить в маленькую дырочку размером, может быть, 100 микрон, это все делается пинцетиком, это все делается аккуратно под микроскопом, и надо, чтобы рука не дрожала, и с повышением давления размер образца падает до 10, а может быть и 5 микрон. И вы вот такой 5-микронный образец должны удержать в пинцетике, положить в дырочку, не дышать, потому что можно сдуть этот образец, и чтобы рука не тряслась. Мне даже говорили, что люди, которые делают эти эксперименты, с утра не пьют ни чая, ни кофе, потому что от чая и кофе чуть-чуть будет дрожать рука, и даже такого незначительного дрожания будет достаточно, чтобы эксперимент провалился.

Ну что вам сказать. Мне кажется, что этих людей надо в книгу рекордов Гиннеса, что ли, или в цирке их показывать. Я не знаю, это какой же твердости рука должна быть, какого же ювелирнейшего, даже не ювелирного, а ювелирнейшего качества навык должен быть, какое терпение должно быть… Знаете, сколько у них этих образцов, наверное, улетает от дыхания. А сжимают они их между алмазами. Эти алмазы у них постоянно ломаются от давления. Потому что если алмазы не строго параллельны друг другу, а чуть-чуть наискось, или какие-то дефекты в этих алмазах присутствуют, алмазы сразу ломаются. Знаете, сколько у них там на помойках алмазов ломаных-переломаных?

Вот поэтому это не простые эксперименты, не дешевые, да, и кстати, когда эти эксперименты нужно анализировать, люди идут на источники синхротронного излучения, это тоже очень дорогостоящий эксперимент, и это время всегда дефицитное, люди ждут неделями, а иногда даже месяцами времени на синхротороне. Так что это все не так просто. Я стараюсь о технических сложностях не говорить, потому что людям же неинтересно про них слушать, правда? Я и про своих технические сложности не говорю, и про их технические сложности не говорю. Мы же не жаловаться сюда пришли. Вообще я как-то прочитал в одной книжке, что всегда нужно свои сложности, жизненные или профессиональные, оставлять за скобками. Люди не интересуются этим. Люди интересуются не тем, почему у тебя жизнь сложная, а тем, что ты сделал, правильно? Вот поэтому, когда я говорю про экспериментаторов, я не говорю про то, сколько они алмазов ломают, и про свои работы когда я говорю, я не говорю про то, сколько у нас было аварийных остановок нашего суперкомпьютера или сколько раз нам в голову приходили неправильные идеи, которые нам пришлось потом исправлять долгими бессонными ночами и так далее. Пусть наша жизнь выглядит легкой и беззаботной.

Никита Белоголовцев: Ну действительно, вы когда говорите про суперкомпьютер, ощущение, что вам можно, в отличие от экспериментаторов, выпить чашечку кофе с утра, что вы приходите, нажимаете кнопку и пошли снова пить кофе еще на сутки. Артем, раз вы сказали о книгах, я хочу вас чуть-чуть подробнее о них расспросить, потому что, конечно, после истории про отчаянную попытку перекрасить отцу волосы в рамках эксперимента я как-то стал больше понимать, что вас подпитывало в течение года безуспешных поисков, потому что, конечно, проверить на отце-армянине перекись водорода -это, возможно, гораздо более отчаянный шаг, чем решать задачу столетия в химии. Я хотел вас на самом деле спросить о книгах. Причем как научных, так и книгах вообще, которые вас сделали тем, кем вас сделали, учитывая - я вот это не в качестве лести, а в качестве научного факта, - что, конечно, в вас какой-то человеческой отваги было очень много, потому что в моем понимании для вещей, которые вы делаете, нужны не только научные навыки, но и какие-то общечеловеческие. Какие книги эти навыки в вас воспитывали?

Артем Оганов: Начну с того, что интерес к химии мне привила тоненькая красивая простая книжка, которую мне подсунула как-то мама, она нам подсовывала книжки из разных областей и смотрела, к чему у нас проснется интерес. У меня проснулся интерес к химии, когда я обнаружил на полке книжку «О редких и рассеянных», речь шла о химических элементах. Автор - Венецкий. Я не знаю, жив он еще или нет, издается эта книжка или нет, но это была моя первая химическая книжка, и она мне очень нравилась, мне тогда было четыре года. Там были картинки элементов, как они друг с другом за ручку ходят, друг дружке спинку моют, как они дерутся друг с дружкой, обижаются друг на дружку, и мне это показалось страшно интересно, и они были такие комичные, были лысенькие, было лохматенькие, были пузатенькие, ну разные такие элементы. Мне очень нравилась «Популярная библиотека химических элементов», это книга, которую я читал до дыр много раз в течение всего своего детства. А мое отношение к жизни, мой характер в значительной степени определила, наверное, книга «Два капитана», одна из самых-самых любимых книг. Самая любимая, наверное, все же «Война и мир», это для меня такой слепок Вселенной, что ли, всего общества, всего мира, отношения к человеку, к миру, к жизни, к истории, в общем-то ко всему. И то, как одному человеку удалось пусть даже спорный, но такой полный трехмерный слепок всего сделать, меня восхищает. Вообще граф Толстой меня восхищает как матерый человечище, как про него уже кто-то говорил. А именно в плане воспитания личностного - «Два капитана». «Бороться и искать, найти и не сдаваться». Ценность такого простого человеческого качества, как упрямство. То упрямство, в котором много хорошего и совсем ничего плохого.

Никита Белоголовцев: Вы говорите про упрямство, и вот эта история про один год, а потом один еще день как-то становится еще более выпуклой и такой очень трехмерной. Тут с вами любой почувствует себя знатоком психоанализа.

Артем Оганов: Вы знаете, я могу еще сказать, наверное, тут какую-то роль еще гены сыграли. Я ведь воспитан был в Москве, в русской культуре, я по-армянски не говорю, к сожалению, и про Армению знаю больше по книжкам и по зову крови, чем по воспитанию - армянского воспитания я, к сожалению, не получил никакого, но, наверное, есть какие-то такие генетические признаки. Армяне очень упертый народ, их режут-режут, режут-режут, пытаются в ислам обратить веками, ну что-то не очень получается. Все никак не дорежут, хотя уже три тысячи лет режут, и кто их только не резал. Так вот среди армян, как я узнал, когда мне было больше 30 лет, самыми упертыми считаются карабахские. Их называют карабахские ишаки. То есть если в таком упертом народе самыми упертыми, причем с большим отрывом, считаются мои соплеменники, я думаю, это тоже что-то объясняет.

Никита Белоголовцев: Зов генов - сильный зов всегда. Перед тем как мы пойдем к решающему, финальному в каком-то смысле лекционному куску, я-то в отличие от вас знаю, про азот там речь пойдет, хочу вот такой уточняющий вопрос задать. В четыре года собственно книжки про химические элементы, затем эксперименты с волосами, своими и отца, а в какой момент случилась точка невозврата и мир в лице вас обрел совершенно точно химика? Вот вы сейчас вглядываясь назад, понимаете, где это было?

Артем Оганов: В четыре года.

Никита Белоголовцев: То есть прямо вот уже тогда?

Артем Оганов: А я никогда не представлял другой профессии для себя. Это ведь тоже отражение той самой упертости. Я как решил для себя, что стану ученым, вот так и было. Но был один момент, когда я в 1-2-м классах ходил на вечерние лекции в Политехнический музей и в Менделеевский институт, в Политехническом музее мне очень-очень нравилось. Все вот эти экспонаты, которые там движутся, можно там на кнопки нажимать, и какие-то движения будут происходить. И вы знаете, кому я тогда очень сильно завидовал? У меня спросили однажды - правда, только один раз я такой ответ дал - «Кем ты хочешь быть?» - и я сказал: «Старушкой в Политехническом музее». Речь шла о смотрительницах, которые могут с этими экспонатами вечно играться и вечно на них любоваться. Так что за исключением того короткого момента, когда я хотел быть старушкой, всю оставшуюся жизнь я хотел быть собственно вот тем, кем стал.

Никита Белоголовцев: Хорошо, тогда химия азота. Потому что даже по краткому тизеру это какая-то абсолютно фантастическая история, моих 9 классов любви к химии хватает, чтобы понять, насколько это захватывает.

Артем Оганов: Да, как вы помните, в русском языке, во французском и итальянском языках этот элемент называется азот. По-английски это nitrogen, а в наших языках называется азот от греческого слова «азотос» -«безжизненный». Почему? Потому что в воздухе 78% азота, но он никак не усваивается большинством живых организмов. Мы его вдыхаем и точно так же выдыхаем, он ведет себя инертно. Он не поддерживает жизненные процессы. Хотя вообще-то говоря, в нашем организме достаточно много азота, в составе белков в особенности, но тем не менее. Основой жизни является все-таки углерод, правильно? То, что я вам сейчас расскажу, будет, может быть, казаться чересчур смелым, но я постараюсь удержаться на той грани, которая отделяет науку от фантастики.

Я вам постараюсь рассказать о том, что под давлением, под высоким давлением, возникает настолько разнообразная химия азота, что она начинает соперничать и по-моему даже превосходить по разнообразию, по богатству химию углерода, органическую химию. А это является главным условием для возможности создания жизни, возникновения жизни на основе такого рода химии.

Главная причина, почему органическая химия, химия углерода, стала основой жизни, это то, что из небольшого числа элементов удается создать колоссальное разнообразие химических соединений. Так вот на основе азота под высоким давлением можно создать еще более богатое разнообразие химических соединений. И вот это я постараюсь сейчас вам продемонстрировать. Ну а дальше уже начинается фантастика. Можно ли создать на этой основе жизнь? Вот на этой гране мы постараемся все-таки с вами удержаться.

Мы изучали много разных систем под давлением, в том числе и те соединения, которые содержат азот. Так вот, оказалось, что практически все системы с участием азота, которые мы смотрели, под давлением начинают сходить с ума и возникает великое множество разных соединений с очень странными составами, которые оказываются устойчивыми под давлением. Вот посмотрите: система азот-водород. В этой системе возникают такие устойчивые соединения при разных давлениях, в основном где-то порядка 50 гигапаскалей, или полмиллиона атмосфер, как N8H, N4H, N3H, N9H4, N2H, NH, NH3, NH4, NH5, N3H7. И это только устойчивые соединения. Если вы вспомните углеводороды, то термодинамически устойчивыми соединениями там являются только метан, а под высоким давлением также этан и бутан. Реально фазовая диаграмма азотоводородов оказывается гораздо более разнообразной, чем фазовая диаграмма углеводородов при обычных условиях. Если же мы сюда добавим метастабильные соединения, то разнообразие станет просто безграничным. Давайте разграничим сейчас очень четко, что такое стабильные, что такое метастабильные. Стабильные - это те, которые имеют наименьшую энергию, и даже по прошествии бесконечно долгого времени они не будут меняться. Метастабильные - это те, которые имеют не самую низкую энергию, они несколько неустойчивы, но в этом несколько неустойчивом состоянии могут какое-то время существовать. Какое время? Ну какие-то метастабильные состояния существуют несколько секунд, например. Какие-то метастабильные состояния могут существовать миллиарды лет. Д

Аналог Ноткоин - TapSwap Получай Бесплатные Монеты

Подробнее читайте на polit.ru