Внеземные минералы. Как химики раскрывают тайны планет
Профессор Сколтеха, член Европейской академии наук и профессор РАН Артем Оганов рассказал о том, как новые достижения в области теоретической химии и физики помогают ученым разгадывать секреты рождения нашей планеты и других миров, почему он готов заниматься практическими разработками, и объяснил, что нужно для лидерства отечественной науки в мире.
Артем Оганов — один из самых известных российских химиков. Его лаборатория открыла десятки экзотических веществ, в том числе "невозможные" соединения гелия, прозрачный натрий, сверхтвердый бор, новые хлориды натрия и калия, ряд соединений, которые могут существовать в недрах Земли и других планет, а также несколько интереснейших новых материалов. Алгоритм USPEX, созданный Огановым, сегодня применяется сотнями научных групп по всему миру для предсказания новых материалов.
Помимо научной деятельности, профессор Оганов занимается и просветительством. Недавно в Российском научном фонде в Москве под его руководством была проведена занимательная викторина "Открытая лаборатория". На этом мероприятии "завлабы" и их подопечные, которыми могли стать любые желающие, пытались найти правильные ответы на вопросы научной викторины, придуманные ведущими учеными и популяризаторами науки.
— Артем Ромаевич, привлекали ли внимание астрономов, изучающих планеты-гиганты и другие далекие миры, ваши исследования, посвященные экзотическим веществам, которые могут присутствовать в их недрах?
— Как показали наши расчеты, при сверхвысоких давлениях и температурах, которые, как мы считаем, должны быть характерны для недр планет-гигантов, возникают новые соединения и кристаллические структуры, обладающие рядом ранее неизвестных интересных свойств. Тут и наши собственные работы, и работы коллег, использовавших наши методы и программу. Эти работы очень высоко цитируются – в том числе и планетологами, но также и материаловедами, и физиками, и химиками.
К примеру, китайские коллеги недавно показали, используя программу USPEX, что при высоких давлениях должно образовываться соединение H3S, обладающее рекордно высокотемпературной сверхпроводимостью. Такое вещество вскоре было синтезировано, и его рекордная сверхпроводимость экспериментально доказана. Есть много других примеров подобных открытий, которые связывают химию, физику и науку о планетах.
Более того, уже сейчас можно сказать, что мы пока не до конца понимаем, как появление этой новой химии изменит наши представления о том, что происходит в недрах планет и как они ведут себя. Примерно полтора года назад китайские и американские ученые опубликовали статью в журнале Nature, в которой они предсказали, используя USPEX, что при повышенных давлениях в недрах Земли будет формироваться новый оксид железа FeO2. Получив этот теоретический результат, они проверили его экспериментально и доказали, что нечто похожее действительно может происходить. Дальше начался полет фантазии — и хотя в чем-то фантазия этих ученых подвела, вполне возможно, что такого рода соединения сыграли большую роль в образовании Земли.
На самом деле ученым полезно фантазировать — без фантазии они уже не ученые, а ремесленники. В данном случае мечты наших коллег обрисовали крайне необычную вещь, связывающую процессы в недрах Земли с эволюцией жизни и колебаниями в концентрации кислорода в атмосфере.
Первая идея этих исследователей была такова. Холодная литосфера Земли, как известно, погружается в мантию, а горячие потоки мантийного вещества компенсируют это, восходя к поверхности планеты. В тех породах, которые подобным образом "тонут" в мантии, может присутствовать гидроксид железа — обычная ржавчина.
Как посчитали наши китайские коллеги, это вещество могло распадаться по мере путешествия к недрам Земли, формируя экзотическую двуокись железа. Это соединение устойчиво только при высоких давлениях, и при возвращении на поверхность Земли оно должно распадаться, выделяя кислород.
Эта идея натолкнула их на мысль, что первое массовое вымирание, так называемая Великая кислородная катастрофа, которая произошла более 2,5 миллиарда лет назад, когда в атмосфере внезапно появилось большое количество кислорода и большая часть "бескислородной" жизни вымерла, связано именно с этим. Большие вариации концентрации кислорода в атмосфере Земли происходили и после этого; эти вариации и вымирания видов
Идея привлекла внимание, но, похоже, она не верна. С одной стороны, FeO2 действительно существует и при снятии давления будет выделять кислород, но выяснилось, что ржавчина не распадается при погружении в мантию: тут исследователи ошиблись, причем не в во время опытов и не в расчетах — расчетов по ржавчине, гидроксиду железа, они не делали, — а в интерпретации эксперимента.
Эта история, несмотря на допущенную исследователями ошибку, настолько интересна, что ее стоит помнить, так как она заставляет нас задумываться о больших вопросах и о том, как взаимосвязаны между собой различные процессы в природе. В недрах планет-гигантов, как мне кажется, может на самом деле происходить еще больше интересного.
К примеру, Нептун, как показывают наблюдения за ним при помощи телескопов и зондов, вырабатывает примерно в два раза больше тепла, чем получает от Солнца, и это странно, учитывая то, что он почти не содержит в себе тяжелых, радиоактивных элементов вроде урана или тория, чей распад мог бы быть источником тепла.
Несколько десятилетий назад Марвин Росс высказал красивую гипотезу: метан, в большом количестве присутствующий в толще жидкого Нептуна (эта планета целиком или почти целиком газово-жидкая), при высоких давлениях может распадаться с образованием алмаза. Его кристаллики, обладая более высокой плотностью, чем окружающий их "суп" из углеводородов, воды, аммиака, будут тонуть, двигаясь в сторону твердого ядра планеты.
Это движение будет разогревать Нептун за счет трения падающих кристаллов о жидкость. Учитывая, что около трети объема Нептуна составляет метан, нетрудно представить, какая масса алмазов может присутствовать внутри Нептуна! Эксперименты показывали, что метан действительно может распадаться с образованием алмаза, однако в недрах Нептуна содержатся и другие вещества, такие как вода и аммиак, которые могут привести к образованию совсем других соединений — но что именно происходит, пока не вполне ясно.
— Сможет ли человечество когда-либо точно предсказывать свойства той или иной гипотетической молекулы или соединения, и использовать подобные знания в быту и промышленности?
— Предсказание материалов с заданными свойствами — как раз то, чем занимается моя лаборатория, и это имеет большой прикладной потенциал. Сейчас, к примеру, мы ищем материалы с наилучшими магнитными свойствами. Постоянные магниты, изготовленные из подобных веществ, могли бы улучшить работу монорельсовых железных дорог, а также удешевить ветряные электростанции и быть полезными в других технологиях.
Помимо этого, мы разрабатываем термоэлектрические материалы, способные преобразовывать тепловое излучение в электрический ток. Подобные вещества давно известны нам, однако из-за свойств существующих материалов для них характерен крайне низкий КПД. Если его удастся удвоить или утроить, многие системы генерации электричества станут не просто рентабельными — они совершат революцию в энергетике.
Представьте себе, что мы сможем улавливать тепло, которое автомобили или электростанции выбрасывают в окружающую среду, и превращать его в электричество.
— Многие из ваших открытий, к примеру, изучение свойств полимерного азота и его аналогов, могут иметь двойное назначение. Обращались ли к вам за помощью военные или вы с ними принципиально не сотрудничаете?
— Военными исследованиями я не занимаюсь. Когда я жил в Америке, я довольно много сотрудничал с DARPA, агентством передовых оборонных исследований и руководил многомиллионными проектами, но все эти проекты были гражданскими, в этом отношении я достаточно щепетилен. Даже сейчас, уехав из США, я сотрудничаю с коллегами по гранту военного ведомства, предсказываю новые высокотемпературные сверхпроводники, которые образуются под высоким давлением. Это интересная фундаментальная тема, но без шансов найти практическое применение.
Хочу подчеркнуть, что я пацифист, я не люблю войну и в особенности — американскую военную машину. Миру нужен баланс: либо все отказываются от оружия, либо Америку, вооруженную до зубов, должны уравновешивать одно или два государства с аналогичным арсеналом. Так что я, хоть и пацифист, хорошо отношусь к российским военным исследованиям, но сам в них еще никогда не участвовал.
— Удалось ли вам продвинуться в изучении соединений гелия, существование которых вы предсказали два года назад?
— Одно из двух предсказанных нами веществ, Na2He, уже было получено в лаборатории моего коллеги Александра Гончарова, который сейчас работает в США, а второе соединение, Na2HeO, пока еще не пытались синтезировать. Мы провели детальные исследования Na2He, природы химической связи в нем, его устойчивости и других свойств, и экспериментальные данные полностью подтвердили наши предсказания.
Это очень интересное соединение, которое относится к классу электридов — особых веществ, обладающих кубической структурой, часть пустот в которых занимают не ионы или атомы, а локализованные электронные пары.
Данные электронные пары ведут себя как некий атом, заряженный отрицательно, что придает им множество любопытных свойств, связанных с тем, как взаимодействуют эти "атомы" с соседями. К примеру, эти пары электронов легко выбивать с того места, где они находятся, что позволяет использовать их в качестве сверхчувствительных датчиков света, катализаторов и восстановителей.
Конечно, наши соединения гелия вряд ли удастся применить на практике, так как они существуют только при повышенных давлениях, но можно создать электриды и из других материалов, как неорганических, так и органических. Все эти материалы химически довольно неустойчивы, и все научное сообщество мира сейчас работает над поиском их более стабильных версий. К этой гонке недавно подключились и мы в лице моей лаборатории в Сколтехе.
— В последние годы обострились споры о том, что нужно сделать для того, чтобы российская наука начала двигаться вперед. Кто-то считает, что у нас неправильный "режим", другие сетуют на отсутствие денег, а третьи говорят о неприспособленности россиян к современному миру. Чего именно нам не хватает?
— Науке нужны адекватное финансирование, приток талантливых ученых, а также система, поощряющая таланты. За последние годы было создано много современных лабораторий, хорошо оснащенных и с первоклассными коллективами. К сожалению, в целом зарплаты ученых не конкурентные, за исключением небольшого числа организаций вроде Сколтеха.
Вдобавок в российской науке много балласта — сотрудников, которые получают зарплату, но ничего не делают. На Западе такие люди не удержались бы на своем месте, однако наша система позволяет им скудно, но существовать. Не меньше на состояние нашей науки повлиял исход ученых в 1990-х годах — никто не знает, сколько научных сотрудников уехало, а вернулось лишь примерно полторы тысячи человек. Очень важно, чтобы система организации нашей науки поддерживала самых талантливых, помогала раскрыться нашим талантливым ученым, и привлекала таланты со всего мира.
Кроме того, наша наука пока слишком закрыта — мы варимся в собственном соку, что мешает обмену идеями и налаживанию связей с другими научными школами, популяризации открытий и идей наших ученых за рубежом.
Надо понимать, что состояние науки — своего рода зеркало, в котором отражается наше общество. Общество, занятое выживанием, наукой не занимается, его главная задача — не умереть с голоду. Поэтому в бедных странах научного прогресса просто не бывает.
После распада Советского Союза Россия стала бедной страной, ученых и науку здесь заморили голодом. Многие ученые, даже те, кто не хотел никуда уезжать, были вынуждены перебраться за рубеж просто ради того, чтобы выжить и в профессиональном, и в физическом плане.
Сейчас ученые, хотя и достаточно медленно, начали возвращаться, и система плавно приходит в некое равновесие. Что нужно для ее дальнейшего развития? Во-первых, стабильность общества. Революции, гражданские войны и прочие события такого рода — самое худшее, что может произойти. Люди ведь бегут не только от голода — насилие и неопределенность тоже заставляют их покинуть свою родину. Когда страну лихорадит, наука просто не может развиваться.
К примеру, революция во Франции происходила под лозунгом "Свобода, равенство, братство!", но что же французы получили? Гильотины, а потом и жесточайшую диктатуру Наполеона, который уничтожил свободу прессы, выслал всех недовольных и залил всю Европу кровью. После падения его режима вернулись короли, потом была серия революций и переворотов, и целый век Франция не могла прийти в себя. Мне кажется, подобная плата за прогресс слишком высока.
Нечто похожее произошло и в России в 1917 году — сколько людей вынужденно покинули страну, умерли от голода или в тюрьмах. Потом было еще хуже — все то хорошее, что успели создать в Советском Союзе, добровольно выбросили на свалку истории, и возникла страна олигархов и бандитов 1990-х.
Сейчас общество постепенно стабилизируется, есть много проблем и несправедливости. Но это не значит, что мы обязаны выйти на улицу, все разломать и еще сто лет жить в условиях безудержной вакханалии зла и насилия.
Я просто не могу принять эту логику и считаю, что общество должно стать стабильным и каждый его член должен заниматься своим делом. Фермеры — фермерством, промышленники — производством, правительство и фонды должны спонсировать ученых, ученые — заниматься наукой, а пресса — грамотно и интересно писать о ней. Подобное эволюционное развитие поможет нам приблизиться к созданию если не полностью справедливого общества, то чего-то близкого к нему.
— Если говорить о балласте, революциях и потрясениях, нужно ли продолжать реформу РАН или можно оставить все в том виде, как сейчас?
— Мне кажется, что Академию наук нужно реформировать по двум простым причинам. Во-первых, в ее составе много посредственных ученых, и это само по себе говорит о том, что система отбора в РАН не работает — личные связи оказываются более важными, чем компетентность и профессиональные заслуги. Это подрывает авторитет и экспертную функцию Академии наук.
Во-вторых, посмотрите на возрастную структуру РАН — на ее верхушке слишком много 80-летних академиков. Подчеркну: возраст не означает, что человека надо списывать, однако мы должны помнить, что наука — это дело молодых. Академия наук этого не понимает, и сейчас она потеряла доверие не только у власти и общества — но и в профессиональном сообществе, что абсолютно ненормально.
Академики должны быть эталоном настоящих ученых, совершающих открытия, а не собранием людей, забывших о науке и назначающих своими "наследниками" детей, племянников и знакомых. Такую систему нужно реформировать, очищать, но это будет непросто.
Я очень надеюсь, что Александр Сергеев, нынешний президент РАН, справится с этой задачей. Как мне кажется, он сможет ее решить, и я не один, кто так думает — его поддерживает президент, а бюджет академии был увеличен. Мне хотелось бы верить, что Сергеев оправдает это доверие.
Источник
Последние аномальные новости

Ведьму арестовали за неосторожное обращение с огнем

Вода сохранялась в марсианском кратере намного дольше

Вторжение яйцевидных НЛО в окрестностях Левелленда

Голубые сверхгиганты образовываются из слияния двух звезд

Домашние роботы со здравым смыслом

Есть места, куда сталкеры боятся ходить

Жизнь можно обнаружить в отдельном инопланетном зерне

Инопланетяне приглядывают за атомными станциями Индии

Как и когда можно увидеть дьявольскую комету

Люди скоро превратяться в Боргов

Миссия по сбору ресурсов с астероида Апофис

НЛО замечен над атомной станцией в Тамилнаду

Обнаружен потенциально обитаемый водный мир

Планетарный каннибализм распространен среди звезд

Половина всех менеджеров стремятся заменить работников ИИ

Полупроводниковые волокна для одежды людей

Рождение и смерть гигантских звезд

Тайна врат в Ад Иераполиса

Темная материя может образовывать звезды

Элитные коммандос обнаружили НЛО

Жители острова Пасхи посещали Южную Америку

Загадка образования первых галактик

Загадочный проект 'Синий луч' в действии

Замаскированный НЛО замечен над Португалией

Изучение экзотических звездных явлений

Космический телескоп распутал историю нашей галактики

Марсианский вертолет мог бы стать бортовым геологом

НЛО замечен над Южной Африкой

НЛО летают над атомными электростанциями Индии

Новый троянский астероид нашли на орбите Марса

Обнаружены четыре новых экзотических белых карлика

Понимание коррозии позволяет создавать новые металлы

Сверхмассивная черная дыра не оправдывает ожиданий

Секреты пояса Ван Аллена раскрыты

Стареющие коричневые карлики становятся одинокими

Таинственный свет в небе над Сан-Антонио

Темная материи поможет понять эволюцию галактик

Уфологи могут научить нас политической паранойе

Элитные коммандос захватили НЛО

Японский летчик-истребитель рассказал о НЛО

Бигфут и сасквоч - инопланетные гибриды

Выявили лучшие места в США для обнаружения НЛО

Инопланетяне дали нам план Стоунхенджа

Инопланетяне используют невероятные технологии

Культурная площадь в Розуэлле примет уфо-фестиваль

НЛО вблизи ядерных установок ставят экспертов в тупик

НЛО замечен над поверхностью Луны

Оборона землян будет быстро подавлена инопланетянами

Общественный колледж Портленда предлагает курс по НЛО

Одна из дюжины звезд поедает свои планеты

Официальные лица США ничего не знают о НЛО

Планетологи пытаются оценить толщину льда на Европе

Поиски обломков рейса MH370 дали новую надежду

Пришло время изучить лунные лавовые трубки

Самые паранормальные места в Нью–Йорке

Строительные блоки жизни стабильны в условиях Венеры

Уинстон Черчилль скрывал информацию об НЛО

Уфологи устремились на юг Франции

Фестиваль НЛО пройдет в апреле в Эдинбурге

Шведский архив регистрирует паранормальные явления

Автокресло

Влияние накрутки реакций в Telegram на контентную стратегию. Анализ и рекомендации

Астрофизики дадут подсказку в поисках темной материи

Более 1500 наблюдений НЛО над Великобританией за 4 года

Британский взгляд на внешность инопланетян

В Великобритании замечено почти 2000 наблюдений НЛО

ИИ ChatGPT является очень эффективным инструментом

Как были сделаны татуировки ледяного человека Эци

Как, по мнению британцев, выглядят инопланетяне

Китай может начать атаку на США с Луны

Китай строит ядерный космический двигатель

Люди изменили свои суждения под воздействием ИИ

Наблюдения НЛО в районе Тиссайда

Наблюдения НЛО над Ноттингемширом за последние три года

Намеки на третью планету системе PDS 70

Начались продажи электрических летающих такси

Нашли одну из древнейших звезд

Один астероид создал более 2 млрд вторичных кратеров

Пентагон усердно скрывает информацию об НЛО

Плавающие кристаллы замедляют старение звезд

Планетарная геофизика поможет в поиске инопланетян

Последние наблюдения НЛО в Лестершире

Почему миллиардеры по всему миру строят бункеры

Рентген показал каменного младенца внутри женщины

Робот, который выполнил сальто назад без гидравлики

Сбитый с толку астроном заметил НЛО над Луной

Следующий имплант Neuralink подарит зрение слепым

Собираются создать лунную железную дорогу

Создали импульсный двигатель на водяном топливе

У людей с гаванским синдромом не выявили повреждений мозга

Флотилия НЛО замечена над горой Шаста

Эра ИИ наступит быстрее, чем мы думали

Анализ может привести к изменению парадигмы о НЛО

Более 1500 наблюдений НЛО над Англией за 4 года

В Башкирии заметили падение с неба светящегося шара

Вампиршу XVI века похоронили с кирпичом в зубах

Детей из Зимбабве мучает полтергейст

Екатеринбуржцы увидели НЛО в облаках над городом

Жительница Эдинбурга заметила дискообразный НЛО

Загадка Безумного камня

Йог 22 года медитирует на жутком холоде

Как мы будем с ними разговаривать с инопланетянами

Легендарная подземная школа чернокнижников

Мы увидим полностью созданные ИИ игры через 5-10 лет

Наблюдения НЛО в Англии с 2020 года

Наблюдения НЛО над Мерсисайдом

Наркомана убила статуя Будды

НАСА обнаружит жизнь на Европе к 2030 году

Нечто с длинной шеей попал на камеру наблюдения

НЛО пролетает над поверхностью Луны

НЛО сбили в бразильском городе Пау Гранде

Новые изображения дьявольской кометы

Новые необычные наблюдения НЛО в районе Ковентри

ООН приняла эпохальную резолюцию по ИИ

Полемика вокруг загадочных сферул не утихает

Процедуры отчетности о НЛО и утилизации материалов

Рост числа государственных служащих-роботов

Самые реалистичные сценарии Апокалипсиса

Ужасающее заболевание - синдром лица демона

Что предсказал Нострадамус России

Штаты США, где вы будете похищены инопланетянами

Эволюция мозговых чипов

Бетти Андреассон провела у пришельцев несколько часов

Где в США лучшее место, чтобы увидеть НЛО

Загадочный космонавт Солуэй Ферт

Интерактивная карта НЛО в Великобритании

Истинно верующие атаковали бывшего главу AARO

Историческая уфологическая хроника

Лучшее место для встречи с инопланетянами

Не ждите правды от правительства США о НЛО

Несколько НЛО были замечены над Орегоном

Нефтянник заметил НЛО в форме тарелки

НЛО заметили в штате Миннесота

НЛО над фермой в Орегоне

НЛО украл шесть дней из жизни Трэвиса Уолтона

Офицер полиции Лонни Замора заметил НЛО

Парень заметиил НЛО прежде чем они растворились

Первая трансплантация ГМ-почки свиньи пациенту

Похищение Бетти и Барни Хилл одно из самых странных

Сексуальные эксперименты инопланетян над землянами

Тайна наблюдений НЛО вблизи ядерных объектов

Уфологи терроризируют бывшего директора AARO

Азиатская Зона 51 проводит фестиваль

Астероид изменил форму после удара зонда землян

Вы когда-нибудь сталкивались с инопланетянами в Айдахо

Изменяющий форму НЛО замечен над Бирмингемом

ИИ комментирует теории заговора о Кеннеди

ИИ может заменить умерших близких людей

ИИ становится волком с Уолл-стрит

Масштабная уфо-конференция все ближе

Модель Эбби Клэнси боится инопланетян

Нашли лучшее место для наблюдений НЛО в США

НЛО в форме тарелки парил над нефтяной вышкой

Одержимая женщина помочилась черным

Пациент Neuralink с параличом конечностей играет в шахматы

Похищение в Паскагуле покажут на Netflix

Почему так много людей все еще верят в НЛО

Сверхпроводимости при комнатной температуре не существует

Уфологи собрались у офиса Чака Шумера в Нью-Йорке

Уфологи устремились в тихий город Лимож

Уфологическая неделя на британском ТВ

Я вырос, мучимый злыми демонами, теперь я экзорцист

Быстрые займы онлайн

Аватар никогда не будет лгать или будет

Адмирал ВМС видел секретные файлы об НЛО

Водород обеспечивал энергию при зарождении жизни

Высокоскоростная камера зафиксировала полет НЛО

Добровольцы обнаружили 15 редких активных астероидов

Инопланетяне более чем реальны

Как Земля остается пригодной для жизни

Может ли земная жизнь выжить у красного карлика

Наблюдения НЛО в Арканзасе

Нам следует изучать на неопознанные подводные объекты

Нейтринный фон мог бы многое рассказать нам о Вселенной

Нехватка воды приводит к образованию кругов фей

НЛО замечен над Лас-Вегасом и горой Спирит

Оператор нефтяной вышки заметил НЛО

Опубликована карта активных черных дыр

Песчаные дюны Титана состоят из разбитых маленьких лун

Сколько времени потребуется, чтобы обойти Марс

Таинственные звери Японии. Жуткие ползающие твари

Тайна сознания. Чего может достичь наука

Уфо-конференция стоимостью 160 фунтов за билет

Британский спецназ обнаружил сбитый НЛО

Воспроизвели самую раннюю форму жизни в лаборатории

Где замечали рейс MH370 на картах Google

Подписка на новости
Наверх
Яндекс.Метрика