«Предугадать или предсказать». Интервью с И. А. Абрикосовым
30 июля Геофизический центр РАН посетил Игорь Анатольевич Абрикосов — мировой специалист в области фундаментальных проблем в теоретической физике твёрдого состояния, академик Шведской королевской академии наук, профессор НИТУ "МИСиС" (Россия) и Линчёпингского университета (Швеция). В рамках встречи им был сделан доклад "Использование современных суперкомпьютеров для теоретического моделирования и ускоренной разработки новых материалов". После завершения научной дискуссии И. А. Абрикосов согласился дать интервью для нашего журнала.
Не могли бы Вы рассказать историю с опровержением исследования американских исследователей, когда вы со своими коллегами доказали несостоятельность теории строения Земли, предложенную коллегами из США, и выявили серьезную ошибку в выполненных ими вычислениях, вследствие чего их статья была отозвана из журнала "Nature".
Вопрос как раз заключался в том, что имеется общий серьезный интерес к вопросам о теплопроводности Земного ядра, классические модели предполагали теплопроводность в районе 50 (единиц). На основе теплопроводности строятся модели истории существования Земли, определяется возраст земного ядра, более того, это один из наиболее фундаментальных параметров. Однако его никто никогда не знал, но цифра 50 была просто удобной, позволяющей объяснить многие явления, но на самом деле взятой с потолка. Методы, которые были разработаны в нашей области, позволили эту цифру посчитать. Проделанная работа нашего коллеги позволила отметить, что эта общепринятая цифра сильно не правильная, она соответствует 300, а не 50. Это произвело шок в области геофизики. Ну, люди от него сейчас оправились. Однако американские коллеги сказали, что было применено неправильное приближение для расчета, и использовали более новую теорию, более мощную. Мы, кстати, использовали эту теорию раньше, но для решения другой задачи. Их расчет показал, что цифра 50 более правильная, чем цифра 300, но при этом их результаты не совпали с нашими результатами, которые были получены до их работы с использованием этой новейшей теорией. То есть мы были первыми, кто применил эту новейшую теорию для исследования земного ядра.
То есть, грубо говоря, ошибка была в методах подсчета, или методы были одинаковы?
Мы начали перепроверять результаты. За этими цифрами, которые я вам сейчас назвал, стоят месяцы использования суперкомпьютерных ресурсов...
То есть, если методы у всех были одинаковы, ошибка была в подсчетах?
Ошибка была в коэффициенте. У коллег оказался неправильный коэффициент. Когда мы все посчитали, оказалось, что их цифра была неправильной. И они признали, в конце концов, эту ошибку. То есть были только две группы в мире, которые могли проделать этот расчет на данном этапе. Воспроизводимость — это один из главных результатов научного метода, который, к сожалению, сейчас становится недооценен, потому что люди просто не хотят тратить время на воспроизведение, но и наша задача тоже была не воспроизведение результатов, наша задача была доказать правильность нашей предыдущей работы ...
... побочный эффект.
Да, сама цифра — это побочный эффект. На самом деле был научный спор по фундаментальному физическому пониманию поведения железа на высоких давлениях. И вот тут сработала правильность нашего фундаментального понимания, которое было опубликовано раньше. И копнечно очень важно, что мы еще нашли ошибку в расчетах американских коллег, поскольку они были важны для других областей...
Вы занимаетесь разработкой методов теоретического предсказания свойств материалов. Расскажите о принципах данного предсказания, насколько сложно предугадать необходимые свойства и в дальнейшем воплотить их в жизнь?
"Предугадать" — это не то слово, которое я бы хотел бы использовать. Я бы предпочел бы использовать слово "предсказать". Задача теоретического предсказания свойств материалов является исключительно важной, потому что использование компьютерных вычислений для получения правильных материалов эффективно как с экономической точки зрения (то есть как на много более дешевый способ, чем эксперимент), так и в плане производительности. Разумеется, сейчас мы можем предсказывать не все свойства, но мы уже научились предсказывать даже небольшое количество свойств материалов, которые позволяют перейти от дизайна материалов к тому, что мы называем научно-обоснованным дизайном материалов. Насколько это сложно? Я потратил на это, ну, грубо говоря, свою научную карьеру. Я пришел на кафедру теоретической физики НИТУ "МИСиС" аспирантом, когда возможность предсказания упругих свойств сплавов была мечтой, а возможность предсказания структуры материалов считалась в принципе не решаемой задачей. И за несколько десятков лет своей научной карьеры мы эти задачи решили. Это очень сложная задача, на которую было потрачено много времени и сил, а сейчас, когда мы уже научились предсказывать свойства конкретного материала, это вопрос от минут до дней.
То есть правильно я понимаю, что какие-то материалы случайно могут возникнуть в процессе эксперимента? Это такой же процесс, как теоретическая работа по исследованию материалов, или практическая? Или сейчас настолько уже все изучено, что теория главенствует?...
Нет, пока еще теория не главенствует. Конечно, процесс создания материалов является экспериментальным процессом. Давайте вспомним господина Эдиссона, когда он подбирал материал для лампочки. Грубо говоря, он взял и перепробовал все. Это работающий метод, но он дорог и долог. С использованием теоретического моделирования, с использованием обработки накопленных больших данных мы верим, что процесс отбора и создания материала, необходимого для какой-то новой технологии, можно сократить на очень-очень большие сроки — с 15-20 лет до 5-6- лет. Задача создания новых материалов — это основа вообще любых технологий. Известно, что на это завязано 80% инноваций.
Каковы успехи в получении новых материалов? Удалось ли что-то использовать в реальной жизни? В своем докладе Вы упомянули титановые сплавы для имплантатов...
У нас есть несколько успешных историй по созданию новых материалов, например, для режущего инструмента. На основе теоретического расчета было предложено допировать нитрид титана, точнее, один из широко используемых в промышленности сплавов, новым элементом. С использованием теории Кона (Вальтер Кон — нобелевский лауреат по химии 1998 года — прим. ред.) было предсказано, как это допирование повлияет на свойство материалов, то есть предсказали, что удастся увеличить термостойкость данного покрытия, и, действительно, в соответствии с результатами были получены новые, более термостойкие материалы. У нас есть сейчас предсказания по получению более пластичных сплавов на основе никель-алюминиевых сплавов, экспериментально синтезированные образцы показывают, что наше предположение действительно реализуется. У нас есть история создания с использованием моделирования новых магнитных сплавов так называемых MAX-фаз с потенциалом использования для спинтроники. Случаи пока единичны, но они уже есть. И надеюсь, что за оставшуюся часть своей научной карьеры я смогу превратить единичные случаи в систему. У меня еще есть время.
Глядя в ваш рабочий календарь, где вы больше проводите время, в России или в Швеции?
Я больше времени провожу в Швеции.
По вашему наблюдению, насколько по-разному мыслят ученые? Насколько отличается подход к научному исследованию у наших ученых и у шведских? Может быть, есть какие-то интересные особенности научного менталитета?
Это очень интересный вопрос. Я думаю, что, прежде всего, различие заключается в подходе разделения области науки на фундаментальную, стратегическую и прикладную. В Швеции очень хорошо понимают это разделение, у них даже разные организации финансируют эти области науки. Когда мы подаем проекты на гранты в Швеции, то хорошо осознаем, к какой области относится наше исследование — фундаментальной, стратегической или прикладной. И для фундаментального проекта никто не потребует немедленной экономической отдачи. А вот для прикладного проекта и требование отдачи, и контроль будут очень серьезными. Кроме того, в Швеции очень сильно развито понимание важности публикации и публикационной активности. Я сталкиваюсь с тем, что моим шведским аспирантам гораздо проще объяснить, зачем нужно публиковать статьи, чем моим российским аспирантам. Потому что в Швеции аспирант понимает, что, публикуя статьи, он закладывает фундамент своей будущей научной независимости. Говорят, плох тот солдат, который не желает стать генералом, так вот в Швеции у любого аспиранта идея заточена на то, что он вырастет в независимого профессора. Мне приятно работать и в Швеции и в России. Образование, конечно, немного различается: в Швеции чуть более инженерно-практический подход. В Швеции люди идут в университет в основном не для того, чтобы стать ученым, а для того, чтобы стать инженерами, получить специальность и работать. Kогда я шел в университет, я мечтал стать ученым. Наша система образования была больше настроена на фундаментальность и глубину, чем на инженерность, умение решать проблемы любой ценой. Вот эта разница, конечно, чувствуется.
Беседу вели Станислав Нехорошев, Дарья Савинова
текст Дарья Савинова