ФН и графен

«Сон разума рождает чудовищ»
(испанская поговорка)

Среди многочисленных бед фундаментальной науки (ФН) вообще, и российской ФН в частности, есть одна, в которой повинно само научное сообщество. Эта беда состоит в неумении и нежелании внятно, общедоступным языком объяснять (как человеку с улицы и власть предержащим, так и собственным коллегам) содержание научной работы, т.е. в практически полном отсутствии популяризации.

Итак, что же это такое ФН? О чем, собственно, пойдет речь?

Каждый исследователь, претендующий на этот раздел науки, должен найти для себя приемлемое определение. Невольно вспоминается одно из них еще с советских времен: «всякий работник учебного или научного заведения, занимающийся бесполезной деятельностью, работает в области ФН». Неудивительно, что при таком определении советская ФН была одной из наиболее многолюдных в мире.

Однако шутки в сторону. Мне кажется наиболее правильным следующее определение: целью и результатом ФН является написание новых страниц учебника. Тот, кто способен найти пробелы в существующих учебниках или обнаружить возможность развития хорошо установленных представлений и работающий в этих направлениях, занимается ФН.

К сожалению, наиболее простые разделы учебной литературы уже написаны предшественниками. На нашу долю осталось то, что по каким-либо причинам не могло быть изучено ранее. Значит, экспериментальные фундаментальные исследования должны проводиться в экстремальных условиях: при очень больших энергиях, если речь идет об элементарных частицах, при очень низких (или, наоборот, очень высоких) температурах, в очень сильных магнитных полях, при очень больших давлениях. Само создание этих условий стоит достаточно дорого, поэтому у незаинтересованного человека возникает естественный вопрос: а собственно, почему учебник нужно писать именно силами нашей страны? Пусть учебники пишут в богатых странах, а мы их прочтем и будем использовать знания, полученные даром. Подробное обсуждение ошибочности такого пути уведет нас слишком далеко от предложенной темы, поэтому ограничимся только одним, и не самым сильным, аргументом: в стране, где нет ФН, новые страницы учебника скоро никто не сможет прочесть и понять.

Экстремальность условий эксперимента приводит к потере зрелищное™ и трудностям в демонстрации современных экспериментальных установок широкой публике. В качестве примера вспомним машину времени из художественного фильма «Иван Васильевич меняет профессию». Там в колбах экзотической формы кипели разноцветные жидкости, вился пар, мигали лампочки, короче, было на что посмотреть. В современной лаборатории такой зрелищности, как правило, нет. Потеря зрелищности эксперимента побуждает использовать в популярном изложении сверхупрощения и весьма неоднозначные приемы.

Одним из наиболее ярких примеров подобных методов популяризации служит история с графеном. Напомним, графен — это плоский монослой графита, но не в составе кристалла, а, так сказать, существующий сам по себе. Такие монослои укладывают на диэлектрическую подложку, чтобы избежать сворачивания плоского монослоя в свиток и обеспечить возможность управления числом свободных электронов. В научном жаргоне иногда употребляется словосочетание «двухслойный графен», но большее число слоев в кристалле графита уже не позволяет отнести его к графену.

За работы по графену двум нашим бывшим соотечественникам — Гейму и Новоселову — присуждена Нобелевская премия по физике, что вызвало немалый ажиотаж в отечественных СМИ. Требовалось как-то выделить главное достижение лауреатов, и в ход пошла своеобразная сказка о тульском Левше. Кратко ее содержание сводится к следующему. В то время, как научные работники всего мира возились с методами высоких технологий, будущие лауреаты отщепили листы графена от монокристалла графита с помощью клейкой ленты, а затем растворили ленту жидкостью для смывки лака с ногтей. В этом и состоял их главный гениальный ход. Сверхупрощенная версия была многократно тиражирована и частью российского общества воспринята всерьез. Автору этой статьи, например, довелось принимать участие в телевизионной передаче с участием господина Петрика. Последний, по-видимому, базируясь на упоминавшейся выше версии сказки о Левше, утверждал, что идея механического расщепления графита была использована им раньше и, стало быть, Нобелевский комитет ошибся. Ясно, что с подобными претензиями следовало бы обращаться не на телевидение, а непосредственно в Нобелевский комитет. Однако нас сейчас интересует другое, а именно: что было опущено популяризаторами и послужило источником заблуждений?

Исследования графена были невозможны еще каких-то 20 лет назад даже при наличии клейкой ленты (и других использованных авторами методов расщепления графита). Среди многочисленных чешуек, упавших на подложку после растворения клейкой ленты, требовалось разыскать однослойную. Для этого было необходимо пересмотреть и определить толщину у многих чешуек, сделать маркировку нужной чешуйки и приделать к ней омические контакты. Каждый из этих шагов требует методов высоких технологий.

В этом месте мне кажется необходимым подчеркнуть еще одно обстоятельство, не слишком рекламируемое самими лауреатами и не очень известное общественности. Соавторами первых работ по графену кроме Гейма и Новоселова были Морозов, Фирсов и Дубонос. Последние трое были российскими гражданами, а Фирсов с Дубоносом и работали, практически не выезжая из России, так что на начальной стадии работы по графену в значительной мере базировались на усилиях наших реальных, а не только бывших соотечественников.

Итак, первый промежуточный итог состоит в том, что при популяризации нас всегда подстерегает опасность переупростить и ввести общество в заблуждение относительно реальной сложности работы и уровня решаемых задач.

Упомянутая выше телевизионная дискуссия продемонстрировала автору его полную неподготовленность вести открытый спор на популярном уровне. В ходе разговора господин Петрик сообщил, что у него на складе лежат тонны графена, изготовленные по его, Петрика, методике. Специалисту ошибочность этого утверждения очевидна, но как убедить в ошибочности неподготовленную телевизионную аудиторию? Как убедить зрителей, что в тоннах микрокристаллов графита, лежащих на складе, содержание графена ничтожно, даже если он там вообще есть? Требовался быстрый ответ, убедительный даже для полного профана. Должен сказать, что такой ответ пришел мне в голову только после телепередачи.

Как мне кажется, правильно было бы оценить рыночную цену 1 грамма графена. Действительно, на момент передачи пластиночка графена площадью 30 на 30 квадратных микрон не могла стоить дешевле 1 доллара. Значит грамм графена не мог стоить меньше триллиона (тысячи миллиардов) долларов. Будь на складе реальный графен, туда бы стояла грандиозная очередь капиталистических акул, чтобы купить его по дешевке. А если нет очереди, значит нет и графена.

Не менее важным делом является популяризация собственных результатов среди коллег. Поток публикаций сейчас настолько велик, что статья, опубликованная даже в самом престижном журнале, рискует остаться незамеченной или, что еще хуже, может быть воспроизведена более удачливым популяризатором на несколько измененном языке или на другом, хотя и подобном, материале. Как правило, коллеги получают информацию устно: на семинарах, конференциях или в личном общении.

Для иллюстрации сказанного вернемся снова к графену. За что, собственно говоря, присуждена премия? С точки зрения ФН, он обладает совокупностью любопытных свойств. Этот набор свойств интересен, но среди них нет ничего, что вело бы к реальному научному прорыву.

На мой взгляд, основным мотивом для присуждения премии явилась удачная популяризация графена среди научного сообщества. Действительно, усилиями лауреатов поток научных работ по графе-новой тематике приобрел характер лавины с явным преобладанием теоретических публикаций (и это несмотря на то, что свойства графита и графена теоретически были очень подробно исследованы еще в середине прошлого века). Здесь еще раз, уже в качестве казуса, уместно вспомнить претензии господина Петрика. Думаю, что, если бы вместо упоминавшейся выше сказки ему разъяснили масштабы проделанной работы и мотивы для присуждения премии, то и претензий никаких не было бы.

И наконец, последняя, но, может быть, самая важная проблема популяризации. Общество в целом, и представители государственной власти в частности, должны ясно понимать необходимость поддержки ФН. К сожалению, в течение уже длительного времени научным сообществом использовался порочный метод для получения финансирования от государства. Метод состоял в обещании чуда. На памяти автора чудо власть-предержащим обещалось от развития физики поверхности, от высокотемпературной сверхпроводимости, от фуллеренов, углеродных нанотрубок и квантовых компьютеров. Кончилось дело тем, что в подобные обещания перестали верить, а ФН (особенно на уровне Министерства науки) стали рассматривать как некий плохо работающий цех, обязанный немедленно производить нечто полезное (хоть и неизвестно, что именно).

Для улучшения работы цеха сделаны попытка приглашения иностранных управляющих (в основном эмигрировавших наших соотечественников) и другие столь же опрометчивые шаги. При этом как-то не замечается, что в России осталось хоть и небольшое, но еще достаточное количество молодых (в возрасте 30-40 лет) амбициозных научных сотрудников, уже имеющих известность в мире. Именно группы, сформированные вокруг таких людей, могли бы послужить точками роста новой волны российской ФН, но нужна срочная (пока они еще здесь и пока еще молоды) поддержка со стороны Академии и государства. Следовательно, необходима терпеливая и постоянная разъяснительная работа среди руководителей страны. Эту работу нельзя переложить на обычных научных работников, так как общение с государственной элитой для них просто недоступно.

Если же мы не спохватимся и не приложим усилий по каждому из направлений популяризации, то научный разум в нашей стране уснет. А что бывает при сне разума, всем известно.

Валерий Долгополов,
профессор, заведующий лабораторией квантового
транспорта Института физики твердого тела РАН