«Нужно избавляться от феодального мышления» (интервью- С.П.Полютов, Ф.Х. Гельмуханов 31.05.2018)

Сергей Полютов — руководитель НИИ нанотехнологий, спектроскопии и квантовой химии в Сибирском федеральном университете (Красноярск).

Фарис Гельмуханов — его бывший научный руководитель, ныне профессор Королевского технологического института (Стокгольм).

[Chrdk.]: Первый раз я столкнулся с вашей работой три года назад, когда делал ежегодный обзор научных достижений красноярской науки. В мое поле зрения попала статья по довольно необычной для Красноярска теме. Я стал следить за работой новой в городе научной группы. Сейчас вижу, что объединяющие вашу область исследований термины — взаимодействие атомов и структура сложных молекулярных комплексов. Можете пояснить, в чем научная значимость?

[Сергей Полютов]: Упомянутая работа была начата еще в Университете Лунда (Швеция), где я работал как постдок с 2008 года (в западной академической системе после получения Ph.D. практически невозможно сразу же получить постоянную ставку, поэтому молодые ученые заключают контракты с лабораториями\институтами на срок конкретного исследования, обычно два-три года — прим. «Чердака»). Мы исследовали молекулярные агрегаты, к которым в том числе принадлежат светособирающие комплексы растений и некоторых бактерий. Суть проблемы в том, что для фотосинтеза сначала необходимо «собрать» падающий на листья солнечный свет, а затем передать его в реакционный центр. Эффективность переноса энергии в природной системе близка к ста процентам. Долгое время ученым было не вполне понятно, каким образом это происходит. Изначально предполагалось, что энергия передается последовательно: одна молекула поглотила квант света, передала возбуждение следующей и так по цепочке оно попадает в реакционный центр.

Когда в конце 90-х годов прошлого века появилась рентгеновская кристаллография, ученые увидели, что молекулы в светособирающих антеннах определенным образом связаны. Стало понятно, что прямой механизм «перескока» энергии от молекулы к молекуле не вполне удовлетворителен. Поглощая квант энергии, система ведет себя как единое целое, и это описывается теорией экситонов советского ученого Якова Френкеля. При этом работа системы очень сильно зависит от ее конфигурации. Чтобы разобраться, как работает комплекс, мы с коллегами явным образом ввели в его математическое описание колебательные степени свободы для молекул. Ранее колебания учитывались только неявным образом, через специальную спектральную функцию. Оказалось, что учет колебательного взаимодействия между молекулами может оказаться ключевым для понимания механизмов «сбора» света. После нашей публикации и еще ряда статей начался бум работ по этой теме, фактически в этой области возникло новое направление исследований.

[Chrdk.]: Вы упомянули рентгеновскую кристаллографию. Вы активно используете этот метод? Он дает большое количество новых результатов?

[CП]: Рентгеновская кристаллография дает информацию только о структуре рассматриваемых комплексов, но не дает ответа на вопрос о динамических процессах в таких системах, а это как раз для нас очень существенно. В этой области науки в последние пару десятилетий была развита и успешно эксплуатируется электронная оптическая двумерная Фурье-спектроскопия, которая основана на эффекте фотонного эха. В светособирающих комплексах процессы передачи энергии очень быстрые, они происходят за время порядка 10−14 секунды. Зафиксировать перенос энергии другими экспериментальными способами практически невозможно или слишком затратно. В установке используется фемтосекундный лазер, который генерирует последовательность сверхкоротких импульсов. После того как вы их правильно настроите, возникает импульс фотонного эха. Это сложная техническая задача. Когда я приехал в Лунд, там только начинали создавать экспериментальную установку. В общей сложности от начала работы до выхода первой статьи прошло несколько лет. Зато, когда установка заработала, они начали получать уникальные результаты уровня журнала Nature. Метод дает экспериментальную возможность наблюдать, что происходит в молекулярных агрегатах, например перенос энергии между атомами или молекулами.

[Chrdk.]: А зачем нам знать, как он происходит?

[CП]: Когда мы разберемся с механизмом переноса энергии, то сможем создавать устройства со свойствами, подобными природным. Более того, мы сможем оптимизировать природные процессы, сделать их более дешевыми и быстрыми. Светособирающий комплекс устроен довольно сложно, и в настоящее время все еще нет полного понимания, как там все работает. Но рано или поздно прорыв в этой области будет осуществлен.

[Chrdk.]: Это пока только теория или уже есть попытки сконструировать новый комплекс?

[CП]: В мире проводятся эксперименты, но до практической реализации, на мой взгляд, еще далеко. А у нас пока все на уровне теории и моделирования. Эксперименты в этой области достаточно затратны, и их постановка является нетривиальной задачей.

Но овчинка стоит выделки: в случае успеха в этой области науки человечество получит фактически неисчерпаемый источник энергии.

[Chrdk.]: Мы начали с переноса энергии между молекулами в сложных комплексах. Перешли на методы, с помощью которых можно увидеть, как взаимодействуют атомы, и рассчитать конфигурацию такой системы. Фарис Хафизович, вы работаете с водой — зачем нужны такие точные данные о расположении атомов в воде?

[Фарис Гельмуханов]: Статьи на эту тему публикуются в Nature и Science. Удивительно, но у нас до сих пор нет ответа на вопрос о структуре воды. Стандартный спектр рассеяния рентгеновских лучей дает ограниченную информацию из-за разупорядоченности воды. Есть предел, дальше которого этот метод не дает продвинуться. Мой коллега Ларс Петтерссон из университета Стокгольма с соавторами опубликовал в Science знаменитую работу, где они показали, что в жидкой воде доминирует один тип связей. Несколько групп исследователей повторили расчеты и показали, что хорошего численного подтверждения у этого результата нет.

Последние несколько лет мы заняты тем, что разрабатываем программу, которая позволит смотреть на структуру воды в динамике. Наша цель — описать поведение кластера воды в течение какого-то промежутка времени. Если говорить совсем простым языком, то мы берем «ящик», помещаем туда 64 молекулы и смотрим, как они себя ведут. Между этими молекулами возникают связи, сила этих связей меняется. Весь кластер из 64 молекул стабильный, но подвижный, можно сказать, он «дышит». Наша цель — сделать расчет, который предскажет, как будет рассеиваться рентгеновское излучение этой подвижной структурой.

[Chrdk.]: Вы рассказываете о теоретических исследованиях или кластер такого же размера, 64 молекулы, используется в экспериментах?

[ФГ]: Мы проводим теоретические расчеты, но данные для их проверки, например об изменчивости потенциала, получаем в эксперименте. Измерения проводятся на синхротроне. Почему используется такое сложное оборудование? На образец требуется направить интенсивное излучение определенной длины волны. Синхротрон выдает очень мощное излучение по всему спектру. Если на пути излучения поставить нужный кристалл, он пропускает свет только определенной длины волны — «вырезает» из всего спектра нужную часть. Интенсивность теряется, но благодаря изначально очень высоким значениям даже этот узкий пучок достаточно мощный для структурного анализа.

[Chrdk.]: Вы сами больше теоретик или экспериментатор?

[ФГ]: Теоретик. Но я решаю задачи, которые всегда привязаны к эксперименту. Все статьи мы делаем в сотрудничестве с экспериментаторами. Иногда мы как теоретики задаем экспериментаторам задачу, иногда экспериментаторы просят нас объяснить эффект. В своих работах я предсказал несколько эффектов поведения атомов в газах, в области рентгеновских спектров, которые были подтверждены экспериментально.

[Chrdk.]: Предсказание рождается каким-то случайным образом или целенаправленно? Как теоретик приходит к нему?

[ФГ]: Чаще всего случайно. Вот типичный пример. Моя аспирантка исследовала молекулу тяжелой воды — кислород-дейтерий-водород. У дейтерия масса в два раза больше, чем у водорода. Симметрия в такой молекуле нарушена. В обычной воде колебания атомов происходят синхронно. Раз в тяжелой воде симметрия нарушена — должна быть нарушена и синхронность. Мы обнаружили, что синхронность восстанавливается, если возбудить электрон в атоме кислорода. Это эффект, который получен на кончике пера и требует экспериментальной проверки.

Но ведь бывает и обратная задача. По заданным свойствам мы можем рассчитать необходимую структуру.

[Chrdk.]: Есть примеры такого целенаправленного поиска?

[ФГ]: Конечно! Например, мы исследовали двухфотонное поглощение — это важная задача, в том числе для военных. Представьте себе, что вы в очках и на вас направили лазерный луч, который повредит глаз. Значит, нужно сделать такие очки, которые не пропускают лазерное излучение, но при этом прозрачны для обычного света. Отличительная особенность лазера — большая интенсивность излучения. Стояла задача подобрать такие типы молекул, которые будут резко менять способность материала пропускать излучение после некой пороговой интенсивности. Большим международным коллективом мы решили эту задачу. У нас идет постоянный обмен идеями и результатами и скоординированная работа как минимум четырех групп в разных странах. Кроме этого, три моих ученика работают в Китае — совсем недавно я вернулся из Пекина.

[Chrdk.]: В Китае тоже есть свои синхротроны?

[ФГ]: Вот с кого Россия должна брать пример. Мой бывший ученик стал руководителем одного из национальных исследовательских центров. Ему выделили огромное финансовое обеспечение на развитие и дали четкие гарантии, что ближайшие годы он может рассчитывать на стабильность в работе. Конечно, с такими условиями он вернулся на родину. Китай построил всю инфраструктуру, чтобы быть достаточно независимым. Университеты, лаборатории, оборудование — все новое. Большую часть оборудования они закупали в Америке и в Европе, но сейчас их собственные компании начинают производство. Синхротроны у них, конечно, есть. Сейчас они собираются строить лазер на свободных электронах.

[Chrdk.]: Получается, есть две стратегии развития науки. Первая — распределенная — стратегия Евросоюза. Небольшие группы в разных странах, взаимодополняющие друг друга. Вторая — стратегия Китая, который по большому счету независим от других за счет и больших денег, и кадровой политики.

[ФГ]: Не совсем так. Китай активно поддерживает международное сотрудничество, отправляет своих ученых за границу. Они проводят три-четыре года в аспирантуре, потом стажируются в разных странах мира и уже после, по огромному конкурсу, получают позиции в Китае. Там очень большая конкуренция. У меня регулярно выходят статьи с моими бывшими студентами, которые сейчас профессора в Китае.

Главным для развития науки я считаю создание среды. Почему русские физики советского времени ценятся на Западе? Багаж знаний и система обучения. Ученый должен быть нацелен на постоянное обучение. У нас в Новосибирске, а сейчас в Стокгольме семинары проходят как минимум два раза в неделю. Посещение обязательно! Идет непрерывное обучение.

Я считаю, что в России сейчас кадровый голод. Очень мало профессионалов, которые способны генерировать идеи.

В науке количество людей, генерирующих идеи, всегда невелико. Нужно их учить, давать возможность самостоятельно работать. Я — за создание новых групп. Потому что новый результат можно получить только в самостоятельной работе. При этом важно выстроить систему отбора кадров в науке и образовании. Отбор кадров на конкурсных принципах с учетом экспертной оценки и способности кандидатов эффективно работать. Времени на раскачку сейчас нет. Если человек после назначения не справляется на своем месте — увольнять его.

[Chrdk.]: Кто должен оценивать, справился специалист или нет? Как система будет регулироваться?

[ФГ]: Как на Западе это делается? Раз в пять лет у нас происходит аттестация факультета. Университет приглашает больше десятка экспертов со всего мира. Некоторых рекомендует сам факультет, остальной пул независимых экспертов формируется университетом. Сначала им отправляется вся информация о деятельности института за отчетный период. Они приезжают, и еще дня три мы сидим и рассказываем о работе. После делается экспертное заключение. То же самое происходит в Германии. Причем экспертиза идет очень жесткая, после каждой аттестации у нас закрывается несколько лабораторий.

[Chrdk.]: Если бы вы были лицом, ответственным за науку в России, ваши первые три указа?

[ФГ]: Первое: я бы направил деньги на обновление экспериментальной базы. Все должно происходить на конкурсной основе с независимой экспертной оценкой. Экспериментальную базу нужно воссоздавать. Если не по всем направлениям, то хотя бы по наиболее актуальным.

Следующий приоритет — укрепление и создание новых лабораторий за счет привлечения способных генерировать идеи ученых из-за границы.

Зачастую интенсивность работы на Западе намного выше. Во многом это происходит за счет правильной среды.

Я это почувствовал, когда переехал в Швецию в 90-е. Большая загрузка и привычка решать сразу несколько задач дисциплинируют — ты успеваешь многое. Важное дополнение к точкам роста. Должна быть определенная система гарантий, как в Китае, что правила игры не поменяются после подписания контракта.

И наконец, развитие грантовой инфраструктуры. Конкурсная система дисциплинирует и заставляет искать новые, актуальные тематики. А если хорошо организована экспертиза и нет конфликтов интересов, то происходит разумный выбор вектора развития. В России в принципе уже сложилась грантовая цепочка: РФФИ — РНФ — мегагранты, по мере роста объемов финансирования, выделяемого на проект. Это движение в верном направлении.

[Chrdk.]: Сергей, вернемся к твоему опыту создания новой лаборатории. Ты вернулся в Россию несколько лет назад, это был осознанный выбор?

[СП]: У меня никогда и не было особого желания жить вне России, мне всегда было комфортнее в российской культурной среде. С другой стороны, было желание посмотреть мир, расширить свой научный кругозор, понять культурные и организационные особенности устройства науки в разных странах. После трех лет в Стокгольме и защиты диссертации в Королевском технологическом институте я вернулся в Россию в Ростов-на-Дону, где есть несколько сильных научных групп по рентгеновской спектроскопии.

Начал работать, но сразу столкнулся с огромной преподавательской нагрузкой. Было не очень понятно, как при этом заниматься наукой. Поэтому решил еще раз поехать за границу.

Сначала в Университет Лунда (Швеция), а потом в Университет Ростока (Германия).

После завершения постдоков снова захотелось вернуться в Россию. Приоритетом был Красноярск, по личным причинам. Написал несколько писем в красноярские институты РАН и в Сибирский федеральный университет. В СФУ предложили ставку доцента — 17 000 рублей. Понимаю, что формально все сотрудники университета находятся в таких же условиях. Это существующий уровень оплаты труда. Но если рассматривать трудоустройство с такой оплатой как путь возвращения ученых и привлечения молодежи, то это путь в никуда.

После того как Сибирский федеральный университет вошел в программу «5−100», было принято решение о создании новых лабораторий по нескольким приоритетным тематикам. Мне предложили возглавить одну из групп. По сути, это были целевые деньги на создание точек роста. По западным меркам объем финансирования был небольшой. Около трех миллионов рублей на год, в том числе на зарплату всей научной группы и выплату социальных налогов. Мы закупили компьютеры, серверы, стали активно набирать аспирантов. За четыре года создано работоспособное кадровое ядро из молодежи и визит-профессоров.

[Chrdk.]: Каковы вообще варианты поддержки новых групп? Чисто бюджетное, базовое финансирование не работает. Выделение специальных средств, например из фонда развития университета, уже имеет какой-то смысл. Какой следующий уровень?

[СП]: Очевидно, что программа новых лабораторий в СФУ дала эффект. Мы видим рост количества публикаций в университете за два последних года, как раз после создания нескольких подобных подразделений.

Именно такой путь поддержки научных групп, в которых у сотрудников небольшая преподавательская нагрузка, используется в университетах на Западе. Работает такой подход и у нас, мы это доказали.

Причем все это произошло за небольшой промежуток времени. Мы с самого начала стали привлекать молодежь и сделали упор на новые направления. Из разных институтов собрали несколько молодых кандидатов наук, набрали аспирантов. Для кандидатов наук обсудили, чем они занимались раньше, и предложили им частично сменить тему. Точнее, тематика работы постепенно менялась в связи с объективными причинами. Стали подавать заявки на гранты с новыми идеями. Сначала получили один грант по плазмонике и молекулярным агрегатам, потом грант РНФ по рентгеновской спектроскопии, несколько грантов РФФИ для молодых ученых. Недавно получили второй грант РНФ по квантовой химии и плазмонике. Аспиранты получили стипендии президента РФ. То есть пошла независимая поддержка по конкретным тематикам из средств фондов. Для новой группы это, мне кажется, неплохо.

Но у такого развития есть предел. Сейчас группа сформирована для теоретической работы. Если мы планируем экспериментальные исследования, то возникает задача приобретения нового оборудования. Например, мы сформулировали задачу создания очень чувствительного биосенсора. Требуется не менее 50—60 миллионов на создание экспериментальной лаборатории и еще 20 миллионов на ее поддержку. Конкурсов на финансирование в таком объеме в России очень мало, а задач, под которые необходимы часто и большие деньги, — очень много. Как тогда говорить о массовом создании новых лабораторий?

Поэтому, конечно, необходимо существенное увеличение финансирования науки со стороны государства, иначе мы можем отстать во многих научных дисциплинах навсегда. Это будет не только генетика, в которой мы отставали в Советском Союзе, это будет отставание по широкому спектру научных направлений. Существует понятие «продовольственная безопасность государства». Я бы начал говорить о «научной безопасности», которая, возможно, даже намного важнее и критичнее для существования страны. Другой вопрос, который необходимо решать, — это улучшение организации науки. Чтобы не получилось, например, так, что на строящихся синхротронах не будет целого спектра оборудования для современных задач.

В целом для поддержки новых лабораторий и «селекционной работы» достаточно нескольких вещей: «посевной фонд» для отбора новых групп, стабильное финансирование для тех групп, которые за какой-то разумный промежуток времени смогли показать значимые научные результаты, надежная грантовая система с достаточно высоким показателем проходимости проектов (около 20−30%). При таком подходе реализуется очень важный принцип: поддерживаются не просто важные научные направления, а ученые, которые способны выдавать научный результат.

[Chrdk.]: А если пойти по условному «европейскому» пути и встраиваться своими группами в распределенные коллективы исследователей?

[СП]: Я думаю, что будущее за сетевыми коллаборациями. Собственно, даже не будущее, а уже настоящее. Вопрос только в том, какую роль мы сами и Россия в нашем лице будем играть в подобных коллаборациях.

Допустим, наш коллега находится в США и на имеющемся оборудовании делает эксперименты по нашим теоретическим расчетам. Такое, конечно, возможно. Но не нужно забывать, что, даже если наши сотрудники будут ездить туда на какое-то время и сами делать необходимые эксперименты, все равно фактически технология будет разработана не нами и мы к ней в юридическом смысле, может быть, даже отношения иметь не будем. Хотелось бы сохранить авторство и приоритет. И выход здесь только один: нужны серьезные вложения в инфраструктуру и научные кадры. Тогда не мы будем ездить, а к нам поедут делать эксперименты.

[Chrdk.]: Сейчас в моде формат полезных советов. Можешь сформулировать пять лайфхаков для ученого, который хочет создать свою лабораторию в России?

[СП]: Не стал бы называть это лайфхаками, но, если с ходу…

Во-первых, ученый должен обязательно поездить по миру. Стажировку от трех до пяти лет я считаю практически обязательным требованием для будущего успеха в науке. Во многих странах, например в Японии или Германии, трудно занять серьезную должность в науке без опыта работы в других странах. Когда человек работает в новой стране, он видит не только плюсы, но и минусы. В будущем это будет полезно при организации собственной группы. Некоторые боятся, что за время стажировки потеряют контакты с прежними коллегами. Но все зависит от человека. Например, наш аспирант недавно защитился и уехал на постдок в университет Иллинойса — это один из ведущих университетов мира. Но мы не теряем с ним контакт, проводим совместные работы, он дистанционно руководит и помогает нашим новым аспирантам.

Если человек решил возвращаться в Россию или обустраиваться на новом месте, нужно, как это ни банально звучит, детально изучить обстановку. Познакомиться с людьми, узнать про историю, что в этом центре или университете происходило раньше. Лаборатория — это долгосрочный проект, его нужно рассчитывать как минимум лет на десять. Поэтому важна стабильность и гарантии. Многое из этого можно узнать и оценить заранее.

Нужно быть готовым к большому объему бюрократической работы. Хотя, скажем, в Германии у меня трудоустройство тоже заняло три недели, в России, пожалуй, все происходит даже быстрее. Своя бюрократия есть везде.

Очень важен подбор сотрудников. Нужны люди, которым ты полностью доверяешь в научном плане. Нужно вести цивилизованный диалог на равных со всеми, кого ты принимаешь в группу, даже со студентами. В России зачастую так не принято. Без открытости не будет доверия коллектива к тебе и в самом коллективе. Нужно избавляться от феодального мышления в науке.

Нужно быть готовым к смене тематик, к международному сотрудничеству. Очень хорошо для развития, хотя и дорого, — это иностранные постдоки и аспиранты. Мы два раза объявляли открытый конкурс в аспирантуру. Каждый раз к нам приходило более 50 заявок. С одной стороны, такие сотрудники дорогие. С другой стороны, как только в коллективе появляется иностранец, все меняется. Семинары проходят на английском языке. Растет уровень языка у молодежи, они быстрее начинают писать статьи в приличные журналы. Сама атмосфера влияет на образ мысли и стиль работы. У сотрудников появляется внутренняя мотивация. Они понимают, что их лаборатория ничем не хуже любой другой, а они сами занимаются наукой мирового уровня.