流行科学。搞名堂吧 ? 第1部分

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对于那些热衷于科学,尤其是化学的人来说,奥加诺夫·阿尔乔姆的名字是众所周知的。那些刚刚开始对这个领域感兴趣的人将会想了解一位世界知名的俄罗斯化学家。著名的晶体学家、教师、俄罗斯科学院教授和最负盛名的欧洲科学院成员,以为新材料创造独特的电脑设计方法和预测晶体结构、研究高压下的物质状态而有名。世界各地成千上万的研究人员使用在他的领导下开发的 USPEX 计算机程序。他的数十项预测已被实验证实,并对材料科学、物理学、化学和地球科学的基础知识产生了重大影响。

与有名的科学家讨论成功地职业生涯将如何开始,怎么做科学并科学应拥有什么的品质来取得成功等。我们希望这种关于科学不同方面的有趣和诚实的讨论能够增强人们在俄罗斯致力于研究的愿望。

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履历简介

23 岁时,奥加诺夫·阿尔乔姆顺利地毕业于莫斯科国立大学地质系,获得晶体学和晶体化学专业,获得奖学金去西方留学。 在伦敦大学学院通过博士论文答辩,然后在苏黎世理工学院获得理学博士学位(在俄罗斯为物理学和数学博士)。 2008 年成为副教授,并于 2010 年成为纽约斯通布鲁克大学的教授。

2013 年,科学家在俄罗斯和中国获得了 2 项巨额资助,2014 年移居俄罗斯,成为斯科尔科沃科学技术学院的教授。 自 2020 年起,他还担任国立研究型技术大学莫斯科国立钢铁合金学院教授,自 2021 年起担任俄罗斯科学院韦尔纳茨基地质化学与分析化学研究所晶体化学研究室主任地位。

在奥加诺夫·阿尔乔姆获得很多奖项和认可中,有中国政府的友谊奖。2015年选为俄罗斯科学院教授,从2017年起是欧洲科学院院士,2020年被选为皇家化学学会正式院士(Fellow)和美国物理学会成员。培养了16名副博士和1名博士。

奥加诺夫成为“同意”国际奖项最年轻获奖者,该奖在“俄罗斯亚美尼亚人联盟在俄罗斯政府的支持下由全俄公共组织颁发的。

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大梦想

– 从 4 岁开始就有想成为一名科学家。我被家里图书馆里的一本科普书迷住了。我哥哥和我很早就学会了读书,喜欢翻阅不同书籍。我们有了各种各样的书。妈妈使我们认识各种各样的东西——诗歌、绘画、历史、科学—为了了解我们的本领,我们被什么吸引,然后帮助我们走向我们的梦想。化学课本不仅由此图片,而精美的文字吸引了我。描述了化学元素,它们如何在自然界中发生,它们如何表现出并具有什么特性。

这就是在我最早的童年时期被化学所迷惑的方式,并在我的一生中,除了成为科学家之外,不想干别的。 很快我就开始读《化学与生活》杂志等报刊,6-8岁时,我参加了理工博物馆和门捷列夫学院的化学讲座。

我相信这是向孩子介绍知识的最正确而最通用的方式。 激起孩子,让他看书、听讲座让他的生活变得有趣。

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预测:魔法还是科学?

– 预测是科学的功能之一。 科学必须概括、解释和预测。 因此,任何发达的学科都有一个预测机构。

在晶体学中,这种预测机构直到现在才得到很好的发展。 人们认为,晶体结构的预测是不可能的,而这无法解决。

同时,如果结构是已知的,那早就有机会以复杂的量子力学方法而计算出多数属性。但我要重复一遍,只有在已知结构的情况下,才可计算出。但预测结构本身曾视为不可能。

说到俄罗斯,直到现在,计算科学都因缺乏超级计算机而深受害。原因很明显——美国法律中的杰克逊-瓦尼克修正案多年禁止向苏联,然后再向俄罗斯出售超级计算机。无论是在苏联后期还是后苏联的早期历史,俄罗斯科学家都严重缺乏超级计算机资源。这个修正案取消后,很多问题就消失了。在过去10 到 15 年内,在俄罗斯出现了大批本领域国际水平科学家。

但回到我开始的地方。如果对于给定结构的属性预测通常对于大多数属性都没问题,但预测结构曾视为是不可能的。

当我在 2005 年和我的学生一起开发并在 2006 年发表了解决这个问题的方法时,我证明了结构也可以预测的。现在我们可以在给定成分的情况下预测结构。您给定化学公式,而我的程序将预测结构。基于此您可计算多数特性。就是不要手持物质,您也可以描述其特性。

随后我继续开发这种方法。不再需要给定化学公式。您只需要指出元素和条件(压力、温度)。在这些条件下,程序自动会为您找到这些元素的所有稳定化合物。可以说,我创建的预测晶体结构的方法将理论晶体学和材料设计上了一个真正具有预测性的、定性的新台阶。

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有什么用呢?

– 即使在正常条件下,也并非所有化合物都是已知的,科学家们不断发现新的化合物。查看所有元素所可能的化合物并通过实验找到所有稳定的化合物是一项耗时间及昂贵任务。查看不同化合物并找到各种用途的最好材料——比如,最硬的材料、最耐用或最具磁性的材料、最适合激光技术的材料等等——根本无法解决的问题。

我们可在计算机上为某些特定目的预测具有最佳特性的化合物(在所有已知和未知的化合物中)。例如,在所有发现的和未发现材料中,哪种材料最硬?我们可向计算机“问”这样的问题,它会告诉您,您找不到比钻石更坚硬的东西。至少,在结晶物质之中这是对的。但除了金刚石外,他还会预测很多其他很坚硬的化合物,包括那些人还没有创造出来的化合物。计算机预测它们,然后人去实验室合成。

因此,这对创造具有最高特性的新材料很有用。因为通过实验证明进行复杂合成工作,然后进行特性测量是非常昂贵。

其次,我们可在实验超出可能的范围条件下研究物质。例如,在高压下做实验是非常困难。而高压充满了许多新的、尚未完全了解的化学现象。了解这些现象非常重要,因为我们行星和其他行星的大部分物质都处于高压状态。我们永远不会了解地球上发生的事情,它是如何进化的,它的体制如何,地球上发生什么过程,直到了解物质在我们行星的高压和高温下的特性和行为特征。

此外,还有其他今天很难进行实验的情况。 而在这种情况下,理论可以解释及预测很多。例如,晶粒边界晶体结构及性能。进行纳米粒子,晶体表面实验很难。实验并不总是提供充分的信息,而我们的方法允许充分地说明物质在这种状态的特性。

10.09.2021

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