H kakovosti življenja ne prispevajo le kuharji, zdravniki, gasilci, avtomehaniki ali pisatelji, ampak tudi raziskovalci

Raziskovanje se v percepciji laične javnosti in žal tudi nekaterih strukturnih politik pogosto pojmuje kot strošek, ki porablja veliko javnega denarja, izplen pa je slabo viden in merjen. Tako pojmovanje je bolj očitno v kriznih ekonomskih razmerah, ko se gospodarstvo krči in proračunski rezi so vedno bolj boleči. Vendar razvoja znanosti ne gre pojmovati kampanjsko, raziskovanje dela na dolgi rok in hiter prenos iz laboratorija v podjetje se zgodi zgolj izjemoma. Znanost danes nima meja, domači okviri štejejo malo, štejeta predvsem vpetost v mednarodni prostor in sodelovanje z mednarodno uveljavljenimi strokovnjaki. Slovenci imamo kljub majhni kritični masi znanstvenike mednarodnega ranga. Vidnejšo mednarodno uspešnost so v zadnem času zabeležili z objavami v referenčnih strokovnih revijah sodelavci Instituta Jožef Stefan in Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. O raziskovalnem dosežku, vpetosti v mednarodni raziskovalni prostor, šolanju dobrih znanstvenikov itd., smo se za Trombo pogovarjali s prof. dr. PRIMOŽEM  ZIHERLOM.

Prof. Ziherl, ste profesor na Fakulteti za matematiko in fiziko in raziskovalec na Institutu Jožef Stefan. V katerem delu bolj uživate? Ali eno brez drugega ne gre?

Oba vidika mojega dela sta neločljivo povezana. Težko je biti dober učitelj, če se ne ukvarjaš z raziskovalnim delom, raziskovalno delo samo pa je po drugi strani podobno teku teku na dolge proge, kjer dostikrat ni očitno, kako daleč je cilj. Delo na Institutu Jožef Stefan in na Oddelku za fiziko mi je res v veliko veselje – v znatni meri zaradi študentov. Spremljati strokovno dozorevanje bistrih in motiviranih mladih ljudi je zelo prijetno in če študij iz knjig uspešno okronajo z lastnim raziskovalnim delom, potem smo učitelji svoje delo opravili.

Kot raziskovalca vas najdemo na Odseku za teoretično fiziko, kjer se ukvarjate s fiziko mehke snovi in biofiziko. Nam lahko nekoliko pojasnite obe polji raziskovanja?

Fizika mehke snovi je širok pojem, ki zajema polimere, koloidne raztopine, tekoče kristale, samoorganizirane amfifilne strukture, kot so npr. membrane, in sorodna podpodročja. Za teoretični opis lastnosti teh snovi zadošča klasična mehanika, tako da nam ni treba skrbeti za kvantne pojave. Pojem “fizika mehke snovi” laiku ne pove dosti, a vsakdo ve, da so zasloni na prenosnih telefonih iz tekočih kristalov in da so avtomobilske pnevmatike iz gume. V tem smislu je mehka snov zelo tesno povezana z vsakdanjim življenjem in znanstvena spoznanja zelo vplivajo nanj, čeprav se tega ne zavedamo vselej. Danes je samoumevno, da uporabljamo cenene in trpežne prenosne naprave – telefone, tablične računalnike itd. –, in po malem smo že pozabili, da teh naprav v sedanji obliki ne bi bilo brez tekočekristalnih prikazovalnikov. Ključne so seveda tudi druge komponente, npr. baterije in elektronika, ne le prikazovalniki.

Biofizika je področje, ki se zelo hitro razvija in ki bo po moji oceni v bližnji prihodnosti postalo še pomembnejše. Po eni strani se je v zadnjem času pojavila vrsta eksperimentalnih metod, s katerimi lahko natančno raziskujemo obliko celic, sile med njimi, njihovo rast in podobno, po drugi strani pa sta spremenila tudi odnosa biologov do fizike in odnos fizikov do biologov. Moj občutek je, da se biologi bolj kot v preteklosti zavedajo, da geni kak morfogenetski proces zakodirajo na razmeroma abstrakten način in da je npr. za premik celice naposled le potrebna fizična sila – enako kot pri premiku vozička. Po mojih izkušnjah so dosti bolj odprti za fizikalno razmišljanje o strukturah in procesih v živih bitjih kot nekoč. Po drugi se fiziki, ki večinoma na svet gledamo redukcionistično, nemara zdaj bolj zavedamo kompleksnosti življenja kot nekdaj. Tu smo vsi napravili znaten korak naprej.

Če prav razumemo, gre za bazične, temeljne raziskave. Druga vrsta raziskav, tako imenovane aplikativne, so bolj v ospredju zanimanja, ponujale naj bi več uporabnega znanja in hitrejše umeščanje v določene izdelke z večjo dodano vrednostjo. Kako vi vidite to razliko in pomen enih in drugih raziskav?

Običajno imamo temeljne raziskave za nekaj, kar do vsakdanjega življenja ne seže. Toda v zgodovini znanosti in tehnologije je kar nekaj primerov, ko je kako razmeroma akademsko znanstveno področje doseglo široke množice. Najprej mi pride na misel Kelvinov zrcalni galvanometer, ki je omogočil prekooceanski prenos telegrafskih signalov in s tem dramatično pospešil komunikacijo med Evropo in Severno Ameriko. Potem že omenjeni tekoči kristali – ti so bili od odkritja konec 19. stoletja do recimo 60. let več ali manj postranska znanstvena tema, potem pa so spoznali njihov potencial za izdelavo prikazovalnikov. Seveda je še trajalo, da je tekočekristalna tehnologija dozorela in postala široko dostopna, a revolucijo v komunikacijski tehnologiji, ki smo ji priča zadnjih 20 let, si je brez tekočih kristalov težko zamisliti.

Obe plati raziskovalnega dela, temeljna in aplikativna, sta pomembni in vsaka ima svoje izzive. Zelo cenim prizadevnost kolegov, ki se ukvarjajo z aplikativnimi raziskavami, ker se nedvomno bolj od ostalih zavedajo tega, kako težko je kak nov proizvod ali novo tehnologijo pripeljati do proizvodnje.

Pred nedavnim ste skupaj s kolegoma z Japonske v reviji Nature objavili članek o kvazikristalih. Nam lahko najprej pojasnite, kaj so kvazikristali?

Prav rad. Kvazikristali so snovi, katerih gradniki (atomi, molekule, makromolekule…, odvisno pač od vrste kvazikristalov) urejeni na neperiodičen nacin. Periodična razporeditev delcev je vsakdanjemu očesu bolj domača, saj so v običajnih kristalih npr. atomi razporejeni pravilno – nekako tako kot rebra na radiatorju ali letvice na žaluzijah, torej v enakih medsebojnih oddaljenostih. Kvazikristali so prav tako urejeni, a ne na periodičen nacin.

Vaše dognanje z japonskima kolegoma sega na področje razumevanja zgradbe snovi. Zgradba kvazikristalov je nekoliko sorodna dekorativnim vzorcem v islamski arhitekturi in znanemu Penrosovemu tlakovanju, ste zapisali v obrazložitvi. To pa le zahteva nekaj več razlage.

Res je. Kvazikristale že dolgo povezujemo s Penrosovim tlakovanjem, ki je geometrijski vzorec z lastnostmi, kakršne imajo kvazikristali, torej predvsem brez translacijske periodičnosti. Penrosovo tlakovanje poznamo kakih 40 let in sestoji iz ploščic dveh vrst. Najbolj znana inačica tlakovanja vsebuje t.i. vitke in debele rombe, katerih robovi so v matematičnem smislu označeni. Te oznake narekujejo, kako je rombe mogoče zložiti drugega ob drugega, da dobimo urejeno Penrosovo pokritje. Penrosovo tlakovanje je lepa in zelo razdelana matematična teorija, a islamski arhitekti so zelo podobne motive znali izdelati že pred kakimi 500 leti. Predstavljam si, da se niso zavedali ne vseh matematičnih posledic ne pomena teh zapletenih in hierarhičnih motivov, vseeno pa so pripravili preprosta navodila, kako jih narisati, ki so jih lahko uporabljali tudi razmeroma neuki gradbeniki. Na nekoliko abstraktni ravni je sorodnost našega dela z islamskimi vzorci predvsem v kontrastu med enostavnostjo modela in kompleksnostjo struktur, ki iz modela izhajajo.

Prej sva govorila o bazičnih in aplikativnih raziskavah, o pričakovanih rezultatih enih in drugih, o koristnosti enih in drugih itd. Pa vendar dovolite vprašanje, kje utegne biti uporabljeno, koristno, dognanje vaše skupine o kvazikristalih?

Tega si ne upam napovedovati. Vedeti morate, da se celo običajni kovinski kvazikristali, ki jih poznamo že kakih 30 let, šele prebijajo v tehnologijo. Po eni strani naše delo ponuja vpogled v mehanizme tvorbe t.i. mehkih kvazikristalov, to je takih, katerih gradniki so navadno polimerne micele – kroglice s premerom nekaj nanometrov ali nekaj deset nanometrov. Tudi iz večjih koloidnih delcev bi se jih z malo sreče verjetno dalo izdelati in kar nekaj skupin raziskuje možnosti uporabe kvazikristalov v fotoniki, a o tem vem premalo, da bi lahko rekel kaj bolj določnega. Po drugi strani pa je bilo na marsikaterem drugem področju podobno. Tekoči kristali, ki sem jih omenil, so že tak primer. Zopet tretji primer so visokotemperaturni superprevodniki, snovi, po katerih teče električni tok brez upora. V teh materialih vse od osemdesetih let, ko so jih odkrili, vidimo velik neposredni potencial za uporabo, a pričakovanj zaenkrat še niso zares upravičili.

Raziskovalci včasih govorijo o lepoti raziskovanja, o spoznavanju sveta, ki človeka odmakne o vsakdanjih pritlehnosti. Kako je vas “odneslo” v bazično raziskovanje, v raziskovanje kvazikristalov? Koliko je lepote v tem ali gre zgolj za napor, muko, odrekanje?

Naključje. Med študijem se nisem ravno videl v raziskovalnem delu, pravzaprav o tem sploh nisem razmišljal, a me je potem nenačrtovano potegnilo v znanost, za kar je “kriv” moj nekdanji mentor Slobodan Žumer. Tudi kvazikristali so se mi zgodili povsem nenačrtovano. Nekaj srečnih okoliščin… Raziskovalno delo pa je manj romantično, kot nemara izgleda. Precej trdega dela, ki ga javnost ne vidi, in bolj malo prebliskov; vsaj po mojih izkušnjah. A vseeno je občutek, ko odkriješ nekaj novega, zelo poseben, tako da je v celoti v tem delu res nekaj lepote.

Kako bi vi ocenili potencial slovenskega raziskovalnega polja, seveda tistega, ki ga bolje poznate?

Fizika je v Sloveniji dokaj dobro razvita in na visoki ravni. Večina raziskovalcev je tesno povezana s skupinami iz tujine, kar je najbolj očitno pri kolegih, ki sodelujejo v velikih kolaboracijah, npr. v eksperimentalni fiziki osnovnih delcev. V Ljubljani imamo srečo, da sta Oddelek za fiziko naše fakultete zelo blizu Instituta Jožef Stefan, kar spodbuja vsakovrstno sodelovanje. Sprašujete po potencialu – lažje je oceniti dosedanje dosežke, s katerimi smo lahko v glavnem kar zadovoljni.

Ste tudi profesor in kolikor vemo, vas študenti ocenjujejo kot strogega, a predanega učitelja, ki si prizadeva za dobro izobražene strokovnjake. So vaši diplomanti iskani, imajo veliko znanja?

Diplomanti Oddelka za fiziko so na splošno kar iskan kader, predvsem zato, ker se med študijem naučijo reševati kopico raznovrstnih problemov, tako eksperimentalnih kot teoretičnih in numeričnih. Praviloma znajo dobro uporabljati računalnik in merilne instrumente. O naših diplomantih imam dobro mnenje. Študenti, ki sem jim bil mentor jaz, so tudi taki. Nimam sicer stika z vsemi, a kolikor vem, jim gre kar v redu. Tu moram izpostaviti, da je to v celoti njihova zasluga, ne moja; hvaležen sem jim, da so se odločili delati z mano.

Že nekaj let je, kar je univerza prešla na bolonjski sitem študija. Ocene tako študentov kot profesorjev so od fakultete do fakultete različne. Kakšne so vaše izkušnje?

Ne vem, ali so mnenja študentov in profesorjev o bolonjski reformi res zelo različna. Meni se zdi, da je kritik precej več kot pohval. A vsak sistem je dobro občasno prevetriti. Znanost se razvija in študijski programi se morajo temu prilagajati. Bolonjska reforma je bila lepa prilika za to. Po mojem mnenju pa je za študij fizike dobra še zaradi nečesa drugega. Fizika je temeljni naravoslovni predmet in naši diplomanti so že v predbolonjskem sistemu izobraževanje nadaljevali na kakem nefizikalnem programu. Takrat je bila to smela poteza, saj so v diplomo iz fizike vložili veliko časa in energije. V bolonjskem sistemu se študenti za kombinirani študij lahko odločijo že prej, po treh letih prve stopnje. Kdo bi imel tako razmišljanje za malce heretično, a menim, da je naša naloga razumeti interese študentov in jim po najboljših močeh pomagati, da jih dosežejo – in del študentov se vidi med dvema vedama ali bolje v dveh vedah.

Kje pa vidite pomanjkljivosti v univerzitetnem študiju? Sprašujemo tudi iz ugotovitve, da je veliko diplomantov brez zaposlitve.

Nezaposlenost je širši problem, ne le stvar študijskih programov. A prav gotovo lahko na univerzi napravimo več, da bi študente bolje pripravili in bolj vzpodbujali njihovo lastno pobudo. Na našem Oddelku smo deset let pripravljali srečanja z diplomanti, kjer so se študenti lahko pogovorili s starejšimi kolegi in tako dobili nasvete iz prve roke. Mogoče je bil to majhen korak v tej smeri. Vsaka fakulteta lahko pomaga tudi kot posrednik med delodajalci in iskalci zaposlitve, recimo z objavljanjem oglasov za profile, kakršne izobražuje. Še en vidik, kjer se lahko bolj potrudimo, pa je odnos do študentov. Žal se mi še vedno zdi, da je v Sloveniji odnos profesorjev do študentov na splošno premalo partnerski in preveč ex cathedra, če želite. S tesnejšim delom s študenti jim bomo vlili več samozavesti. Morda se uspešne zahodne univerze od nas po tem razlikujejo bolj kot po vsebini samih študijskih programov.

Naravoslovci oziroma tehniki z diplomami, magisteriji ali doktorati pogosto odhajajo v druge države, kjer, kot poročajo, hitro najdejo zaposlitev v svoji stroki. Cenjeni so, iskani z dobrim znanjem, ki ste jim ga dali na univerzi. Kaj kot profesor pravite na to realnost, vas kdaj skrbi?

Slovenija je majhna država. Naše gospodarstvo je tesno prepleteno z evropskim in z globalnim, znanost in razvojno delo pa sta že po svoji naravi še bolj. Del mladih odhaja, ker je posebej v zadnjem času pri nas manj možnosti, kot bi bilo prav. Toda del jih odide v tujino, ker se želijo izobraževati ali delati na področju, ki ga v Sloveniji ne razvijamo, ali ker bi enostavno radi živeli drugje. Obenem je v isti sapi treba povedati, da v Slovenijo že dolgo prihajajo študenti in raziskovalci iz tujine. To je druga plat internacionalizacije, tista, ki se nam zdi sprejemljivejša, a v resnici gre za isto stvar, kajne? Kolikor vem, ljudi v glavnem veseli, da si študenti in kolegi od drugod želijo delati pri nas – zakaj smo potem tako zaskrbljeni nad tem, da se nekateri naši diplomanti odločijo za nadaljevanje študija ali kariero v tujini?

In kako vidite prihodnost slovenskega raziskovalnega področja? Vse glasnejša so namreč opozorila o usodnem krčenju raziskovalnega evra. Po drugi strani pa obstajajo kritike, da raziskovalci odločno premalo razgrinjate svoja spoznanja, dosežke javnosti, za kar ste porabili davkoplačevalski denar.

Znanost je občutljivo področje. Ni lahko vzpostaviti razmer, kjer se mladim zdi vredno razmisljati o raziskovalnem delu in kjer so možnosti za to. Na tem je treba graditi že vse od osnovne šole. V Sloveniji zaenkrat taka atmosfera še obstaja, a v nekaterih evropskih državah, kjer so sredstva za znanost drastično krčili in je npr. podpore za doktorski študij znatno manj, bo hitro izginila. Ponovni zagon, če se lahko tako izrazim, bo težak, tem bolj zato, ker se javnosti vlaganje v izobraževanje in raziskovalno delo v sedanjem trenutku ne zdi vedno najboljša naložba.

Strinjam se, da bi se raziskovalci morali bolj potruditi, da bi ljudje poznali naše delo, in vrata univerz in inštitutov so v resnici odprta. Na naši fakulteti imamo vrsto seminarjev in kolokvijev, ki jih lahko pride poslušat kdor koli, enako je na Institutu Jožef Stefan, kjer vodim sredine kolokvije. Na teh dogodkih videvam tudi ljudi, ki niso ne študenti ne raziskovalci, kar me zelo veseli, a še bolje bi bilo, ko bi ta predavanja dosegla širši krog. Pomembno vlogo tu igra spletni portal videolectures.net, kjer lahko vsakdo najde posnetke mnogih preteklih predavanj na Institutu. Prav tako na Institut vseskozi prihajajo na obisk učenci in dijaki, bodisi v okviru naravoslovnih dni bodisi kako drugače. V času Stefanovih dni, ko praznujemo obletnico rojstva Jožefa Stefana, pa pripravimo dan odprtih vrat. Načinov, kako se seznaniti z delom in z dosežki raziskovalcev, je torej kar nekaj, potruditi pa se moramo, da jih bo javnost bolj izrabila. Tako se bo prav vsakdo lahko prepričal, da h kakovosti življenja ne prispevajo le kuharji, zdravniki, gasilci, avtomehaniki ali pisatelji, ampak tudi raziskovalci.

 

Pripis k sliki: Geometrijski modeli kvazikristalov: razurejeno Penrosovo tlakovanje (levo) in tlakovanje z enakostraničnimi trikotniki in kvadrati (desno), ki sta znana modela za dvodimenzionalne kvazikristale z 10 oziroma 12-števno simetrijo, ter novi tlakovanji z 12- oziroma 18-števno simetrijo (v sredini). Slika je iz članka T. Dotera, T. Oshiro in P. Ziherl, Mosaic Two-Lengthscale Quasicrystals, Nature 506, 208 (2014).

Mosaic two-lengthscale quasicrystals

T. Dotera, T. Oshiro & P. Ziherl

Over the past decade, quasicrystalline order has been observed in many soft-matter systems: in dendritic micelles, in star and tetrablock terpolymer melts and in diblock copolymer and surfactant micelles. The formation of quasicrystals from such a broad range of ‘soft’ macromolecular micelles suggests that they assemble by a generic mechanism rather than being dependent on the specific chemistry of each system. Indeed, micellar softness has been postulated and shown to lead to quasicrystalline order. Here we theoretically explore this link by studying two-dimensional hard disks decorated with steplike square-shoulder repulsion that mimics, for example, the soft alkyl shell around the aromatic core in dendritic micelles. We find a family of quasicrystals with 10-, 12-, 18- and 24-fold bond orientational order which originate from mosaics of equilateral and isosceles triangles formed by particles arranged core-to-core and shoulder-to-shoulder. The pair interaction responsible for these phases highlights the role of local packing geometry in generating quasicrystallinity in soft matter, complementing the principles that lead to quasicrystal formation in hard tetrahedra. Based on simple interparticle potentials, quasicrystalline mosaics may well find use in diverse applications ranging from improved image reproduction to advanced photonics materials.