Projekt badawczy Instytutu Fizyki z dofinansowaniem NCN

Narodowe Centrum Nauki pozytywnie rozpatrzyło wniosek o finansowanie projektu badawczego złożonego w ramach konkursu OPUS 24, który realizować będzie Instytut Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego. Kierownikiem projektu jest prof. dr hab. Jerzy Cioslowski, a kwota finansowania wynosi 961 300 zł.

Przegląd Uniwersytecki: Tytuł projektu to Densytale, ditopologia i podwójna drachmanizacja: nowe pojęcia i formalizmy w obliczeniach i analizie gęstości dwuelektronowej. Dla niespecjalisty brzmi on dosyć enigmatycznie. Czy mógłby Pan Profesor przybliżyć założenia projektu?

Jerzy Cioslowski: To trudne zadanie do wykonania. Projekt jest zorientowany matematycznie, to są głównie bardzo abstrakcyjne pojęcia. Zacznijmy od praktycznych zastosowań tych obliczeń, a do tej abstrakcyjnej warstwy wrócimy na koniec. Cała materia, jaką znamy – ożywiona i nieożywiona – składa się z atomów. Atomy oddziałują ze sobą i to oddziaływanie na poziomie, który nas interesuje, jest oddziaływaniem chemicznym. Atomy poprzez wiązania chemiczne łączą się w cząsteczki, a z cząsteczek zbudowane jest w zasadzie wszystko, co nas otacza, także my sami. Możemy badać właściwości cząsteczek na dwa różne sposoby. Możemy to robić eksperymentalnie, czyli po prostu zbudować aparaturę, która będzie mierzyła rozmaite właściwości tych cząsteczek, takie jak kształt i rozmiar. Możemy też to obliczyć teoretycznie. Mamy do tego narzędzia, które istnieją już od stu lat i umożliwiają – przynajmniej w teorii – obliczanie takich właściwości. Natomiast problemem jest to, że równania, które są potrzebne do tych obliczeń, nie są rozwiązywalne w łatwy sposób. Należy więc znaleźć taką metodę, aby w sposób przybliżony, ale jednocześnie w miarę nieskomplikowany, takie równania rozwiązać i przez to być w stanie przewidzieć właściwości – jak mówimy fachowo – układów kulombowskich lub elektronowych.

PU: Jakie znaczenie praktyczne ma wypracowanie takich metod?

Jerzy Cioslowski: Jest to ważne dlatego, że już w tej chwili, kiedy projektowane są leki, bardziej opłaca się zrobić tzw. symulację komputerową, załóżmy dla stu tysięcy różnych związków chemicznych niż te sto tysięcy związków chemicznych otrzymać – co jest drogie i czasochłonne – i badać je osobno. Symulujemy więc sto tysięcy związków i znajdujemy wśród nich sto czy tysiąc najbardziej obiecujących pod jakimś względem – na przykład: łączących się z danym receptorem w komórce i mogących leczyć daną chorobę. Wtedy te sto czy tysiąc związków może chemik organik zsyntetyzować i zbadać. Takie jest znaczenie praktyczne prowadzonych badań.

PU: Jak jednak Państwo dokonują tego rodzaju obliczeń?

Jerzy Cioslowski: Nie robimy tego oczywiście ręcznie, ale za pomocą komputerów. Jednak nawet jeśli mamy bardzo szybkie komputery do pomocy, to takie obliczenia nieraz trwają tygodniami. Chodzi więc o to, aby otrzymać jak największą dokładność przewidywań na podstawie obliczeń, przy jak najmniejszym nakładzie pracy. Temu służą najrozmaitsze teorie struktury elektronowej i to jest w zasadzie to, czym się zajmuję. W samym projekcie wielkością podstawową w obliczeniach jest tzw. funkcja falowa – bardzo skomplikowany matematycznie obiekt. Należy ją zastąpić czymś, co jest o wiele mniej skomplikowane – gęstością dwuelektronową. Głównym tematem projektu jest zrozumienie właściwości gęstości dwuelektronowej tak, aby mogła być w przyszłości używana do wspomnianych obliczeń.

PU: Chciałabym zapytać o samą inicjatywę podjęcia omówionych badań. Projekt jest powiązany z badaniami prowadzonymi w Instytucie.

Jerzy Cioslowski: Takiego rodzaju zagadnieniami zajmuję się już od bardzo długiego czasu – właściwie trzeba by było sięgnąć pamięcią do mojego doktoratu. W mojej karierze naukowej zajmowałem się różnorodnymi zagadnieniami związanymi z chemią kwantową. Ten projekt jest niejako kontynuacją tego, co robiliśmy wcześniej – tylko spoglądając z innej perspektywy i przyjmując inne podejście. Należy podkreślić, że takie obliczenia kosztują. Nie w tym sensie, że musimy np. wynajmować komputery – odpowiedni sprzęt mamy na miejscu. Jest on jednak dosyć kosztowny w utrzymaniu, trzeba również kupować nowe urządzenia, nie mówiąc już o kosztach wyjazdów na konferencje zagraniczne, co jest też konieczne w tego rodzaju badaniach, bo pozwala być na bieżąco z postępami poczynionymi przez inne grupy naukowe. Same idee projektu są nowe. Cieszę się, że recenzenci projektu to uchwycili, bo w recenzjach bardzo pochwalano jego nowatorskość. A to jest bardzo ważne w tych czasach, ponieważ mamy do czynienia z pewną dyskryminacją teoretyków. Łatwiej jest otrzymać dofinansowanie na grant doświadczalny niż na grant teoretyczny. Główny akcent został zatem położony na to, aby faktycznie były to koncepcje nowe, ale oczywiście zakorzenione we wcześniejszych badaniach.

PU: Co stanowi planowany efekt prowadzonych badań?

Jerzy Cioslowski: Badania znajdą zastosowanie praktyczne w projektowaniu leków i nowych materiałów. My nie zajmujemy się jednak tak naprawdę obliczeniami, lecz tworzeniem metod do takich obliczeń. Jest to teoria, z której wynikają algorytmy komputerowe stosowane potem w programach. Na końcu zaś są ludzie, którzy używają tych programów. My znajdujemy się niejako na najniższym szczeblu tej drabiny.

PU: To najniższy szczebel drabiny, ale też jej podstawa. Najniższy, ale najważniejszy.

Jerzy Cioslowski: W tym sensie tak – bez podstawy te wyższe szczebelki by nie istniały. Konkretnymi wynikami naszych badań są publikacje naukowe zawierające przepisy, jak liczyć szybciej a dokładniej, jeśli miałbym to opisać dla czytelnika, który nie jest specjalistą w chemii kwantowej.

PU: Chciałabym jeszcze zapytać o to, kto będzie zaangażowany w realizację projektu.

Jerzy Cioslowski: Mam dwóch sprawdzonych współpracowników, z którymi prowadzę prace od lat. Jednym z nich jest dr Filip Prątnicki, adiunkt w Instytucie Fizyki US (doktoryzował się w tym roku), z którym współpracuję od samego początku jego kariery naukowej, a drugim – prof. Krzysztof Strasburger z Politechniki Wrocławskiej, który ma również dostęp do bardzo dużego centrum komputerowego, co ułatwia wykonywanie obliczeń. W obu przypadkach współpraca trwa już długi czas.

PU: Kiedy rozpoczną się działania w ramach projektu?

Jerzy Cioslowski: Zaraz po zakończeniu działań realizowanych w ramach poprzedniego grantu. Badania naukowe są w zasadzie zakończone, ale przygotowuję publikacje naukowe. Czekamy również na przyznane środki na badania. Realistycznie myślimy o sierpniu. Oczywiście już wcześniej podejmowaliśmy pewne czynności związane z projektem, ponieważ gdy coś proponujemy, musimy sprawdzić wcześniej, czy to jest w ogóle możliwe do wykonania. Głównie są to wstępne ustalenia co do sposobu realizacji poszczególnych działań.

PU: Czyli trwają prace koncepcyjne. Czy dostrzegają Państwo jakieś istotne problemy związane z przyszłą realizacją planowanych działań?

Jerzy Cioslowski: Olbrzymim problemem jest brak młodych ludzi, którzy chcą takie badania prowadzić. Nie mam na myśli braku takich osób w Szczecinie, ale również w Polsce i poza nią – w krajach zachodnich i wschodnich. Gdy niedawno byłem w Singapurze, zwracano tam również uwagę na brak dobrych studentów nauk ścisłych, więc jest to ogólny trend światowy: ucieczka od studiowania tych nauk.

PU: To zaczyna się już na studiach, prawda? Te kierunki nie są oblegane.

Jerzy Cioslowski: Nawet jeszcze wcześniej – w szkole średniej, podstawowej. Jest pewien rodzaj fobii związanej z matematyką i fizyką. Oczywiście nie każdy musi dawać sobie akurat z tym radę, tak jak nie każdy musi mówić i pisać pięknym językiem – ludzie mają różne talenty. Jednak faktem jest, że nie ma obecnie młodych ludzi chętnych do prowadzenia tego rodzaju badań.

PU: To też nie są łatwe rzeczy.

Jerzy Cioslowski: Oczywiście, że nie są łatwe. I dlatego nie chodzi o to, aby co druga osoba się tym zajmowała – ale na przykład co setna. Ten trend widoczny był już wcześniej na Zachodzie, obserwowałem to przez lata, które spędziłem w Stanach Zjednoczonych.

PU: Nadzieja w doktorantach?

Jerzy Cioslowski: Kiedyś mówiliśmy o szkole danego profesora, który miał swoich wychowanków i oni kontynuowali jego pracę. W dzisiejszych czasach już tego nie ma. Obawiam się, że ta wiedza zaniknie, gdy nie będzie jej komu przekazywać. Chciałbym tu podkreślić, że nie jest to kwestia lokalna ani polska, ale dotyczy także innych krajów.

PU: Życzmy sobie zatem, aby młodzi ludzie dostrzegli znaczenie tych badań i zasilili szeregi naukowców pracujących przy tego rodzaju projektach. Dziękuję za rozmowę.

Jerzy Cioslowski: Dziękuję.

Rozmawiała dr Agnieszka Szlachta

redaktor naczelna "Przeglądu Uniwersyteckiego"