Az anyagtudományok laikusok számára nem tartoznak a legegyszerűbb témakörök közé. El tudná mondani minél egyszerűbben, hogy mik azok a kvázikristályok, amelyeknek a felfedezéséért a Nobel-díjat kapta?
Ahhoz, hogy megértsük a kvázikristályokat, meg kell értenünk, mi is az a kristály. A kristály egy szilárd anyag, amelynek legkisebb alkotóelemei, az atomok szabályos rendben sorakoznak, minden irányban ugyanabban a távolságban. Az első kristályos anyag megfigyelése 1912-ben történt, az én felfedezésem pedig 1982-ben - a kettő között eltelt 70 évben minden megfigyelt kristály atomjai nemcsak szabályosan rendeződtek, de periodikusak is voltak. Én olyan kristályokat fedeztem fel, amelyekben az atomok ugyan szabályosan vannak jelen, de nem periodikusak. Más alapelvek szerint rendeződnek, ezt hívjuk kváziperiodikus rendeződésnek.
Miért olyan jelentős ez a felfedezés? Mitől fontos, hogy a szilárd anyag másféleképpen is tud rendeződni?
Paradigmaváltást hozott a krisztallográfiában, és most már értjük, hogy a kristályok sokkal komplexebbek is lehetnek, mint korábban gondoltuk. A kvázikristályos anyagok az anyagok egy teljesen új osztályát jelentik, új tulajdonságokkal. A szilárd anyag tulajdonságai a szerkezetétől függenek, ebből kiindulva néhány kvázikristályos szerkezet nagyon hasznos számunkra.
Mesterséges vagy természetesekről anyagokról beszélünk?
Nem mondhatom, hogy nem léteznek a természetben, csak azt, hogy még nem találtuk meg őket.
Pedig állítólag a Princtone Egyetem kutatója, Paul Steinhardt egy szibériai meteoritból többször is kimutatta őket, legutóbb például 2016-ban.
Ó, igen. Nem szeretnék nagyon belemenni a témába, de szerintem az az ember hazudik. A mintája mindössze 2 milliméteres, és soha senki más nem láthatta az eredeti meteort, csak ő. Így pedig nagyon könnyű hazudni. Hadd mondjak egy példát: ha hozok önnek egy almát, és azt mondom, hogy az én kertemben ezek paradicsomfákon teremnek, be tudja bizonyítani, hogy nem így van? Ha nem látja a fát, csak az almát, akkor nem. Senki nem látta a meteoritot, csak a mintát. Ismerem Steinhardtot, és tudom, hogy nem mond igazat.
A tudományos közvélemény az ön felfedezését sem fogadta jól. Miért volt akkora ellenállás a kvázikristályokkal szemben?
Nem általános hitetlenkedésről beszélhetünk, rengetegen hittek nekem, sőt, 1982. április 6-án fedeztem fel a kvázikristályokat transzmissziós elektronmikroszkópia segítségével. Ekkor még csak azt láttam, hogy találtam valami érdekeset, nem tudtam, hogy ebből nagy felfedezés lesz. Olyan szimmetriát fedeztem fel a vizsgált anyagomban, ami nem létezhetett a krisztallográfia szabályai szerint. Nem titkoltam egyébként, hogy mit találtam,
karácsonyi üdvözlőlapjaimra raktam rá a kvázikristály mintáját, de senkinek nem tűnt fel, hogy ez valami különlegesség lenne.
Mit gondol, miért nem? Hogyhogy nem látta senki, hogy ez valami új?
Az egyetlen eszköz, amivel a kvázikristályokat tanulmányozni tudtuk, az a transzmissziós elektronmikroszkóp volt, és még ebben is nagyon profinak kellett lennie valakinek, hogy az eredményeimet reprodukálni tudja. Akkor még nagyon kevés elektronmikroszkóp-szakértő volt. Másrészt nem küldtem ki több ezer képeslapot, csak 10-15-öt. A támogatóm, aki egyébként a DARPA-nak dolgozik, kirakta az ajtajára. Úgy látta, szép összecsengés a Pentagon ötszögével az én ötszögletű kvázikristályom.
Mikor jött rá, hogy a furcsa kristályokból komoly felfedezés lehet?
John Cahn, aki már elismert, fémekkel foglalkozó szakértő volt akkoriban, többször meglátogatott, és azt mondta, szerinte ez az anyag különleges, és bátorított, hogy kutassam. A másik oldalon ott volt a csoportvezetőm, aki egy nap bejött hozzám, letett elém egy szakkönyvet, ami a röntgenes krisztallográfiáról szólt, és azt mondta, hogy olvassam el, meglátom belőle, hogy amit találtam, nem létezhet. Elmondtam neki, hogy nem kell elolvasnom, tanítok belőle az Izraeli Műszaki Egyetemen, ismerem, az én anyagom pedig egyszerűen csak nincs benne. Néhány nappal később azt mondta, hogy szégyent hozok a kutatócsoportjára, nem akarja, hogy összefüggésbe kerüljön a neve az enyémmel, és nem dolgozhatom velük többet. De a legtöbb ember a két véglet közé esett: se nem támogatott, se nem ellenezte a kutatásaimat.
A Nobel-díj
2011-ben kapta meg Shechtman végül a Nobel-díjat, méghozzá kémiából. A tudós volt az első, aki megpillantotta a kvázikristályokat 1982-ben, és évekig óriási ellenszélben bizonyítgatta a létezésüket. Mivel korábban vitatták a kvázikristály szerkezet létezését, felfedezése paradigmaváltást hozott a kémia és a fizika világában egyaránt, mivel anyagtudományi felfedezésként e tudományok határterületén helyezkedik el.
A kutatásvezető nem nézte át a mintáit? Nem vizsgálta meg ő is magának az anyagot?
Nem tudom, mások ezt tették: fogták a mintámat, és megnézték maguknak, rájöttek, hogy ilyen tényleg van. Aztán persze hallottam a Nemzeti Szabványügyi Hivatalban, ahol dolgoztam, hogy a folyosón összesúgtak páran a hátam mögött: ha ez az ember egy tanár az Izraeli Műszaki Egyetemen, akkor milyen lehet ott az oktatás szintje?
1983 végén visszatértem Izraelbe, és a műszaki egyetemen találkoztam Ilan Blech professzorral, aki kidolgozott egy modellt, ez leírta, hogyan jöhetnek létre ilyen kvázikristályos anyagok, atomról atomra. Ez felbátorított engem is, együtt kiadtuk az első tanulmányt. Elküldtük a Journal of Applied Physics tudományos folyóiratnak. Hosszú időbe telt, mire a folyóirattól választ kaptunk, azt írták, hogy nem hozzák le a tanulmányt, mert a fizikusokat nem fogja érdekelni. Elküldtük egy másik folyóiratnak, a Metallurgical Transactionsnak, ők már kiadták, méghozzá 1985 júniusában. Ekkor visszatértem az NBS-hez, és megmutattam John Cahnnak is a tanulmányt. Az ő ötlete volt, hogy a modell nélkül is csináljunk tanulmányt, csak a felfedezésről. A Physical Review Letters ki is adta.
Ekkor szabadult el a pokol.
A világ minden tájáról kaptam leveleket hasonló kutatásokról. Összejött fiatal, avantgárd kutatókból egy szép nagy csoport, akik elkezdték kutatni a kvázikristályokat. Ma már több százat ismerünk közülük, és mindegyiket alaposan tanulmányozzák. Ekkorra már egyébként csak néhány hitetlen kutató maradt, a tudományos társadalom nagy része elhitte, hogy vannak kvázikristályok.
Mégis maradtak, akik ragaszkodtak az álláspontjukhoz.
Komoly viták alakultak ki a hívők és a hitetlenek között. Utóbbiak leghíresebb szószólója Linus Pauling volt, valószínűleg a 20. század legnagyobb kémikusa, zseniális ember, kétszeres Nobel-díjas.
A különbség Linus Pauling és Isten között az, hogy Isten nem gondolja, hogy ő Linus Pauling.
Kétszer találkoztam vele életemben, egyszer egy konferencián együtt vacsoráztunk. Másodszor az otthonában voltam Kaliforniában, ami egyben a kutatóintézete is, nagy könyvtárral, amiben leginkább csak a saját könyvei vannak különböző nyelvre lefordítva. Előadást tartottam neki. Egy órán keresztül beszéltem, megmutattam az eredményeimet, nem tudtam meggyőzni. Nem értette az elektronmikroszkópok működési elvét. Ő röntgenes módszerrel vizsgálta az anyagok szerkezetét.
Mi a különbség a kettő között? Miben más az elektronmikroszkópos vizsgálat a röntgenesnél?
Az elektronmikroszkóppal meg tudunk nézni egyetlen atomot is. Vagy atomok kis csoportját. Semmi nem túl kicsi. Az általam vizsgált anyagokban nagyon apró kristályok voltak. Az elektronmikroszkópiával egyetlen kristálynak is meg tudjuk mondani a diffrakciós mintázatát, vagyis azt, hogy az atomjai hogyan rendeződnek. A röntgensugár sokkal nagyobb, és több kristályt lehet csak vele egyszerre vizsgálni. Ha diffrakciós mintát akarunk vele megfigyelni, egyszerre több kristályét tudjuk csak kinyerni. Nem látjuk az egyes atomokat, csak atomok csoportját körkörösen elrendezve. Éppen ezért a forgási szimmetriát sem lehet megfigyelni, pedig a kísérletemben ebből derült ki, hogy a kvázikristályok nem olyanok, mint a többi kristályos szerkezet.
Linus Pauling tehát nem tudta megvizsgálni röntgenes módszerrel a kvázikristályokat, ezért úgy gondolta, hogy nem is létezhetnek. Változott erről valaha a véleménye?
Előadásokat adott, és ezeken az én eredményeimet semmizte le. Azt mondta, hogy kvázikristályok nincsenek, csak kvázitudósok. És több ezer ember ünnepelte. Persze nem azért, mert ezek az emberek tudták, miről beszél, hanem azért, mert Pauling korának nagy tudósa volt. Hol voltam én hozzá képest? A nagy Pauling állt szemben egy hogyishívják kutatóval. Egyértelmű volt, hogy kinek hisznek. Egyszer még egy személyre szabott, saját kísérletet is csináltam, csak neki, és egy egész tanulmányt is elküldtem, amit csak neki írtam.
Ön mindent megtett, hogy meggyőzze.
Nem hagyta magát. Úgy halt meg, hogy nem hitte el: a kvázikristályok léteznek. Tíz évig küzdött ellenem, 1994-ben hunyt el végül.
Hogy lehet az, hogy a korszak legnagyobb kémikusának kritikája sem tántorította el a kutatásaitól?
Először kényelmetlenül éreztem magam a helyzettől. Annak ellenére is így éreztem, hogy tudtam: igazam van. Sőt, nem is voltam egyedül, akadtak támogatóim a világ minden tájáról. Aztán egy idő után elkezdtem élvezni a helyzetet. Egy mondatban emlegetnek, egy szintre emelnek Paulinggal! Shechtman és Pauling, nagyon tetszett. A végén viszont már inkább sajnáltam, végül is saját magának köszönhette, hogy ilyen helyzetbe került.
A gyakorlatban milyen hasznuk van a kvázikristályoknak?
Minden új kvázikristályos anyag felfedezésénél minden tulajdonságát meg kell vizsgálni: mennyire jó hővezető, milyen a mágnesessége, az optikus tulajdonságai. Két példát mondok, hogy mire használjuk vagy használtuk ezeket az anyagokat: az egyik első felhasználási mód ahhoz köthető, hogy néhány kvázikristályos anyagnak alacsony a felületi energiája, tehát nem tapad. Elkezdték a teflonbevonat helyettesítésére használni a serpenyőkben, mert nem lehet felsérteni fémmel, például késsel, és így nem mérgező, mint a teflon. Ezt viszont hamar elhagyták, mert a sóra rosszul reagál, és az olyan ételeket, amelyeket rengeteg sóval kell elkészíteni, nem bírta. Az egyik legutolsó felhasználása a kvázikristályos anyagoknak a háromdimenziós nyomtatáshoz van köze: mivel a szóban forgó anyag nagyon jól reagál az infravörös fényre, a 3D nyomtatóban használt műanyagporhoz keverik, és így gyorsabban lehet vele nyomtatni. Drágább, mintha csak műanyagot használnának, de nagyon felgyorsítja a folyamatot.
Hogy lehet az, hogy 70 év alatt senki nem fedezte fel a kvázikristályokat ön előtt? Elektronmikroszkópia is 1933 óta létezik.
Több oka van ennek is. Az első persze az elektronmikroszkópiához fűződik, enélkül nem lehetne őket látni. Sőt, ahhoz, hogy egy ilyet fel lehessen fedezni, nem elég, hogy tudja az ember használni az elektronmikroszkópot, profinak is kell benne lenni. Emellett széleskörű tudással kell rendelkeznie a többi tudományágból is, azért, hogy észrevegye, ha valami furcsára bukkantál. Ellenállónak is kell lenni, és nem szabad elbizonytalanodni a kritikusok miatt, hinnie kell magában és a tudásában. Ez a tanácsom egyébként a fiataloknak is: ha a tudományban akarnak érvényesülni, legyen egy széleskörű alaptudásuk az összes tudományágban, de legyenek egyvalamiben profik, legyenek valami szakértői. Olyannak, amit szeretnek. Én imádom a transzmissziós elektronmikroszkópiát. Régen képes voltam napokat eltölteni a sötét szobában, a mikroszkópot bámulva. De már nem csinálok ilyesmit.
Mivel foglalkozik most? Már nem kutat?
Járom a világot, és előadásokat tartok, például. De dolgoztam harminc évig az Izraeli Műszaki Egyetemen is, rájöttem ugyanis, hogy Izraelben nincs elég startup, és ezen változtatni akartam. 1987-ben új kurzust indítottam a Technionban azért, hogy meggyőzzem a fiatalokat: a jövőben alapítsanak startupokat.
Izraelt azóta startup-államnak szokták nevezni, Tel Avivban startup-fesztiválokat rendeznek. Úgy tűnik, sikeres volt a projekt.
A kurzus pedig még mindig meg a Technionban, bár már nem én tanítom. Ez volt az egyetem fennállása óta a legnagyobb diákszámú kurzus. Elég objektív és kritikus vagyok, nem dőlök be egyhamar a blöffnek, de Izraelben tényleg rengeteg jó ötlet születik. Örülök, hogy a startupok felemelkedéséhez én is hozzájárulhattam.
A probléma, amivel most foglalkozom, az, hogy az izraeli fiatalok nem akarnak mérnökök lenni, úgy gondolják, hogy túl nehéz számukra. Minden országnak szüksége van mérnökökre, minél több van belőlük, a közgazdasági fejlődésnek is annál nagyobb az esélye. Azon kezdtem el gondolkozni, hogyan tudnám megmutatni a fiataloknak, hogy a tudomány mennyire csodálatos. Úgy érzem, hogy ennek a legjobb módja az, ha nagyon korán kezdjük a tanítást. 2012-ben Haifában elkezdtük óvodásoknak tanítani a tudományt, két óvodában is berendeztünk laboratóriumot. Azt hihetné az ember, hogy egy egyetemen van. Egy körasztalt tíz gyerek ül körül, és köpenyekben szigorú arccal kísérleteket végeznek. 5-6 éves gyerekek. Nem átlagos óvónő tanítja őket, hanem egy iskolai tanár. Egy oktatási tervet is írtam, a Shechtman-kurrikulumot.
Mi van egy ilyen tantervben? Hogy lehet a kisgyerekek számára érdekessé tenni a tudományt?
Minden érdekli őket! Volt egy tévéműsorom is Izraelben, meg lehet nézni a neten, bár héberül van, nem sokat fognak belőle érteni. A műsorban egy apró laboratóriumban végeztünk kísérleteket gyerekekkel, volt egy segítőm is, egy színésznő, aki a mesét, a történetet adta a tudományhoz. Rengeteg témát érintettünk a műsorban, tegyük fel, például a fényt: én elmondom a tudományos hátterét, a segítő pedig elmondja, hogy a villanykörtét Edison fedezte fel, és hozzátesz egy érdekes történetet róla.
Azt akarom, hogy a gyerekek logikusan gondolkozzanak. Ne elhiggyék a dolgokat, hanem tudják, hogyan működjenek, megértsék őket. A kisebbik fiam professzor a Technionban. Amikor öt éves volt, elmagyaráztam neki valami tudományosat, és azt válaszolta rá, hogy "hát ez nem lehet". Olyan boldog voltam! Elmagyaráztam neki, hogy miért nem áll össze a fejében az egész, és úgy már megértette, de nagyon büszke voltam rá, hiszen kritikusan gondolkodott, nem hitte csak úgy el, amit mondtam neki.
Kétféle ország van, ami közgazdaságilag sikeres lehet: az egyik, amiben az emberek kérdés nélkül alávetik magukat a kormánynak, itt nincs kreativitás. Mint Észak-Korea. Keményen dolgoznak, nem kérdőjeleznek meg semmit. A másik, amiben az emberek kreatívak, és kritikusan gondolkoznak, ilyen Izrael.
De nem akarok inkább politikáról beszélni, nem ártom bele magam ilyesmibe. Egy tudósnak ez egy nagyon jó irány, a kutatóknak függetleneknek kell lenniük. Nem szabad alávetnünk magunkat semmilyen hatalomnak.
