КМУ-2023: ошибки стимулируют научный прогресс

Успешные ошибки прошлого

В первой части секции исследователи поделились историями об ошибках и провалах из истории своей области науки. Первой выступила Ирина Ле-Дейген, доцент кафедры химической энзимологии химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Она отметила, что существует много правил работы в химической лаборатории, но не все их соблюдают. Одно из них — запрещено пробовать на вкус любые реагенты. Однако истории химии известно как минимум три примера того, как нарушение этого правило привело к открытию новых веществ. Все эти примеры относятся к открытию подсластителей, которое чаще всего было случайным. Так, сахарин был открыт Константином Фальбертом, который изучал битум и производные каменноугольной смолы во второй половине XIX века. Работая над экспериментом, он облизал палец, чтобы перевернуть страницу в лабораторном журнале, и заметил сладкий вкус. Подсластитель, который Фальберт открыл впоследствии, современники не оценили, но потом он вошел в широкое применение. Буквально через сто лет аналогичным образом, лизнув палец, Джеймс Шлаттер открыл аспартам, когда синтезировал пептиды для лечения язвы. Сейчас этот подсластитель получают уже не химическим, а биотехнологическим путем. Третья история была уже не про нарушение техники безопасности, а про особенности межкультурной коммуникации. В конце XX века в Императорском колледже королевы Елизаветы в Лондоне индийский аспирант Шашикант Пхаднис получил от своего научного руководителя задание исследовать соединение сахара с хлором. Однако слово «test» («проверить») он понял как «taste» («попробовать на вкус») и в результате обнаружил новый подсластитель — сукралозу.

Далее слово передали Денису Касымову, заведующему лабораторией моделирования и прогноза катастроф механо-математического факультета Национального исследовательского Томского государственного университета. Он обратился к истории метеорологии, отметив, что точность любого прогноза определяется свойствами объекта, входными данными и методами самого прогноза. Первый прогноз погоды сделал британский математик, физик и метеоролог Льюис Фрай Ричардсон. Он впервые применил математическое моделирование для решения уравнения параметров атмосферы: температуры, давления, влажности, скорости ветра. Он провел расчеты всего один раз, а затем попытался спрогнозировать погоду в конкретной точке в Европе. Однако он получил абсурдный результат: в этой точке по прогнозу давление через шесть часов должно было достигнуть отметки в 14,5 кПа, или 109 мм рт. ст. В результате оказалось, что ошибка заключалась в подстановке начальных параметров, а сам алгоритм был верен.

Далее Никита Востров, основатель и генеральный директор ООО «АДДИТИВКА» рассказал об одном из первых создателей светодиодов. В первой половине XX века радиофизик Олег Лосев проводил эксперименты с электрическими дугами и кристаллическими детекторами радиоволн. В итоге он собрал устройство, похожее на радиоприемник, но наблюдал эффект электролюминесценции, когда в точке контакта двух материалов возникало свечение, вызванное электрическим полем. Хотя Лосев и получил патент на «световое реле», его работа не получила внимания в мировом сообществе и была забыта.

Мария Горденко, ведущий эксперт Института статистических исследований и экономики знаний НИУ «Высшая школа экономики», рассказала историю, показывающую, что иногда науку и технику двигают даже не ошибки, а случайности. Именно так в XX веке была создана электронная почта. Тогда уже существовал прототип Интернета — арпанет. При этом нужен был протокол для передачи сообщений друг с другом, учитывающий, что одним компьютером могло пользоваться до сотни человек. В результате Рэй Томлинсон, который занимался этой задачей, придумал почтовые адреса: в них входили адрес компьютера и юзернейм человека, с которым нужно было связаться. При этом нужно было придумать, как их разделить, причем символ не должен был повторяться ни в одной другой команде. В итоге Томлинсон совершенно случайно выбрал «собачку» — @, которая и сейчас входит в почтовые адреса.

Мария Горденко привела другой пример из сферы IT, который считается самой дорогостоящей ошибкой в истории. Ariane — это космические ракеты-носители Европейского космического агентства, которые используются для выводы на орбиты космических аппаратов. Долгое время в эксплуатации находились ракеты Ariane-4, а в конце XX века им на смену пришли Ariane-5. Первый испытательный полет такой ракеты оказался неудачным. Все дело было в том, что программное обеспечение с Ariane-4 перенесли на Ariane-5 полностью, забыв учесть, что новое поколение ракет может развивать более высокие скорости. Из-за этого сбилась одна из переменных, и компьютер завис. Эта ситуация хорошо иллюстрирует, как важна работа тестировщика в IT, который поможет «отловить» подобные ошибки.

Полина Покрышко, лектор, популяризатор космонавтики, рассказала о том, как однажды на борту космического корабля «Союз» появилась муха. Ее было приказано поймать и устранить, но космонавты отказались это делать, аргументируя это тем, что она тоже член экипажа. Они подкармливали муху и даже дали ей имя — Нюрка. Именно она стала прототипом для сцены с тараканом в фильме «Салют-7» (2017). Однако такой «нелегальный пассажир» оказался полезен для космонавтов. Чтобы бороться с невесомостью, муха ползала между аппаратурой, отталкиваясь от ее поверхности. Космонавты позаимствовали эту идею и сделали свой сон комфортнее: они подкладывали под голову подушку и сковывали себя между ремнями, чтобы было ощущение давления, напоминающее обычную позу для сна.

В зале тоже вспомнили хорошие примеры того, как ошибка обернулась открытием. Так, французский химик Анри Муассан известен тем, что впервые выделил фтор из плвиковой кислоты. Для своих экспериментов он использовал «грязную» кислоту, но перед докладом в Академии наук очистил ее. В результате ему не удалось повторить опыт во время своего выступления. Оказалось, что для проведения процесса был нужен фторид калия, который загрязнял раствор. Впоследствии за открытие способа получения фтора Анри Муссан получил Нобелевскую премию по химии.

На ошибках учатся

Во второй части секции ученые поделились историями из своего личного опыта, когда совершенная ошибка оборачивалась чем-то новым и полезным. Ирина Ле-Дейген рассказала о том, что занимается биомедициной и системами доставки лекарств. На своем третьем курсе она изучала липосомы — липидные капли, внутрь которых можно помещать лекарства. Липосомы безопасны и биосовместимы, но главная их проблема — отсутствие стабильности. Научная руководительница Ирины попросила ее протестировать новый полимер и его взаимодействие с липосомами. В результате после проведения эксперимента Ле-Дейген забыла выбросить образцы, оставив их в холодильнике, и из-за учебных дел не посещала лабораторию несколько недель. Она ожидала, что образцы испортятся: эмульсия в них расслоится или помутнеет. Однако образцы сохранили свою стабильность. В результате Ле-Дейген начала изучать явление, которое в итоге легло в основе ее диссертации, научных работ ее студентов и было запатентовано.

Научный интерес Дениса Касымова — лесные пожары. Будучи аспирантом, он исследовал механизмы перехода низовых пожаров в верховые и переход очага горения в слой торфа. Для работы ему нужно было провести натурный, или полевой, эксперимент. В России его проведение согласовать не удалось, так как отсутствует регуляция для таких опытов. Однако ученому удалось договориться с коллегами из США на крупный эксперимент, при котором устраивали искусственный пожар на участке площадью 6 га (10 стадионов). В ходе опыта Касымов применял инфракрасные сенсоры для бесконтактной оценки температуры во время пожара. Изначально он планировал использовать базовые настройки камеры, а не такие, какие обычно применяет в своей лаборатории, опасаясь получить неточные данные. При проведении эксперимента об этом плане он забыл, проведя измерения, как обычно. Об ошибке ученые догадались только при обработке данных. Те настройки, которые применялись коллегами из США, не позволяли идентифицировать горящие и тлеющие частицы в низовом слое пожара, хотя они могут стать причиной пожара. Используя свои привычные настройки, Касымов пошел на риск, но в итоге ошибка привела к успеху: теперь на основе сделанного открытия созданы проекты и установки. Эта история, по мнению Дениса Касымова, показывает, что нужно идти к цели несмотря ни на что, а риск иногда может быть оправданным и плодотворным.

Никита Востров занимается 3D- и 4D-печатью. Отличием 4D-печати является использование «умных» материалов в 3D-печати, характеристики которых могут меняться под различными воздействиями. Востров использует пьезоэлектрические материалы: их свойства меняются под действием электрического тока, либо, наоборот, при деформации они могут начинать проводить электричество. При разработке проекта такой 4D-печати команде Вострова нужно было научиться создавать тонкие пленки. Главной ошибкой при этом стало то, что они использовали традиционные, более сложные методы, вместо того чтобы взять за основу более простые. Так, более легкой альтернативой стал метод печати растворов, к которому Востров обратился только потом. Впоследствии на основе него удалось создать новый аппарат для 4D-печати. Из этой ситуации Востров вынес урок: иногда методы, которые используются в топовых статьях, необязательно единственно верные, и нужно всегда обращать внимание на возможные альтернативы.

Мария Горденко рассказала о своей самой дорогой ошибке, которую допустила при разработке агрегатора данных о финансах. Консультации с финансовыми экспертами показали, что агрегатор работает хорошо, однако экономика сильно зависит от политики. В один момент некоторые финансовые значения резко выросли выше предельных значений, и код программы, не рассчитанный на это, слетел. Так за 10 минут компания потеряла 1,7 млн долларов, но не больше — ошибку быстро исправили. Горденко отметила, что иногда ошибки возникают сами по себе, по не зависящим от человека причинам.

Напоследок спикеры произнесли напутствия для молодых ученых. По их мнению, совершать ошибки — это нормально, ведь только на них можно учиться. Поэтому важно, чтобы вокруг молодых ученых собирался понимающий коллектив, в котором будет не страшно признаться в своей ошибке. Главное — понять причину, почему так произошло, а уже на основе этого иногда можно прийти к новому открытию.