CERN и университеты. Что там еще в Швейцарии - фото
Спецпроект

CERN и университеты. Что там еще в Швейцарии

8 февраля 2020, 19:22


В мае 2019 года при поддержке посольства Швейцарии группа украинских журналистов посетила центры инноваций при крупнейших университетах этой страны, а также знаменитый исследовательский центр CERN

Видео дня


 — Не подскажете, в какую сторону Швейцария?

— Плывите прямо, пока не почувствуете запах денег и не вступите в шоколад.

Ситуация на Женевском озере из фильма «Куда приводят мечты»


Н адежные Альпы и высокие банки. Точный сыр и вкусные часы. Минималистичный кофе и растворимый дизайн. Продукты Швейцарии так широко известны, что каждый сможет правильно расставить прилагательные сам.

Стоит добавить к чему-либо слово «швейцарский» и это уже будет качественным элитным продуктом, который вы, скорее всего, не можете себе позволить.

Да и сама Швейцария позволяет себе то, что недоступно другим странам. Будучи в центре Европы, она умудряется сохранять нейтралитет. Не входит в НАТО. Даже не является частью ЕС. Здесь сразу четыре официальных языка: немецкий, французский, итальянский и ретороманский. С населением в 8 млн жителей, не имея полезных ископаемых и крупных городов, Швейцария занимает 4 место в мире по экономическому развитию. Ее валюта — самая стабильная в мире. Три ее города входят в топ-10 лучших по качеству жизни.

В Швейцарии нет кофейных плантаций, но эта страна является мировым лидером торговли кофе, один из лидеров по экспорту шоколада и удерживает мировое лидерство и в торговле золотом.

Наконец, маленькая Швейцария, чья территория примерно равна Киевской и половине Черниговской областей — четвертый главный инвестор в экономику Украины.



Международный хаб для исследователей и инноваций


Алиса жаловалась Красной Королеве: «У нас, когда долго бежишь, непременно попадаешь в другое место». На что Красная Королева отвечала ей: «Ну, а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте. А чтобы попасть в другое место, нужно бежать вдвое быстрее»,

 — Льюис Кэрролл «Алиса в Зазеркалье»


П рошли времена, когда за изобретением стояла блестящая идея гения-одиночки. Инновации, которые нужны нам сегодня, намного сложнее. Они требуют усилий как со стороны инженеров и ученых, так и со стороны рынка, который диктует условия, производя огромные финансовые вливания. Открытия сегодня невозможны в подвале или гараже. Это миллиарды данных, тысячи исследований, требующих создания специальной среды, как например Кремниевая Долина в США.

Лидеры мирового рынка вкладывают огромные средства в «подрывные инновации» — те, которые переворачивают рынок, делая предыдущие технологии устаревшими.

Искусственная кровь, предиктивная полиция, роботы-компаньоны, беспроводная передача энергии, интернет через аэростаты, мясо из пробирки, концентрированная солнечная энергия, умные контактные линзы, автономные пассажирские самолеты, вакуумные поезда, 3D-принтеры органов, компьютеризированная одежда, предиктивная генная медицина… — в ближайшем будущем нас ждет появление массы новых технологий, которые вчера еще были фантазией писателей и сценаристов.

Эти технологии имеют горизонт выхода на рынок ближайшие 0−20 лет. Над ними работают уже сейчас.

Для подобных исследований нужны мощные лаборатории и лучшие умы. И в этом Швейцария снова преуспевает. Эта страна занимает первое место в мире по привлечению и удержанию талантов.

Вот список только некоторых компаний, разместивших в Швейцарии свои исследовательские (R&D) центры:

ABB, Basf, Bosch, Cisco, Du pont, Facebook, Google, HP, IBM, Intel, Jonson&Jonson, Logitech, Microsoft, Nestle, Nissan, Novartis, Roshe, Siemens, UBS

Швейцария тратит 2,2% своего ВВП на исследования и разработки. Это вдвое больше, чем в среднем по ЕС. И это один из самых высоких показателей в мире. При этом 60% инвестиций в разработки приходят напрямую от компаний.

Швейцария со стабильными политической и финансовой системами, одной из лучших систем образования и самым большим исследовательским центром в мире — питательная среда для культивирования высших инновационных процессов. Словом, — система всему голова.


Образование по-швейцарски


Т олько 30% швейцарских подростков после окончания школы идут в университет. Остальная часть предпочитает так называемое Vocational education system в университете прикладных наук. Согласно этой системе студент 2 дня в неделю ходит на занятия, а 3 — работает в компании. Это означает, что:

а) компании частично оплачивают обучение студентов;

б) компании заинтересованы в том, чтобы получаемые знания были применимы в работе. Таким образом, студенты изучают именно то, что необходимо для их работы. Их знания всегда up to date.

Об успешности такого подхода говорит хотя бы тот факт, что нынешний министр финансов Швейцарии обучался в подобной системе дуального образования. Как и СЕО крупнейшего банка страны, UBS.

После трех лет такого обучения студенты могут продолжить учебу в обычных университетах.


Лучшие из лучших

Ш вейцария — это федеративная республика, состоящая из 26 кантонов. Каждый кантон имеет свою конституцию и законы, и совершенно самостоятелен в решении внутренних проблем. Например, выгодно или нет иметь собственный университет. Ведь за каждого студента, который обучается в университете другого кантона, родной кантон будет вынужден платить.

Кантональных, то есть местных, университетов 10. Несмотря на свою «местечковость», все они входят в рейтинг 200 лучших университетов в мире по версии QS University Rankings. К слову, в топ-200 нет ни одного украинского университета. Лучший показатель у Харьковского университета имени В. Н. Каразина. Он занимает 491 место.

Еще в Швейцарии два федеральных, то есть общенациональных, университета, — это высшая лига. ETH Цюрих и EPFL в Лозанне. Два полюса швейцарской системы образования — один находится в немецкой части Швейцарии, другой — во французской. Оба — в топ-20 лучших университетов мира. ETH — 6-й. А EPFL — 18-й.


ETH Zurich

Швейцарская высшая техническая школа в Цюрихе подарила миру 21 Нобелевского лауреата, а главное — Альберта Эйнштейна. Здесь он учился, а после преподавал.

При университете есть Парк Инноваций. Всего в Швейцарии 5 таких парков или, как их еще называют, инновационных кластеров, — при университетах ETH Zurich и EPFL в Лозанне, а также в кантонах Аргау, Берн и Базель. Вместе они образуют единый Швейцарский парк инноваций.


EPFL в Лозанне

В Лозанне находится один из лучших технических вузов — EPFL. 5-й в мире среди самых инновационных (высчитывается коэффициент поданных в патентное бюро и выданных патентов). EPFL специализируется на естественных науках, роботехнике, архитектуре и инженерии. Это здесь собирают бионические руки, которыми смогут управлять парализованные одной лишь силой мысли. Здесь же выпускают игры, которые смогут помочь в реабилитации перенесшим инсульт.

В университет можно добраться через линию наземного метро. Станция оформлена цитатами на различных языках мира, формулами и числом пи. Симпатично, чисто, лаконично, и есть о чем подумать. Квинтэссенция самой Швейцарии.

Фабрика дронов

Фабрика дронов Фото:


Скоро дроны будут не только доставлять пиццу или лекарства, но и спасать жизни. Уже сейчас они поставлены на службу скорой помощи. Реагируя на вызов и отправляясь к месту с дефибрилляторами. В EPFL занимаются разработкой дронов, которые будут участвовать в спасательных операциях. Основная сложность — научить дрон подстраиваться под особенности среды, уменьшаться в размерах. Проходить там, где этого не может сделать человек.

Rolex Learning Centre

Rolex Learning Centre Фото:

Образовательный центр Rolex. Один из корпусов университета EPFL в Лозанне. Волнистая поверхность — отсылка к Женевскому озеру. Круглые патио — к дырам в швейцарском сыре. Внутри: мультимедийная библиотека, содержащая 500 000 томов, конференц-зал, залы для занятий студентов, кафетерий, лаборатории и митинг-румы. Здание гармонично вписалось в окружающий ландшафт, несмотря на свой ультрасовременный вид. «Люди не передвигаются по прямой, как поезда. Они предпочитают движение по изогнутым траекториям, это более органично», — объяснил идею архитектор. Так это или нет, здесь приходится органично подниматься и спускаться, не встретив ни одной ступеньки. Будто прогуливаешься по холмам. Некоторые студенты, как на траве, устраивают привал прямо на полу, гордо, на возвышении. Лучшее — студентам.



CERN


К огда попадаешь в CERN, вдруг осознаешь, что всё остальное в этой жизни— вздох летней мошки перед глазами Вселенной.

CERN (ЦЕРН) — это Европейская организация по ядерным исследованиям. Именно здесь находится знаменитый Большой адронный коллайдер — возможно одно из самых загадочных устройств в мире. Это самый большой в мире ускоритель заряженных частиц, в котором разгоняют и сталкивают между собой протоны и тяжелые ионы на скорости близкой к скорости света. Цель этих столкновений — воссоздать условия, при которых зародилась наша вселенная, раскрыть из чего она состоит и как работает.

ЦЕРН был создан всего через 8 лет после окончания Второй мировой войны и его мотто: «Наука ради мира». Соглашение по образованию ЦЕРН изначально подписали 12 стран-участников, сейчас их 23. Еще несколько стран являются наблюдателями и ассоциированными членами, в их числе Украина. Страны-участники вносят в общей сумме около 1 млрд швейцарских франков в год. Ежегодный взнос Украины за ассоциированное участие — 1 млн швейцарских франков. Это позволяет украинским ученым принимать участие в исследованиях на базе ЦЕРН, а компаниям — участие в тендерах.

Было трудно поверить в то, что мы сможем не только прогуляться по зданиям ЦЕРНа, увидеть коллайдер, но и беспрепятственно заснять все это. «А вам разве кто-то сказал, что фотографировать нельзя?» — удивился Кристоф Шефер, советник генерального директора CERN. «Наша организация была создана с целью объединить людей из разных стран. В ЦЕРНе занимаются только мирной наукой. И для этого организация должна быть максимально прозрачной. Никаких секретов. Все, что мы делаем — мы публикуем. Так что, пожалуйста, делайте фото. Но, если можно, только красивые».

Чем занимается ЦЕРН?

ЦЕРН подарил миру World Wide Web, который в этом году отметил свое 30-летие. В 1989 году британский ученый Тим Бернерс-Ли предложил использовать систему документов, связанных между собой гиперссылками, для внутренней сети ЦЕРН. Проект был реализован. Вскоре, благодаря Бернерсу-Ли появились язык html и протокол http.

За сенсорный экран мы тоже должны благодарить ЦЕРН. Его разработали еще в 70-х, когда все необходимые кнопки управления ускорителем частиц не могли уместиться на одном пульте.

Уменьшенная копия ускорителя частиц с 2016 года служит на стороне медицины. Для лечения рака. Она бьет точно в цель, тогда как раньше радиотерапия вредила организму в целом.

ЦЕРН создает новейшие технологии, которыми мы будем пользоваться много лет спустя. ЦЕРН — это центр фундаментальной науки.

Существуют два типа исследований: фундаментальные научные исследования и прикладные. Первые основаны на теориях и экспериментах, они призваны получать новые знания. Вторые созданы для того, чтобы применять знания на практике.

Главное различие между ними в скорости получения результатов. Прикладные научные исследования добиваются поставленных целей в десятки раз быстрее. Почему? Просто потому, что их цель известна. Давайте сделаем машину быстрее, экран больше, стекло устойчивее к механическим повреждениям, и т. д. И в чем же тогда главный недостаток прикладных исследований? В знании самой цели. Она ограничивает поиск и фантазию.

«Представьте, что у вас есть конфета. Обычная конфета. Поставьте перед сотней инженеров задачу сделать конфету лучше. Думаете ли вы, что в конце они придут к вам с маленьким ножом? Нет. После года исследований они придут со своими улучшениями конфеты — конфетами больших размеров, ярче или вкуснее, но это все равно будет конфета».

Инновации возможны только при наличии фундаментальных научных исследований.

У них — свой недостаток. Ученые не могут спрогнозировать, когда и где их исследования послужат обществу.

Объясняет этот феномен известный рассказ о британском физике Майкле Фарадее. В начале 1830-х он открыл электромагнитную индукцию, взаимодействие магнитного поля и проводника с током, которое лежит в основе работы всякого электрического двигателя. Лондонское королевское общество пригласило Фарадея рассказать о своем изобретении. После долгого доклада физику задали вопрос: «Хорошо, мистер Фарадей, а где ваше изобретение можно использовать?». И Фарадей ответил: «Не знаю… Но! Через сотню лет, ваши сменщики, будут взымать налоги с моего изобретения».

Что же в настоящий момент дают нам фундаментальные исследования ЦЕРН? Никто не знает. Но каждый раз, когда они проводятся, есть результат. Который в настоящий момент мы не в состоянии осмыслить.

Теория Большого Взрыва

Каждый раз, глядя в ночное небо, мы видим прошлое. Видим солнце, каким оно было 8 минут назад. Свет далеких звезд летит к нам многие годы. Видим Полярную звезду, какой она была 447 лет назад. Взглянув в телескоп на звезду V509 из созвездия Кассиопеи, мы окажемся на 7800 лет в прошлом.

Ученые говорят, что Вселенная образовалась 13.77 млрд лет назад. Возникает вопрос. Если бы мы построили достаточно мощный телескоп, чтобы увидеть что-то на расстоянии 13.77 млрд световых лет? Мы бы смогли увидеть зарождение вселенной?

Ответ физиков — нет. Потому что Вселенная в начале своего существования не была прозрачной, как сейчас. Точка предела — 380 000 лет после Большого взрыва. Ни один телескоп не сможет заглянуть дальше.

Большой адронный коллайдер воспроизводит состояние частиц сразу после Большого взрыва. Только так мы можем «заглянуть» в момент рождения Вселенной.

Большой адронный коллайдер

2010 год стал началом новой эры фундаментальных исследований. Был открыт большой адронный коллайдер. Кольцо на глубине около 50 метров под землей, 27 км в диаметре, прямо на границе Швейцарии и Франции. Сверху над ним в небольших деревнях живут люди. В основном это сотрудники ЦЕРН.

Цель коллайдера — предоставить ученым со всего мира инструмент, который поможет дать ответы на волнующие многие десятилетия вопросы. Главный вызов современных физиков — понять, что происходило в самые первые мгновения нашей Вселенной после Большого взрыва.




ALICE

Длина: 26 метров

Высота: 16 метров

Ширина: 16 метров

Вес: 10 000 тонн

Стоимость: 115 млн швейцарских франков

Локация: Сержи, Франция

Дни открытых дверей в ЦЕРНе состоялись благодаря периоду подготовки к следующему запуску коллайдера, который намечен на 2021 год.

В результате, журналисты со всего мира смогли увидеть своими глазами и «пощупать» своими руками Большой адронный коллайдер.

На большом адронном коллайдере 7 детекторов: ALICE, ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb, LHCf и MoEDAL. Они расположены в разных участках кольца. Все они занимаются разными исследованиями, иногда не связанными друг с другом.

ALICE — детектор, специализирующийся на измерении и анализе свинцово-ионных столкновений. Детектор элементарных частиц — камеру, которая фиксирует, как на пленке, движение частиц после столкновения — разработал и собрал Жорж Шарпак. Украинский еврей, сотрудник CERN, который в 1992 году получил Нобелевскую премию по физике благодаря этой разработке.

Субатомные частицы почти невозможно наблюдать из-за их размера. Они меньше атома, короче длины видимого света. Считается, что до распада Бозон Хиггса существует всего одну септиллионную секунды, что серьезно осложняет работу по его обнаружению среди триллионов столкновений, которые происходят во время эксперимента. Пучок может циркулировать в БАК более 10 часов, преодолевая более 10 миллиардов километров. Этого достаточно, например, чтобы добраться до планеты Нептун и обратно. При почти световой скорости протон преодолевает 11 245 кругов внутри коллайдера каждую секунду.

Неуловимый бозон Хиггса

Самый большой на сегодняшний день прорыв в современной физике, совершенный благодаря коллайдеру — обнаружение бозона Хиггса. Математические вычисления помогли предсказать его еще 40 лет назад, и только в 2012 году ученые смогли его обнаружить.

В 1993 году американский физик украинско-еврейского происхождения Леон Ледерман в своей книге «Частица Бога: если Вселенная это Ответ, то Каков Вопрос?» для изображения процесса поиска физиками элементарных частиц и одной конкретной — бозона Хиггса, использовал метафору игры в футбол с невидимым мячом. Мы играем в игру, в которой не видим мяч и не знаем правил.

Многие годы тысячи ученых бились над вопросом, почему при образовании Вселенной одни частицы получили массу, а другие, например, фотоны, самые распространенные частицы во Вселенной, — нет. Именно бозон Хиггса был тому причиной.

Бозон Хиггса — первокирпичик материи, единственное видимое проявление поля Хиггса, возникшего в результате Большого взрыва. Сразу после взрыва поле Хиггса было равно нулю, но когда Вселенная охладилась, и температура упала ниже критического значения, поле стало спонтанно расти, и любая частица, взаимодействующая с ним, приобретала массу. Чем больше частица взаимодействовала с этим полем, тем она становилась тяжелее.

Опасен ли Большой адронный коллайдер?

Поскольку столкновения с гораздо более высокими энергиями, которые природа создала в течение миллиардов лет, не нанесли вреда Земле, нет оснований полагать, что любое явление, вызванное БАК, сделает это. Космические лучи также сталкиваются с Луной, Юпитером, Солнцем и другими астрономическими телами.

Можно ли создать в БАК черную дыру, которая поглотит нас всех?

Черные дыры образуются во Вселенной вследствие коллапса массивных звезд, которые содержат огромное количество гравитационной энергии, притягивающей окружающую материю. Гравитационное притяжение черной дыры связано с количеством вещества или энергии, которое она содержит — чем больше, тем сильнее притяжение. Некоторые физики предполагают, что в столкновениях на БАК могут возникать микроскопические черные дыры. Тем не менее, если они возникнут, их энергия будет равна энергиям сталкивающихся частиц (эквивалентно энергии комаров). Поэтому никакие микроскопические черные дыры, образующиеся внутри LHC, не могут генерировать достаточно сильную гравитационную силу, чтобы притягивать окружающее вещество. Стивен Хокинг открыл, что черные дыры теряют материю из-за того, что испускают теплое излучение. Это значит, что любая черная дыра, которая не способна притянуть материю, будет сжиматься, испаряться и исчезать. Чем меньше дыра, тем быстрее она исчезнет. Если бы на БАК были зафиксированы микроскопические черные дыры, они были бы настолько недолговечны, что единственный способ, которым можно было бы их найти — обнаружить продукты их распада.

Big Data или как хранится вся эта информация

Только Google и Facebook могут похвастать тем, что за год они производят больше данных, чем ЦЕРН. 50 млн гигабайт (50 петабайт) информации. Этот огромный массив данных обрабатывают тысячи ученых по всему миру.

Одна копия данных хранится на серверах самого ЦЕРНа, и срок ее жизни не установлен. Она может пригодиться еще многим поколениям ученых. Вторая копия распределена на серверах по всему миру, в так называемых центрах первого уровня. В настоящий момент их 13. Существуют также центры второго уровня — их великое множество. В том числе два в Украине — Харькове и Киеве.

Мощность одного ЦЕРНа для реконструкции данных недостаточно. Так ученые придумали концепцию grid-computing — большого виртуального компьютера, использующего вычислительные мощности более 200 компьютеров по всему миру. ЦЕРН остается ядром этой системы.


_____

Мы все еще не знаем что из себя представляет темная материя. У нас нет общей теории, которая объединила бы общую теорию относительности и квантовую теорию поля. У нас много вопросов. И никто не знает, что может обнаружится в следующем эксперименте.


Текст и фото: Виктория Примак, НВ

НВ выражает благодарность за организацию поездки посольство Швейцарии в Украине

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Делитесь материалом




Радіо НВ
X