Miért szép a kvantumkémia? Széchenyi-díjas professzorok válaszolnak

Prof. dr. Császár Attiláról és prof. dr. Szalay Péterről van szó, akik március idusán Fogarasi Géza emeritus professzorral együtt vehették át a Parlamentben a magas elismerést. S hogy miért?

- Több évtizedes, jelentős részben közösen végzett kutatómunkát ismertek el a díjjal, ami nagy öröm és megtiszteltetés számunkra - mondja Császár Attila, az MTA doktora, az ELTE TTK Kémiai Intézete Fizikai Kémiai Tanszékének egyetemi tanára, az MTA-ELTE Komplex Kémiai Rendszerek Kutatócsoportjának vezetője, egy, az EU által támogatott kutatási konzorcium (MOLIM) irányítója.

- Lényegében módszereket, algoritmusokat fejlesztünk, majd kódoljuk őket, s számunkra fontos, illetve érdekes kémiai rendszerekre alkalmazzuk - folytatja. - A kémia alapvetően kísérletes tudomány, de léteznek olyan méretek és körülmények, például a világűrben, ahol nem tudunk kísérletezni. Az elméleti kutatások ma már olyan szintre jutottak, hogy amit nem lehet megmérni, azt ki tudjuk számolni, amit pedig meg lehet mérni, abból másképpen nem hozzáférhető következtetéseket tudunk levonni.

Császár Attila és felesége Viktória, 3 leányuk, Andrea, Júlia és Barbara társaságában a Parlamentben

A közös kutatómunka döntő részét a Fogarasi Géza által vezetett Elméleti Kémiai Laboratórium, majd az ebből kinövő tanszék égisze alatt végezték. Császár Attila és Szalay Péter személyében mára a honi kvantumkémia két iskolateremtő alakját tisztelhetjük, akik a kísérlet és az elmélet egységét, egymásra épülését vallják és követik.

Az általános iskolát mindketten Zalaegerszegen, az egykori Kiliánban (ma Liszt) végezték. Itt dőlt el Császár Attila pályaválasztása is, méghozzá rendhagyó módon.

- Nagyon szerettem a matematikát, amiben jelentős szerep jutott kedves tanáromnak, Vajda Józsefnek. A tantárgyhoz való ragaszkodásom hőfokát jelzi, hogy amikor Józsi bácsi felvetette, hogy a matematika mellett induljak kémiaversenyen is, nemet mondtam. Válaszom annyira felbosszantotta, hogy jogos szakmai felháborodásában felém hajította az éppen a kezében lévő krétát

Az a kréta alaposan "eltalálhatta" a kisdiákot, hiszen nemcsak a versenyen indult el, hanem a Ságvári (ma Kölcsey Ferenc Gimnázium) kémia tagozatára is jelentkezett, ahonnan - egyebek közt Szabó Anna matematika- és fizikatanár szakmai és emberi iránymutatásának hála - már egyenes út vezetett az ELTE vegyész szakára.

Mielőtt még tovább rajzolnánk a pálya tudományos ívét, el kell árulnunk, hogy a Pécsről 1969-ben Zalaegerszegre költözött Császár családban az édesapa, Császár Zoltán évtizedeken át a Zalai Hírlap tördelőszerkesztője volt. Az édesanya, Nényei Kamilla pedig zalai lány, Söjtör szülötte.

Szalay Péter, az MTA doktora, az ELTE tudományos rektorhelyettese, a TTK Kémiai Intézete Fizikai Kémiai Tanszékének egyetemi tanára, szintén gyerekként került Zalaegerszegre.

- Szentesen születtem, 1963 karácsonyán költöztünk Zalaegerszegre. Másfél éves voltam, így elmondható, hogy Zalaegerszegen nőttem fel - emlékezik. - Édesapám, dr. Szalay György ekkor kapta meg a Tüdőkórház főorvosi állását, amit nyugdíjazásáig töltött be. Édesanyám gyógytornászként tevékenykedett a kórházban, majd iskolákban dolgozott. Nagyapám gyógyszerész volt, precíz, régi vágású patikus. Akkoriban még a mainál sokkal több gyógyszer készült a helyi laboratóriumokban, így az áruszállításkor hozzá is sok vegyszer érkezett. Ezeket nagyapám mindig gondosan bevizsgálta, hiszen bármi hiba életekbe kerülhetett volna. Ezek a vizsgálatok általában fényjelenséggel vagy színekkel jártak, így nem csoda, hogy megragadták a figyelmemet. A kémia mind a fizikát, mind a matematikát felöleli, s mivel mindhármat szerettem, úgy gondoltam, a vegyészettel egyiket sem kell feladnom. Az, hogy sikeres pályát futottam be, elsősorban szüleimnek és iskoláimnak köszönhető. Ezek között is legmeghatározóbb szerepe a Zrínyi Miklós Gimnáziumnak volt. A szakmai tudásért elsősorban egy fantasztikus kémiatanárnak, Halmi Lászlónak tartozom hálával, nem véletlen, hogy a közelmúltban "Rácz tanár úr" díjjal ismerték el. De ki kell emelnem Vajda István nevét is - nem mellékesen Vajda József fiáról van szó -, akitől a matematikát tanultam, olyan szinten, hogy az egyetemi tananyag elsajátítása már gyerekjátéknak bizonyult. A Zrínyiben a humán tudományok sem szorultak háttérbe, osztályfőnökünk, Gódor Győző tanította a történelmet és a földrajzot. Hihetetlen egyéniség volt, megtanultuk tőle a haza- és természetszeretetet, társaink megbecsülését.

Pályájuk során mindketten számos alkalommal tevékenykedtek külföldön, együtt dolgozhattak a világ több vezető egyetemének tudósaival, Szalay Péter vendégprofesszorként is eltöltött egy évet Floridában. Meghívott előadóként közösen vettek részt Chilében egy konferencián, ahol szabadidejükben egy működő vulkánt is megmásztak.

De miben is áll munkájuk lényege, mit jelent a kvantumkémia?

- A kvantumkémia molekulák szerkezetét és tulajdonságait képes megjósolni és értelmezni, a kvantummechanika törvényei alapján. Ugyan csak közelítő módon, de Schrödinger híres egyenletét oldjuk meg ehhez - reagál Szalay Péter. - A '80-as években, amikor Attilával diákként bekapcsolódtunk az Elméleti Kémiai Laboratórium munkájába, ezek még egzotikus kutatások voltak, mára azonban a kémiai kutatás elengedhetetlen részévé váltak. A legtöbb szakcikk használ számítási eredményt: ma már prediktív ereje van a kvantumkémiai számításoknak, segítik a kísérleti észlelések értelmezését, de például azt is meg lehet jósolni, hogy a tervezett reakció lezajlik-e vagy nem. Mi főleg molekulák szerkezetének meghatározásával, valamint azzal foglalkozunk, hogy fény, pontosabban elektromágneses sugárzás (mint a mikrohullámú, az infravörös vagy az UV-sugárzás) hatására mi történik velük. Attila főleg az atommagok mozgására fordít figyelmet, én pedig az elektronok mozgásával foglalkozom. Az elméleti kémia előadást - mely kötelező része az ELTE-s vegyész képzésnek - is ennek mentén osztottuk fel egymás között.

Vajon ezek az elméleti kutatások miként szolgálják a mindennapjainkat is érintő tudományos eredményeket?

- Amikor teleszkópokkal és más méregdrága műszerekkel az élet nyomai után kutatunk a világűrben, tulajdonképpen spektroszkópiai (színképelemzés) jeleket fogunk be. Az észlelések értelmezéséhez összehasonlító adatokra van szükségünk - mondja Császár Attila. - A jelek annyira különböző körülmények (nagyon hideg, nagyon meleg) közül jönnek, hogy valamennyit nem lehet laborban vizsgálni, bemérni. Mi viszont ki tudjuk számolni a jelek eredetét, ezen eredményeket adatbázisban összesítjük, ami aztán további jelek értelmezéséhez szolgálhat alapul.

Az elméleti kémikusok munkája tehát hozzájárulhat ahhoz, hogy - optimista verzió szerint - akár már 10-15 éven belül választ kapjunk a kérdésre, létezik-e élet a Földön kívül.

S hogy ez mi módon derülhet ki? A kutatók a földi légkörben megtalálható molekulákat, életre utaló jeleket remélik felfedezni a Naprendszeren kívüli exobolygókról érkező úgynevezett biojelekben. A feladat bonyolultságát érzékelteti: az sem egyértelmű, hogy az élet milyen légköri összetevőket feltételez. Az oxigén tekintetében mutatkozna konszenzus, ám ezt a molekulát pont nem lehet "meglátni" ilyen irgalmatlan távolságból.

Szalay Péter a Széchenyi-díjjal. Körülötte családja: édesanyja Márta (balról), felesége Mariann (jobbról), valamint négy gyermekük - Ákos, Botond, Kinga és Réka - az ünnepélyes díjátadót követően

Emellett az üvegházhatást vizsgáló modellező programok számára is szolgáltatnak adatokat, illetve értelmeznek kísérleti eredményeket.

Szalay Péter kutatásai nem a földön kívüli, hanem a földi élet titkaival foglalkoznak.

- A DNS-molekula a genetikai kód hordozója. Ahhoz, hogy ez az információ védve legyen például az UV-sugárzás káros hatásától, különleges tulajdonságokkal kell rendelkeznie - avat be. - A kvantumkémia eszközeivel éppen azt próbáljuk megérteni, milyen mechanizmusok mentén áll ellent a DNS-molekula e külső hatásoknak. Az UV-fény nyomán a molekulák gerjesztett állapotba kerülnek, ami leggyakrabban szerkezeti változással jár. A DNS viszont nagyon gyorsan visszatér alapállapotába, kevés esélyt adva a mutációnak. Úgy tűnik, hogy ez a különleges tulajdonság egyrészt a "gondosan kiválasztott" építőköveknek, a nukleobázisoknak köszönhető, de fontos szerep jut a DNS-láncban lévő kölcsönhatásoknak is. Az elmélet oldaláról ehhez szorosan kapcsolódik a DNS még nem teljesen bizonyított áramvezető tulajdonsága. Azt még nem tudjuk, hogy a biológia szempontjából ennek van-e szerepe, de molekuláris áramkörök, molekuláris számítógépek építéséhez a DNS így fontos építőkő lehetne.

A természettudományos műveltségünkben mutatkozó hiányosságokat szóba hozva végképp leszállunk a Földre. Vajon miért nem fog az átlagos diákon több évnyi matematika-, fizika- és kémiatanulás sem? S miért nem vonzóbbak a reál szakmák?

- Sok oka lehet annak, hogy a természettudományok kevésbé népszerűek - mondja Szalay Péter. - Az egyik, hogy körülöttünk minden "magától" működik, csak kattintgatni kell. Hogy emögött mennyi tudományos munka, eredmény van, igazából keveseket érdekel. A másik, hogy jobban fizetett munkák is vannak, mint a tudósoké. Tény, a kezdőfizetések alacsonyak, de hosszú távon a természettudomány, a mérnökség biztos megélhetést biztosít. Nem is szólva a tudomány nemzetköziségéből fakadó utazási lehetőségekről, a világot behálózó kapcsolatokról. A nívós utánpótlás biztosításában fontos szerep juthat az általános és középiskolai tanároknak.

- A magyar iskolarendszer a rögzült hagyományok mentén elsősorban a tényanyag megtanítását és visszakérdezését helyezi előtérbe - kapcsolódik a témához Császár Attila. - Mindeközben az elmúlt két évtizedben a számítástechnika térnyerése gyökeresen átformálta az információhoz való hozzájutás gyorsaságát és módját. Ennek fényében ma már inkább a gondolkodásra nevelés s az információk szelektálásának megtanulása lehetne az iskolák első számú célja, feladata.

Hozzáteszik még, a vegyész szakon az évek során sok tehetséges egerszegi diákkal találkoztak, közülük számosan nagyon sikeres szakmai pályát futnak be.