Evoluția unei Descoperiri Științifice

Procesul de acceptare a unei noi idei științifice este, în mod obișnuit, unul dificil și etapizat. Inițial, aceasta este întâmpinată cu scepticism și respingere de către comunitatea științifică, fiind considerată lipsită de fundament. Ulterior, apar primele semne de îndoială cu privire la validitatea acestei respingeri, iar anumiți cercetători încep să recunoască posibilitatea ca ideea respectivă conține un adevăr. După o perioadă de consolidare, noua teorie ajunge să fie larg acceptată, devenind atât de evidentă încât este percepută ca un adevăr de la sine înțeles, familiar oricărui student în domeniu.

Această dinamică mi-a fost semnalată de mentorul meu, profesorul Isaac Bersuker, un distins om de știință originar din Republica Moldova. În acel moment, eram în perioada studiilor postuniversitare și aveam doar o intuiție asupra excelenței intelectuale a profesorului Bersuker. Mai târziu, însă, această observație privind dificultățile de recunoaștere a ideilor originale mi-a fost confirmată și de alți colegi mai experimentați, subliniind caracterul recurent al acestui fenomen în istoria științei.

Particularitatea perspectivei lui Bersuker rezidă în accentul pus pe importanța caracterului în consolidarea inovației științifice. Conform acestuia, succesul unei idei nu depinde exclusiv de valoarea sa intrinsecă, ci și de determinarea și perseverența cercetătorului care o promovează, în fața opoziției inițiale din partea comunității academice. Această concepție nu era întâmplătoare, ci reflecta atât propria sa experiență profesională, cât și filosofia sa asupra procesului științific. Studiind parcursul meu academic și dificultățile pe care le-am întâmpinat, am realizat că înțelepciunea și sfaturile profesorului Bersuker adresate studenților săi cu generozitate nu erau simple recomandări, ci făceau parte integrantă dintr-o viziune mai amplă asupra cunoașterii din propria experiență, consolidată în ceea ce poate fi denumit astăzi „Școala Bersuker”.

În acest context, se impune o analiză a uneia dintre cele mai remarcabile contribuții științifice ale lui Isaac Bersuker – teoria sa vibronică a feroelectricității. Încă de la începutul secolului al XX-lea, fenomenul polarizării electrice spontane a constituit un subiect de interes major pentru fizicieni și chimiști, fiind un exemplu reprezentativ al ruperii spontane a simetriei. Acest fenomen se manifestă în mod deosebit în cazul titanatului de bariu, unde variația constantei dielectrice poate atinge un factor de 1500.

La începutul anilor 1950, renumitul fizician Lev Landau a formulat o teorie a supraconductivității, iar câțiva ani mai târziu, împreună cu studentul său Vitaly Ginzburg, a extins această abordare pentru a descrie fenomenele feroelectrice. Teoria Ginzburg-Landau s-a dovedit extrem de eficientă în explicarea proprietăților termodinamice ale multor feroelectrici, inclusiv titanatul de bariu. La începutul anilor 1960, o teorie similară a fost propusă independent de către fizicianul american Philip W. Anderson, confirmând astfel robustețea conceptuală a acestui cadru teoretic.

Este de menționat că, în diferite perioade, toți cei implicați în dezvoltarea teoriei feroelectricității – Lev Landau, Vitaly Ginzburg și Philip W. Anderson – au fost distinși cu Premiul Nobel, subliniind astfel importanța fundamentală a acestor contribuții în domeniul fizicii materiei condensate.

Problema părea să fie soluționată, ceea ce, teoretic, ar fi trebuit să marcheze finalul investigațiilor asupra acestui subiect. De altfel, chiar și în prezent, la peste șase decenii distanță, numeroase manuale continuă să descrie fenomenele feroelectrice prin prisma teoriei fenomenologice Ginzburg-Landau-Anderson. Cu toate acestea, asemenea oricărei teorii fenomenologice, acest model prezintă un caracter descriptiv, fără a furniza o explicație detaliată asupra cauzelor tranziției de fază feroelectrice și fără a clarifica mecanismul său microscopic.

La sfârșitul anilor 1950, Isaac Bersuker, care abia depășise vârsta de treizeci de ani, era fascinat și își concentra cercetările asupra efectului Jahn-Teller, un mecanism microscopic de rupere spontană a simetriei moleculelor degenerate electronic. Pornind de la această direcție de studiu, Bersuker a emis ipoteza că un mecanism similar ar putea avea loc și în cazul stărilor nedegenerate, atunci când există un amestec vibronic puternic cu stările excitate. În prezent, acest fenomen este cunoscut sub denumirea de pseudo-efectul Jahn-Teller. Estimările calitative inițiale au confirmat posibilitatea manifestării unui astfel de fenomen în titanatul de bariu, oferind o nouă perspectivă asupra mecanismului feroelectricității.

Este esențial de menționat că această cercetare s-a desfășurat într-un context geopolitic marcat de Războiul Rece, în care schimburile științifice cu Occidentul erau sever restricționate, iar accesul la informațiile din afara blocului sovietic era extrem de dificil. Deși studii referitoare la pseudo-efectul Jahn-Teller au fost realizate și în afara Uniunii Sovietice, Bersuker a avut acces la aceste rezultate abia cu o întârziere considerabilă, de unu sau doi ani. Analiza arhivelor științifice ale epocii relevă că, la acel moment, niciun cercetător occidental nu a avansat atât de mult în explorarea pseudo-efectului Jahn-Teller și, cu atât mai puțin, nu a luat în considerare aplicarea acestui concept la studiul feroelectricității.

În a doua jumătate a anului 1964, Bersuker a finalizat un manuscris științific în care expunea mecanismul microscopic al feroelectricității și l-a trimis spre publicare în Journal of Experimental and Theoretical Physics (Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики, ЖЭТФ), una dintre cele mai prestigioase reviste sovietice de fizică teoretică.

Manuscrisul lui Isaac Bersuker nu a fost acceptat pentru publicare. Câțiva ani mai târziu, în cadrul unei conversații informale desfășurate în timpul unei pauze de cafea la o conferință științifică, teoria sa a fost contestată de Lev Gor'kov, fost student al lui Lev Landau și unul dintre coautorii teoriei fenomenologice Ginzburg-Landau. Gor'kov, deja recunoscut ca membru corespondent al Academiei de Științe a URSS și o autoritate de prim rang în fizica teoretică sovietică și internațională, a ridicat o obiecție fundamentală: „Iertați-mă”, a spus Gor'kov, „în titanatul de bariu, starea fundamentală este un singlet orbital, iar diferența de energie față de cel mai apropiat nivel excitat este considerabilă, de aproximativ doi electronvolți. Despre ce amestec vibronic al acestor stări putem vorbi în acest caz?”. Argumentul avansat de Gor'kov, trebuie să recunoaștem,  era unul solid. În cadrul teoriei pseudo-efectului Jahn-Teller, un criteriu esențial pentru instabilitate este existența unui decalaj energetic relativ redus între nivelurile de energie implicate în interacția vibronică. Un astfel de prag energetic ridicat, precum cel menționat de Gor'kov, părea să excludă posibilitatea unui amestec vibronic semnificativ în titanatul de bariu.

Pe lângă această obiecție, Gor'kov a semnalat și o altă discrepanță între modelul propus de Bersuker și teoria fenomenologică dominantă la acea vreme. În formularea sa, Bersuker susținea că momentele dipolare care apar spontan au un caracter local, iar tranziția de fază este de tip ordine-dezordine. În schimb, teoria Ginzburg-Landau-Anderson nu implica o astfel de dezordine structurală; feroelectricitatea era explicată printr-o deplasare coerentă a două subrețele la nivelul întregului cristal.

În ciuda acestor critici, Bersuker și-a menținut poziția. În opinia sa, interacțiunea vibronică în titanatul de bariu era suficient de puternică pentru a depăși un decalaj energetic semnificativ, constituind astfel mecanismul fundamental al ruperii spontane a simetriei.

Astăzi, o astfel de dispută teoretică ar putea fi rezolvată rapid prin calcule computaționale directe, utilizând un computer personal obișnuit. Evaluarea suprafeței de energie potențială ar indica în mod clar prezența sau absența instabilității vibronice. Privind retrospectiv, putem afirma că astfel de calcule pentru complexul octaedric [TiO₆] au fost realizate de-a lungul timpului cu o precizie tot mai mare, confirmând în mod constant ipoteza instabilității formulată de Bersuker. Cu toate acestea, în urmă cu șase decenii, astfel de instrumente computaționale nu erau disponibile, iar teoria lui Bersuker se baza exclusiv pe intuiția sa științifică, susținută de o înțelegere profundă a naturii legăturilor chimice.

Isaac Bersuker a tradus manuscrisul său, respins anterior de revista sovietică, în limba engleză și l-a trimis spre publicare revistei Physica Status Solidi, o prestigioasă publicație de fizică din Republica Democrată Germană. Însă și de această dată, lucrarea a fost respinsă. Așa cum era de așteptat, în ambele cazuri—atât în revista sovietică, cât și în cea germană—manuscrisul nu a trecut de procesul de evaluare colegială. La acel moment, teoria fenomenologică Ginzburg-Landau-Anderson era atât de bine consolidată și beneficia de un sprijin atât de puternic în comunitatea științifică, încât abordarea alternativă propusă de Bersuker nu a fost luată în considerare și a fost respinsă în mod sistematic.

În acest context de respingere generalizată, perseverența și convingerea autorului au jucat un rol esențial. Bersuker era ferm convins de validitatea ideilor sale, iar opoziția unor autorități științifice de renume nu a reușit să îi zdruncine încrederea în corectitudinea argumentelor sale. Demonstrând o tenacitate remarcabilă, el a redus dimensiunea manuscrisului, transformându-l într-o comunicare scurtă, și l-a trimis spre publicare la Physics Letters. În cele din urmă, în anul 1966, lucrarea sa a fost acceptată și publicată.

Așa cum se menționează adesea în relatările istorice, au trecut două decenii până când contextul științific a permis o reevaluare riguroasă a teoriei lui Bersuker. Dezvoltarea metodelor computaționale a creat posibilitatea de a efectua calcule precise ale structurii electronice a complexului octaedric [TiO₆], calcule pe care Bersuker le-a realizat în cadrul Laboratorului de Chimie Cuantică al Institutului de Chimie din Moldova. În paralel, mai multe grupuri de cercetare din Statele Unite ale Americii și Germania au efectuat studii similare, utilizând metode computaționale avansate, iar toate rezultatele au confirmat instabilitatea complexului [TiO₆], exact așa cum fusese anticipat de Bersuker. Analiza suprafeței de energie potențială a complexului de titan (IV) a evidențiat faptul că maximul energetic se află în centrul octaedrului, iar ionul de titan se deplasează spontan din această poziție centrală, formând o legătură covalentă mai stabilă cu atomii de oxigen învecinați.

Cu toate acestea, confirmarea decisivă a teoriei lui Bersuker nu a venit inițial din partea teoreticienilor, ci din domeniul cercetării experimentale. În diferite centre științifice, au fost realizate numeroase experimente care au furnizat dovezi clare în sprijinul ipotezei sale. Măsurătorile experimentale au acumulat un volum semnificativ de date care nu puteau fi explicate în cadrul vechii teorii a deplasării subrețelelor, dar care se încadrau perfect în modelul vibronic propus de Bersuker.

Inițial, comunitatea științifică a manifestat reticență față de această nouă teorie, dar treptat s-a consolidat încrederea în capacitatea sa explicativă. Printre susținătorii de marcă ai teoriei lui Bersuker s-a numărat laureatul Premiului Nobel K. A. Müller, care a consacrat o mare parte a carierei sale studiului experimental al titanatului de bariu. Recunoașterea importanței contribuțiilor lui Bersuker de către Müller este evidențiată și de cele două vizite pe care acesta le-a efectuat la Chișinău pentru a discuta în detaliu despre direcțiile viitoare ale cercetărilor în domeniu. În prezent, teoria vibronică a feroelectricității formulată de Bersuker este bine documentată în literatura de specialitate, fiind subiectul a numeroase monografii, zeci de articole de sinteză și sute de publicații științifice.

Isaac Bersuker s-a născut la Chișinău în anul 1928, iar în curând va împlini venerabila vârstă de 97 de ani. Între aceste repere temporale se desfășoară o viață marcată de o activitate științifică prolifică, de inovații conceptuale și de contribuții semnificative în domeniul fizicii și chimiei teoretice. Drumul său intelectual a fost presărat cu provocări și obstacole, iar fiecare dintre ideile și descoperirile sale a necesitat o luptă susținută pentru recunoaștere și validare în comunitatea științifică internațională.

Copilăria lui Bersuker a fost una dificilă, desfășurându-se într-un context economic și social precar. Provenind dintr-o familie numeroasă, cu cinci copii și un singur susținător financiar—tatăl său, tâmplar de meserie—el a crescut într-o perioadă de mari transformări politice și economice. Chișinăul, orașul natal, a fost martorul unor evenimente istorice dramatice, inclusiv schimbări de regim, cel de-al Doilea Război Mondial, precum și dificultăți economice severe în perioada postbelică.

În timpul războiului, în adolescență, Isaac Bersuker și familia sa au fost evacuați într-un sat din Azerbaidjan, unde, în loc să urmeze cursurile școlare, a fost nevoit să muncească în colhoz, având responsabilități precum păstoritul oilor și lucrul în agricultură. Revenirea la Chișinău după încheierea războiului l-a găsit într-o situație academică dificilă, fără studii liceale finalizate. Retrospectiv, el însuși a caracterizat momentul întoarcerii în 1945 drept unul definitoriu pentru parcursul său profesional: „Cea mai importantă decizie pe care am luat-o la vârsta de șaptesprezece ani, când familia noastră s-a întors la Chișinău după evacuare, a fost să-mi continui studiile și să mă dedic cercetării științifice. Această decizie mi-a determinat calea vieții și, implicit, soarta copiilor și nepoților mei, a studenților și discipolilor mei.”

Cu o determinare remarcabilă, Bersuker și-a finalizat studiile liceale într-un interval de doar doi ani, obținând certificatul de absolvire. Ulterior, și-a continuat formarea la Facultatea de Fizică și Matematică a Universității de Stat din Chișinău, urmând apoi studii postuniversitare la Leningrad. În anii următori, a fondat și a condus Laboratorul de Chimie Cuantică în cadrul Institutului de Chimie al Academiei de Științe a Moldovei, punând bazele unei școli științifice recunoscute la nivel internațional.

Longevitatea intelectuală și fizică a profesorului Isaac Bersuker este remarcabilă. La vârsta de 97 de ani, el își păstrează curiozitatea științifică, rămâne activ în cercetare, redactează recenzii academice și continuă să contribuie la literatura de specialitate prin noi monografii. Prin întreaga sa carieră, academicianul Isaac Bersuker reprezintă un exemplu de perseverență, pasiune și excelență științifică.

Cu ocazia aniversării sale, îi dorim profesorului Isaac Bersuker sănătate, inspirație și noi realizări științifice. Fie ca activitatea sa să continue și să inspire generațiile viitoare de cercetători.

La mulți ani, domnule profesor! Vă dorim mulți ani rodnici și împliniți!

Victor POLINGER, PhD
Departamentul de Chimie, Universitatea din Washington
Seattle, Washington, SUA