Версия для печати
Вернуться к списку

Большая волна в океане

Доктор Харди, чистый математик.

В Кембридже зеленом по аллеям

Он гулял ­­— вдвоем с Рамануджаном,

Больше же один. И все о числах

Думал он, простых и совершенных.

Первая, Вторая Мировая,

Поднялись и рухнули эпохи.

Но простые числа так же просты,

И от совершенных не убыло

Дивного, мой друг, их совершенства.

Есть же нечто прочное на свете!»

Владимир Захаров, «Стихи о чистой математике».

Академик РАН Владимир Захаров, выдающийся специалист в области физики плазмы, нелинейной теории волн и нелинейных уравнений математической физики. Получил важные результаты в общей теории относительности и в классической дифференциальной геометрии. Работал в Институте ядерной физики, много лет отдал Институту теоретической физики, директором которого был с 1993−го по 2003 год, сейчас заведует сектором математической физики в ФИАНе и одновременно — лабораторией нелинейных волновых процессов Института океанологии. Лауреат государственных премий СССР и России. В 2003 году получил медаль Дирака. С 1992 года преподает в Университете Аризоны (США). Пишет стихи. Евгений Евтушенко включил стихи Захарова в сборник «Строфы века. Антология русской поэзии». Является неутомимым борцом с лженаукой, в частности выступил одним из самых решительных критиков так называемого феномена Петрика. В декабре 2009 года, по поручению отделения физических наук академии, выступил на общем собрании РАН и настоял на создании специальной комиссии по проведению экспертизы работ Петрика.

Нашу беседу с Владимиром Евгеньевичем мы начали с вопроса о его научных интересах.

Дышащий пик

— Я занимаюсь нелинейной теорией волн в самом широком смысле этого слова. То есть волнами в нелинейных средах. Это наука, которая начала развиваться вместе с развитием физики плазмы, главным образом в связи с попытками построить термоядерный реактор. Потому что плазмы без волн не бывает, и она всегда неустойчивая. А второй источник интереса к нелинейной теории волн — это нелинейная оптика, возникшая в связи c появлением лазеров. Проблема цунами тоже относится к нелинейной теории волн. Когда в море происходит землетрясение, то вначале волна маленькая, но, подходя к берегу, она становится большой, в ней развиваются нелинейные процессы, и волна образует вертикальную стену. То, что мы называем цунами.

Нелинейная теория волн появилась в начале шестидесятых годов, когда я стал профессионально заниматься наукой, и сейчас я, по-видимому, являюсь крупнейшим в мире специалистом в этой одной из наиболее активно развивающихся областей науки.

Традиционно данная область науки сильно математизирована. Более того, развитие теории нелинейных волн оказало глубокое влияние на саму математику. Она оказалась очень тесно связана с дифференциальной геометрией, например. Был такой математик Гастон Дарбу, секретарь французской Академии наук, известнейший человек, который написал книгу под названием «Лекции по теории ортогональных систем и криволинейных координат». Она вышла еще в 1910 году. Сегодняшний специалист по нелинейной оптике, открывший эту книгу, просто охнет, поскольку увидит в ней множество знакомых уравнений. Оказывается, мир так устроен, что одни и те же математические модели описывают совершенно разные явления. Об этом давно известно. Еще Юджин Вигнер говорил о непостижимой эффективности математики в естественных науках.

Поскольку теория нелинейных волн развивалась параллельно с развитием математики, то мне, хоть я по образованию физик, пришлось стать профессионалом в математике. Я, например, много занимался и фактически решил так называемую проблему классификации ортогональных поверхностей, ортогональных систем и ортогональных координат. Она была сформулирована где-то в начале XIX века и была одной из центральных в геометрии. Ей и посвящена монография Дарбу. Но Первая мировая война выкосила европейских математиков, и после войны математика совершенно изменила лицо. Проблема классификации ортогональных систем координат была забыта, вместе с ней были надолго забыты и многие достижения других замечательных математиков. Фундаментальное «преобразование Дарбу» было переоткрыто только в начале восьмидесятых.

Вершина теории нелинейных волн — это теория солитонов, устойчивых уединенных волн, распространяющихся в нелинейной среде. Эта область математики и физики очень широка, в частности в нее входит изучение процесса образования черных дыр. Оказывается, что черные дыры — это те же солитоны. У меня есть, совместно с Владимиром Белинским, весьма заметная работа, посвященная этой проблеме, «Интегрирование уравнений Эйнштейна методом обратной задачи рассеяния и построение их точных решений», которая вошла в учебники по общей теории относительности.

Задача, которую я бы мечтал решить, хотя, по-видимому, решить ее аналитически не будет возможным, — это описать взаимодействие двух черных дыр как взаимодействие двух солитонов. Если рассмотреть два солитона на прямой, движущиеся один за другим, солитон маленький и солитон большой, то большой солитон может обогнать маленький и не разрушить его. Такую ситуацию можно промоделировать на поверхности воды. И есть точные аналитические решения, которые это явление описывают. Построить подобное решение для уравнения Эйнштейна — моя мечта, но пока это не удается. Конечно, если две черные дыры подойдут близко друг к другу, то они уже не разойдутся, а образуют большую черную дыру.

— Несколько лет назад вы получили медаль Дирака за теоретическое обоснование обратного каскада турбулентности. Не могли бы вы пояснить, что это означает?

— Когда начинает дуть ветер в океане, сначала образуются короткие волны, а потом, через несколько часов, шторм развивается, и волны становятся длинными. Это и есть обратный каскад — процесс объединения малых возмущений в одно большое, или формирование крупных структур из мелких. Такие же явления возникают и в высокотемпературной плазме. Численный эксперимент это тоже подтверждает. Данные факты были независимо открыты мной и Робертом Крайчнаном — он, к сожалению, умер два года назад, — и нам за это дали медаль на двоих. Крайчнан был, между прочим, последним аспирантом Эйнштейна.

Метод позволил, в частности, делать прогноз ветрового волнения. Для двумерной теории это может иметь приложение к метеорологии, к формированию циклонов и антициклонов. Ведь они тоже возникают из мелких структур. Но этим я как раз уже не занимаюсь. Метеорология не моя область. Хотя идейно все это мне близко.

Самая последняя наша работа в Институте океанологии посвящена так называемым волнам-убийцам. Это довольно загадочная штука, когда среди сравнительно спокойного моря возникает неожиданно очень большая волна, которая превосходит средние волны в несколько раз. Если, предположим, средний уровень волны метров пять — это тоже большие, конечно, волны, — то у волны-убийцы будет высота 30 метров. (См. рисунок на стр. 57). Именно такая волна вздымается над гибнущим судном в известном фильме «Идеальный шторм». Возникает эта волна потому, что в ней аккумулируется и концентрируется энергия. Мы провели масштабные численные исследования таких волн и смоделировали их поведение вплоть до момента обрушения. Оказалось, что на известной картине Хокусаи «Большая волна» профиль волны изображен очень точно. Чтобы построить такую форму волны, как на нашем графике, нужно два миллиона гармоник, а чтобы как у Хокусаи, нужно уже десять миллионов гармоник. Для этого требуется бо́льшая мощность вычислительной техники, чем та, которой мы сейчас пользуемся. Но мы уже получили статистику возникновения этих волн. То есть мы знаем вероятность, с которой они возникают. У нас есть решение, аналитически описывающее форму этого пика и то, как он движется. Но это решение недостаточно общее. Реально он не только движется, он еще и дышит. Мы как раз сейчас работаем над тем, чтобы аналитически описать дышащий пик.

— Вы отметили, что физика очень сильно переплелась с математикой. Людвиг Фаддеев в интервью нашему журналу сказал, что, как он считает, в современной физике важнее математическая интуиция, чем физическая…

— Мы с Людвигом Фаддеевым, кстати, познакомились еще в 64−м году и поняли, что у нас одинаковые взгляды на сближение физики и математики. Правда, я шел от физики, а он — от математики. В 1971 году мы сделали совместную работу «Уравнение Кортевега — де Фриса: полностью интегрируемая гамильтонова система». Она до сих пор является одной из самых цитируемых и в моем списке, и в его списке. Его мысль о роли математической интуиции не лишена смысла, хотя, конечно, он со своей колокольни смотрит, а я со своей, и вряд ли могу с ним полностью согласиться. Если обратиться к самой современной физике, то, к примеру, открытие темной энергии и темной материи вряд ли является проявлением математической интуиции. Это результат физического эксперимента, основанного в том числе и на физической интуиции, который состоял в следующем: если мы наблюдаем одну галактику через другую, то лучи, идущие от более дальней галактики, согласно теории Эйнштейна, искривляются в гравитационном поле ближней галактики, массу которой мы можем вычислить по количеству светящейся материи и на основе этого посчитать ожидаемое отклонение лучей. Сравнение расчетов и экспериментального определения этого отклонения показывает, что масса ближней галактики должна быть в пять раз больше видимой. Это и есть результат воздействия темной материи. Все-таки здесь больше собственно физики, чем чистой математики.

Академию нужно сохранить

— Давайте перейдем к вопросам более приземленным. В последнее время все чаще критикуют Академию наук, как вы к этому относитесь?

— Я считаю, что в современной России Академия наук — это самая работающая и наиболее эффективная форма организации науки. Так исторически сложилось. Посмотрите, например, индексы цитируемости российских ученых. При всех недостатках этого критерия следует признать, что он дает представление о том, насколько работы данного ученого находят международный отклик. Так вот, из двадцати наиболее цитируемых наших ученых почти все работают в академических институтах и являются академиками или членами-корреспондентами. Есть прекрасные ученые с высоким индексом цитирования, не являющиеся членами академии, я считаю, что это недостаток. И буду с этим бороться, добиваясь принятия их в академию. Не обращая внимания на то, симпатичные это люди или нет.

— Сейчас очень многие предлагают передать фундаментальную науку в университеты — как в Америке.

— От добра добра не ищут. Просто сделать так, как там? Это недостаточный аргумент. И почему систему, которая работает, надо менять? Вы уверены в результате, который получите на выходе своих реформ? Я — нет. Я считаю, что академию, конечно, нужно сохранить. Более того, надо увеличить ее финансирование. Другое дело, что и в академии не все гладко. Но где у нас гладко?

Все кричат, что академики замшелые, что академия авторитарная организация. Но, скажем, на прошлых выборах президента академии я активнейшим образом поддерживал академика Фортова. Он набрал 46 процентов голосов. Где у нас в стране сейчас такая конкуренция на выборах? Нигде. И выборы в академики тоже очень демократическая процедура. Даже в сталинское время, как ни странно, она сохраняла элементы демократии. А в последующие времена академия вообще была таким бунтарским местом, где на выборах могли провалить руководящих работников ЦК. И этот дух независимости и демократичности сохранился.

— А вы поддерживаете ограничение возраста для президента академии, членов президиума и директоров институтов?

— Может быть, более важно обеспечить постоянную ротацию. Предположим, избирать не больше чем на два срока. Вопрос о возрасте чрезвычайно сложный, и трудно на него дать однозначный ответ. Например, в Соединенных Штатах не существует ограничений по возрасту. И любой, кто предложит ограничение по возрасту сделать, будет заклеймен как враг рода человеческого, потому что это называется эйджизм, то есть дискриминация по возрасту. Если человек имеет силы, работоспособен, кто может ему мешать работать? А в Европе есть ограничения по возрасту. Но ведь у нас ввели сначала ограничения по возрасту, а потом их отменили — и получилось, что сначала ввели для себя, чтобы освободить места, а потом отменили для себя, чтобы остаться на этих местах. Это уже некрасиво. Любой закон лучше, чем такая неустойчивость, потому что она уж точно представляет собой явное нарушение элементарной справедливости.

— Вы были одним из авторов идеи поддержки научных школ, которая воплотилась в государственную программу. В то же время в статье, опубликованной в нашем журнале, известные критики академии: Сергей Гуриев, Дмитрий Ливанов, Константин Северинов — резко осуждают практику научных школ, называя ее «академическим инцестом».

— «Академический инцест» — выражение хлесткое, его изобретатели предполагают, что глава научной школы обирает своих учеников. Давая такое определение, Гуриев, Ливанов и Северинов демонстрируют свое раздражение по поводу академии и одновременно незнание истории российской науки. Россия строила свою науку по образцу германской, и именно оттуда пошла традиция научных школ. А германская наука вплоть до прихода Гитлера к власти была сильнейшей в мире. Сегодня Германия свои научные школы восстанавливает, и нам наши надо бы поберечь. А «академический инцест» — это чушь. Разве Ландау, Боголюбов, Колмогоров или Николай Вавилов подписывали работы своих учеников? Да им не хватало времени собственные идеи на бумаге изложить! Конечно, как и в любом деле, здесь возможен какой-то процент брака, но не надо с водой выплескивать ребенка.

Здесь также проявляется стремление сделать все так, «как в Америке». Да, для подвижного американского общества устойчивые и долговременные научные связи не характерны, но поверьте мне, я знаю многих крупных американских ученых, которые относятся со здоровой завистью к нашему феномену научных школ.

— Есть предложения формировать новые научные центры параллельно академии, чтобы создать ей конкуренцию. Скажем, в Курчатовском институте организуется сейчас научный центр, охватывающий практически все направления современной науки вплоть до гуманитарных.

— Да ради бога, пусть создают конкуренцию. Курчатовский институт всегда был конкурирующей организацией по отношению к академическим институтам. Но руководители Курчатовского института были членами академии, и это нормально и гармонично совмещалось. Многие академики работали, скажем, в МГУ — и до сих пор работают. Академики работали и работают в отраслевых институтах. Исторически сложилась очень гибкая система, которая включает, с одной стороны, совокупность институтов академии, с другой стороны, собственно Академию наук, как действительно клуб ученых из научных учреждений разной подчиненности. Это, в частности, позволяло учитывать при планировании работ в академии и мнение представителей не только академической науки.

Основная проблема не в системе организации науки. Основная проблема, которую все пытаются почему-то замазать, хотя она на самом деле просто вопиет о себе, — это крайне низкая зарплата наших ученых. Представим себе студента, оканчивающего МФТИ, или Бауманский институт, или МГУ. Предположим, он обладает талантом, хочет заниматься наукой и выбирает себе будущую судьбу. Если он поедет в Америку и попадет в аспирантуру любого университета, то, если у него все идет нормально, к 40 годам он станет полным профессором и будет иметь 120 тысяч долларов зарплаты в год. А к 65 годам у него будет миллион на счету и хороший пенсионный фонд. Пока мы не создадим здесь аналогичную перспективу для молодого человека, все остальное пустое. Заметим, что это поняли уже и китайцы, и индийцы, и вся Восточная Европа.

Разумеется, этого недостаточно и в каком-то смысле даже и опасно, потому что это немедленно привлечет в науку большое количество людей, так сказать, недостойных. Я бы, например, прежде всего закрыл нынешний ВАК и все диссертационные советы и прекратил бы на какое-то время, скажем, на год, защиту всех диссертаций. В течение этого времени надо сформировать новые советы с участием иностранных специалистов, возможно наших ученых-эмигрантов, оплачивать им командировки на заседание ВАКа, платить за рецензии. Надо восстановить институт черных (анонимных. — «Эксперт») рецензентов. Но с этого момента защита диссертации должна стать серьезным событием. Людей, которые защитили диссертацию до такой реформы, конечно, не вывезешь на тачке, они останутся. Но, когда будут выбирать в академию, принимать на работу, то будут смотреть, когда человек защитил диссертацию. Так что определенная дистанция возникнет скоро. После этой реформы всем без исключения — уже защитившим диссертации — повысить зарплату. При этом, разумеется, какое-то число людей получат деньги несправедливо. Это цена, которую приходится платить за предыдущие ошибки. Но число докторов наук, которые работают в бюджетных учреждениях, — 17 600 человек. Это не так уж много. То есть речь идет о небольших суммах денег.

— А как вы к проекту «Сколково» относитесь?

— Весьма скептично. Я боюсь, к сожалению, что это не просто будут бессмысленно потраченные деньги, но этот проект еще и дополнительно инициирует и стимулирует отток мозгов. Потому что приедут иностранцы, поработают, создадут вокруг себя работающие группы, а потом заберут их к себе. Всем нужны студенты, в Америке найти хорошего студента, хорошего аспиранта — это большая проблема. Поэтому с удовольствием берут у нас. Но вообще-то я желаю всяческого успеха «Сколкову», потому что лучше «Сколково», чем ничего.

«Феномен Петрика»

— Вы один из самых активных критиков «феномена Петрика». Он даже собрался с вами судиться.

— Может, и будет судиться — что ж, будет новый «обезьяний процесс»*. Если же по существу, то у Петрика огромное количество направлений деятельности. И далеко не все, что он делает, лишено смысла по той простой причине, что он в свое время скупил у разоряющихся академических институтов много оборудования и привлек к работе многих нищих ученых. Но есть два бесспорных факта, которые являются демонстрацией невежества или мошенничества.

Первый — он получил патент, в котором, как аккуратно сказано в заключении комиссии Академии наук по «делу Петрика» — это комиссия Тартаковского, — «дано ошибочное толкование наблюдаемого явления, которое противоречит законам термодинамики». Точнее, второму началу термодинамики. Фактически он утверждает, что создал вечный двигатель второго рода. Возможны две интерпретации: либо он действительно невежда, есть ведь люди, которые до сих пор строят вечные двигатели первого рода, хотя еще в 1775 году Парижская академия наук запретила принимать к рассмотрению проекты таких двигателей. Либо он жулик.

Второй — он проводит эксперименты, по его словам, по получению графена: берет мешок пакетированного угля, поливает его какой-то жидкостью, поджигает, тот вспучивается, образуется угольная пыль. Петрик утверждает, что это графен. На самом деле графен представляет собой двумерную аллотропную модификацию углерода, которую можно представить как одну плоскость графита, отделенную от объемного кристалла. Его во всем мире существует, может быть, несколько граммов. Технология его получения очень сложная. Так что утверждение Петрика на уровне того, как если бы он, извините, взял кусок дерьма и сказал, что это золото. Наглая и сознательная ложь, рассчитанная на необразованных людей, у которых есть деньги. В заключении той же комиссии Академии наук чрезвычайно изящно сказано: «Петрик упорно называет терморасширенный графит графеном». А за графен дадут, я уверен, Нобелевскую премию Новоселову и Гейму, между прочим, выходцам из России, из Черноголовки, ныне работающим в Англии.

Когда все это начиналось и мне стало ясно все про этого Петрика, я пришел в ужас. И спросил у Фортова, что это значит. Он говорит: «У нас в Черноголовке уже один человек сделал рентгеноструктурный анализ петриковского графена — обычный грязный углерод из костра». — «А кто этот человек?» — «А он боится свое имя называть». Так что дело не в графене. В случае с Петриком имеет место абсолютно жесткий расчет по введению государства в заблуждение с целью извлечения большой прибыли, что ему и его соратникам в общем-то и удается.

— В чем, на ваш взгляд, причины появления «феномена Петрика»?

— Дело в том, что в какой-то момент начальство наше — причем шло это еще с Гайдара — решило, что в России наука не нужна и что Россия может прожить без науки. Ведь существуют страны, которые живут без науки. Хотя на самом деле таких стран не существует, если они сколько-нибудь цивилизованные.

А одна из функций науки, и это несколько неожиданный факт, состоит в том, что наука нужна для того, чтобы не было антинауки. Потому что, если есть антинаука, она гораздо дороже обойдется государству, чем наука. Если петриков не останавливать, то они потратят миллиарды и триллионы, как мы учимся сейчас говорить, «денег налогоплательщиков». Наука как раз этому должна противостоять.

Проблема в том, что с младореформаторами к власти пришли люди, образованные поверхностно, нахватавшиеся обрывков западной экономической науки, я их называю «брошюркины дети». В результате большая часть политической элиты России смотрит на науку чисто утилитарно, как на подспорье при создании новых технологий. Относительно недавно около пятисот российских ученых, временно или постоянно работающих в западных университетах, обратились с открытым письмом к президенту и председателю правительства РФ с призывом спасти российскую науку**.

Оно вызвало некоторые отклики, но в целом реакция нашего общества на него была вялой, настороженной и прохладной.

В частности, непонимание вызвало предложение вложить большие деньги в строительство ускорителя элементарных частиц нового поколения. Это очень много говорит о состоянии умов в современной России. У нас собираются проводить Олимпиаду, мотивируя это необходимостью укреплять международный престиж страны. Но ведь строительство современного ускорителя, который, кстати, стоит дешевле, чем подготовка Олимпиады, подняло бы престиж России гораздо больше. Олимпиада — однократное событие, о котором все скоро забудут. А ускоритель будет работать полстолетия, самим фактом своего существования утверждая, что Россия принадлежит к семье цивилизованных государств. Вокруг него сложится научно-образовательный центр, там будет идти активное международное сотрудничество.

Без фундаментальной науки не будет никаких инновационных прорывов. Важнейшая функция фундаментальной науки в том и состоит, что она закладывает основы технологий будущего. Их нелегко предвидеть. Ни Герц, ни Мендель, делая свои опыты, не могли представить себе телевидение и генную инженерию.

Но возвращаясь к Петрику. Дело ведь не только в Петрике. Недавно Российское космическое агентство запустило в космос на своем спутнике «гравицапу» — устройство, которое, как утверждают его создатели, фактически нарушает закон сохранения импульса, или третий закон Ньютона, который гласит, что, как бы тела ни взаимодействовали, они не могут изменить свой суммарный импульс. А это более простой для понимания закон, чем второе начало термодинамики. Так что, если не остановить Петрика, таких, как он, появятся тысячи.