пятница, 29 мая 2009 г.

Видеть сквозь хаос

Виктор Юрьевич АРГОНОВ – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории нелинейных динамических систем Тихоокеанского океанологического института имени В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук. Решением Президиума Российской академии наук по итогам конкурса 2008 года за работу «Нелинейная динамика атомов в лазерных полях» Виктор Аргонов, единственный из молодых ученых ДВО РАН, награжден медалью Российской Академии наук.
Кто он, физик-теоретик, руководитель инициативных и поисковых исследований и… преподаватель Дальневосточной государственной Академии искусств?

– Расскажите о себе, родителях, семье, детстве. Когда вы решили, что станете ученым?

– Сейчас мне 29 лет. Когда я родился, в моей семье было сразу четверо взрослых, а ребенком был я один. В этом, применительно к моему воспитанию, были определенные плюсы, но и минусы. И родители, и дедушка с бабушкой имели отношение к преподавательским и инженерным профессиям, хотя собственно наукой в научном учреждении не занимался никто из них. Интерес к науке во мне пробудил дедушка, который еще до школы рассказывал мне об устройстве мира, дал элементарные сведения по ядерной физике, астрономии, устройству теплового двигателя... Я читал много популярных книг: от медицины до космологии, но долго не мог решить, куда пойти учиться. Выбор произошел по стечению обстоятельств: я победил на предметной олимпиаде по физике и получил право поступления без экзаменов на физический факультет, который и определил мою профессию.



– В каком вузе обучались, как и где устроились однокурсники, друзья, как складывался ваш путь в академическую науку?

– В 2001 году я окончил Институт физики и информационных технологий ДВГУ. На одном курсе со мной учились двое моих нынешних коллег по лаборатории – Максим Будянский и Михаил Улейский. Идея заниматься чем-то более серьезным, чем просто закончить институт и пойти в фирму программистом, пришла к нам еще на втором курсе. Обычно, именно в это время студентам приходится делать выбор специализации. Мы начали выяснять, где можно заниматься интересными научными проблемами. Со временем нам стало известно, что интерес к студентам (как к будущим сотрудникам) проявляют в Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН. Мы до этого никогда не сталкивались с океанологией, нас больше привлекала ядерная физика, космология и другие «классические» области для теоретиков. Но вот удача – мы познакомились с доктором физико-математических наук Сергеем Владимировичем Пранцем, а он рассказал о теории нелинейных колебаний – почти неизвестной нам ранее междисциплинарной области, которая перевернула с ног на голову некоторые наши представления о современной науке и позволила увидеть новые интересные задачи во множестве областей естествознания. Так мы оказались в лаборатории нелинейных динамических систем ТОИ, поступили в аспирантуру, защитились.

– Расскажите об основных направлениях деятельности лаборатории, где вы работаете.

– Методы нелинейной динамики полезны тем, что с их помощью можно открыть сходные закономерности в совершенно разных научных дисциплинах: в океанологии, в квантовой физике, в биологии, в экономике, в механике космических объектов. В лаборатории сотрудники занимаются задачами гидродинамики, атомной физики, подводной акустики, – и везде удаётся успешно применять сходные подходы.
Раньше науку подразделяли на изолированные области, и некоторые ученые вели дискуссии о том, можно ли химию объяснить физикой, биологию – физикой и химией, или между ними какая-то непреодолимая пропасть. Со временем стало ясно, что мир един, поэтому междисциплинарные исследования становятся все более актуальными.
Сотрудники нашей лаборатории исследуют такие явления, как детерминированный хаос (сложное, запутанное, непериодическое поведение систем, которые описываются детерминированными и обычно простыми, но нелинейными уравнениями), фракталы (природные системы и математические функции, имеющие «древовидную» или иную иерархическую структуру, в которой каждая часть подобна целому), самоорганизация (самопроизвольное возникновение нетривиального динамического или статического порядка в системах). Это абстрактные математические явления, но их открытие исторически было тесно связано с конкретными дисциплинами – гидродинамикой, астрофизикой, метеорологией.
Вот, например, взять такое явление как «странный аттактор». В общем случае, аттрактором называется множество, к которому в фазовом пространстве стремится траектория. Нульмерый аттрактор возникает, когда траектория блуждает в фазовом пространстве, со временем притягиваясь к одной точке, и всякое движение в системе затухает. Одномерный аттрактор возникает, когда траектория со временем начинает наматываться на некую замкнутую кривую – предельный цикл, и по нему уже периодически движется неограниченное время. Есть двумерные аттракторы, когда траектория в пределе большого времени наматывается на поверхность тора, и ее движение квазипериодично. Странный же аттрактор имеет дробную размерность: траектория со временем тоже локализуется в ограниченной области пространства, но эта область не является ни точкой, ни кривой, ни поверхностью, ни конечным элементом объема. Метеорологию многие люди считают технической и «приземленной» областью. Но именно метеоролог Лоренц в своих задачах первым открыл странный аттрактор. Аттрактор Лоренца состоит из набора двумерных лепестков, число которых бесконечно (хотя и упаковано в конечном объеме), и которые образуют фрактальную структуру. Размерность такого множества больше, чем размерность отдельного лепестка, но меньше тройки. По такому множеству траектория блуждает хаотически. Даже ядерные физики порой считают это какой-то непонятной математической игрой, а Лоренц всего лишь решал задачи физики атмосферы. А потом аналогичные режимы движения были обнаружены в лазерной физике, атомной физике и в других областях науки.
Здесь есть определенный подводный камень: часто наиболее математически красивые режимы возникают в идеализированных системах, которые трудно построить на практике. И наоборот, чем более реалистично мы ставим задачу, тем труднее в ней уловить интересные эффекты. Физические системы в эксперименте, а тем более в реальной природной среде, сложны и (по современным представлениям) не детерминированы. Удача и состоит в том, чтобы, несмотря на разного рода «маскирующие» факторы, поймать интересный эффект, связанный с физикой явления, а не с внешними факторами.




– Виктор Юрьевич, в чем лично ваши научные интересы, достижения? Как интересы менялись с годами, что из сделанного вами до сегодняшнего дня считаете наиболее значительным достижением в науке?

– Я занимаюсь теоретическим и численным исследованием взаимодействия атомов с лазерным полем. Это область не из океанологии. Но здесь применяются те же методы теории нелинейных колебаний. За время моей работы в лаборатории, мы старались ставить все более реалистичные задачи, усложняли модели. А начинали с идеализированной задачи. Мы поместили атом в монохроматическое поле и построили идеализированное описание его движения: внешнее воздействие отсутствует, полностью исключено спонтанное излучение. Но, несмотря на это, атом начинает хаотически блуждать в поле. Почти как при броуновском движении. Но в броуновском движении присутствует множество частиц, а у нас – лишь один атом. Уравнения простые, нет никаких случайностей. Тем не менее – вот такое сложное движение, вызванное неустойчивостью решений. Как оказалось, у этого движения есть фрактальные свойства (их можно обнаружить, если измерять зависимость количественных характеристик траектории атома от параметров и начальных условий), обнаружилась нетривиальная статистика. Удалось найти простое наглядное математическое объяснение механизма возникновения такого хаотического режима. Об этом мы написали в 2007 году в журнале Physical Review A.
Затем мы стали исследовать более сложную систему, в которой присутствует спонтанное излучение и некоторые дополнительные квантовые эффекты. Теперь наша система содержит случайность, она не детерминирована, присутствуют чисто квантовые эффекты. Но парадокс: даже в ней удаётся находить проявления детерминированного хаоса. И это не просто абстрактная математика или философия, это измеримые эффекты в таких явлениях, как нагрев облаков холодного газа лазером, движение «холодного» атома в лазерном поле. Поиск детерминированного хаоса в квантовых системах ведется уже давно, мы не является пионерами. Но, надеемся, нам тоже удалось добавить интересные штрихи в общую картину.
Сейчас я пытаюсь пробовать себя и в других задачах. Например, мне интересны проблемы построения математической теории демографического перехода в мире. То, что рождаемость падает, а продолжительность жизни растет – факт известный, но это лишь вершина айсберга, за которой просматриваются более фундаментальные и неожиданные процессы. Например – увеличение возраста, в котором начинается интенсивное старение человека. Это увеличение наблюдается в большинстве стран с середины прошлого века, а тысячи лет до этого картина была стабильной, несмотря на войны, катастрофы и эпидемии... Сейчас старость отодвинулась примерно на 10 лет по сравнению с серединой 20-го века. Это – важный, но не единственный фактор изменения продолжительности жизни. Если в будущем старение будет вообще ликвидировано благодаря регулярной замене органов или обновлению клеточного состава тканей, на что я очень надеюсь, то это ещё не сделает человека бессмертным – останутся внешние факторы в виде разного рода несчастных случаев или катастроф. Но пока процесс хорошо вписывается в аналитические аппроксимации. Например, число японцев старше 100 лет растет экспоненциально и удваивается примерно каждые шесть лет. С 1960-х годов их число увеличилось в несколько сот (!) раз. И это – результат скромного сдвига кривой старения на десять лет.
В отличие от физических, общественные и биологические явления непросто поддаются математизации, область делает первые шаги. Но тем она и интересна. Еще я занимаюсь некоторыми проблемами философии. В декабре вышла моя первая статья в журнале «Вопросы философии», – важное для меня событие, так как это моя первая академическая работа, выполненная вне профессиональной (как физика) области. Она содержит анализ перспектив и предстоящих социальных последствий искусственного изменения человеческой психики, которое может произойти благодаря развитию методов непосредственного технологического вмешательства в мозг.

– Как вы думаете, можно ли научить человека заниматься наукой?

– Вопрос очень непростой. Можно научить профессиональным умениям – оформлять научные работы, понятно и академично выражать свои мысли, аргументировать свои выводы в дискуссиях с рецензентами и коллегами... Это не пустяк, этому учатся годы. Но все же главный вопрос – как научить заниматься собственно научным исследованием. Я не знаю на него уверенного ответа.
Любого интеллектуально развитого ученика, даже школьника, можно научить решать поставленную задачу, достаточно показать, что мы делаем и как. Тут не нужны тонны информации, полученной в университете и в своем большинстве забытой. Если для выполнения какого-то участка работы не хватает знаний, то человек может прочитать об этом в книге. Так неоднократно случалось и у меня, когда я обнаруживал пробелы, например, по теории вероятностей или другим разделам математики. Можно показать человеку приемы решения базовых уравнений, дать знания по основополагающим вопросам своей области знания (например, объяснить вывод квантовых уравнений).
Но что дальше? Надо еще уметь модифицировать поставленную задачу, интуитивно чувствовать интересные повороты, уметь остановиться перед малоперспективным направлением исследования. Исследуя физическое явление, мы выявляем неизвестные закономерности. Что конкретно надо вычислить, чтобы их обнаружить? Нет заранее известного алгоритма.
Еще сложнее научить самостоятельно ставить задачу. Это, наверное, невозможно, если у ученика нет собственного интереса, энтузиазма. Поэтому идеальный учитель – тот, кто может развить энтузиазм ученика. Например, заразив его собственным горением. Или сумев преподнести научную область так ярко и емко, что студент или аспирант сам увидит ее красоту. Так произошло со мной, когда я студентом пришел в ТОИ. Если человек не получает удовольствия от научной работы, вряд ли от него можно требовать каких-то интересных результатов. Именно поэтому и в образовании, и в науке я скептически отношусь к догматичным требованиям зазубривания толстых учебников перед экзаменами, строгого соблюдения продолжительности ежедневной работы и так далее.



– Какие проблемы, кроме научных, считаете наиболее важными для молодого ученого?

– Для многих молодых коллег большие проблемы доставляет отсутствие собственного жилья. Если, например, взять моих друзей, то женаты из них только те, кто живет отдельно от своих родителей. Это реальность сегодняшнего дня, наши родители жили иначе. А долгая аренда жилья существенно подрывает семейный бюджет и сводит на нет перспективы приобретения собственной квартиры.
Что касается меня, то я сейчас нахожусь в некотором переходном состоянии, и попеременно живу в двух квартирах (то с родителями, то отдельно от них).

– Есть ли в лаборатории молодые специалисты, студенты дипломники? Не прерывается ли «связь времен» в академической науке?

– Недавно у нас появился дипломник. Он пока делает первые шаги в науке, но я надеюсь, что у него все хорошо сложится. А раньше в лабораторию годами не приходили молодые специалисты. Умных выпускников вузов достаточно, но современная жизнь дает так много возможностей, что их выбор далеко не всегда падает на науку. Но я считаю, что научная деятельность в любом случае сохраняет статус некоего «особого пути», на котором стиль работы, образ жизни отличается от присущего большинству профессий. Эта уникальность научной работы – один из факторов, продолжающих держать отрасль на плаву. А если превратить научное учреждение в офис или корпорацию, требовать формального выполнения плана и дисциплины – фундаментальная наука умрет, так как положение научного сотрудника утратит свои преимущества перед прочими офисными должностями. Даже при хорошей оплате. Прикладная – может и останется. Просто как профессия.

– Какими исследованиями планируете заниматься в ближайшие несколько лет?

– Мы продолжаем исследования по нашим базовым областям – подводная акустика, динамика вихрей в океане, взаимодействие атомов с лазерным светом. Сейчас сотрудники нашей лаборатории пишут монографию, посвященную хаотическим режимам в этих разных физических задачах.

– Каковы ваши жизненные ценности? Есть ли увлечения? Расскажите о своих музыкальных, может быть, художественных пристрастиях.

– Если говорить о ценностях, то я придерживаюсь утилитаристической морали, то есть считаю, что ценности субъективны. То, что человеку нравится, то и является ценностью для него. Для каждого человека естественно стремиться к долгой и счастливой жизни, но состояние счастья у людей может возникать от разных факторов. У каждого человека свои потребности, их не стоит делить на низкие и высокие, надо лишь устранять их конфликты.
Основное мое увлечение в свободное время – музыка. Я участвую в некоторых музыкальных проектах, в основном, представленных в сети. В первую очередь, это группа «Комплексные числа», такое несколько наивное название родилось ещё до университета. Пишу «мэйнстримовую» электронную музыку, сочиняю тексты к песням (в основном на научно-фантастическую тематику), записываю аранжировки. Но сам не пою (у нас есть вокалистка) и на инструментах практически не играю.
Из кинематографа предпочитаю смотреть японские мультфильмы, а также умное, но не слишком авангардное, кино... Вот, из недавнего, например, понравился фильм «Жизнь других», рассказывающий о последних годах существования ГДР и психологии немцев при тоталитарном режиме.
Люблю научную фантастику…


Post scriptum.
…Не думаю, что у человека есть какое-то предназначение, после выполнения которого исчезает смысл жизни.
У меня есть творческие интересы, а также потребность передавать другим людям знания, мысли, эмоции, которые для меня важны. Но это мои потребности сейчас. Может быть, через 30 лет они изменятся, и я уйду в совершенно другую сферу…


1 комментарий:

  1. Анонимный29 мая 2009 г., 21:08

    Спасибо за статьи об Агронове и Дубровиной, о молодых и дерзких, а главное продуктивных.

    ОтветитьУдалить