Квантовая физика — наука, которая полностью противоречит бытовому пониманию окружающего мира. На первый взгляд она вводит в состояние абсолютного ступора. Это — другой мир. Как соотносятся теория и эксперименты в области квантовой физики? Почему ученые, уходящие из науки в корпорации, возвращаются? Об этом ПостНаука поговорила с доктором физико-математических наук, профессором и директором Инженерно-физического института Российско-Армянского университета Айком Саркисяном.
— Давайте начнем. Почему в юности вы выбрали заниматься именно физикой?
— История моей школьной жизни довольно интересная. Я очень плохо учился, так как мне катастрофически не повезло с учителями. Я сменил две школы и только в третьей встретился с отличными педагогами. Это была 147-я школа в Ереване. Но мне повезло в другом: я, можно сказать, потомственный интеллигент. Мой прадед еще при Николае II получал высшее образование, дедушка долгие годы работал заведующим кафедрой в Политехе, папа работал на космическую отрасль, мама — физик. То есть в семье всегда была очень академическая обстановка. Но сын был недостоин своих родителей — по крайней мере, так казалось на первом этапе.
Так вот, в 147-й школе у меня появились удивительно чуткие и профессиональные учителя. Параллельно вышло так, что мама начала выписывать для меня журнал «Квант», и я начал читать. Меня восхищало одно обстоятельство: в «Кванте» приводились задачи, условие которых я даже не мог понять. Это очень подстегнуло меня к тому, чтобы начать серьезно заниматься физикой: ведь были сверстники, которые эти задачи решали!
Кроме того, в девятом классе я познакомился с удивительным человеком — с Гагиком Вартановичем Григоряном. Он преподавал в физико-математической школе и вел кружок. Я считаю этот момент поворотным, потому что я познакомился с уникальной личностью: он, будучи очень серьезным физиком-теоретиком, много времени посвящал детишкам и великолепно вел факультативы. Отсюда у меня начался этот этап ускоренного движения в сторону физики.
Наконец, я прочитал книгу «Иду на грозу» Даниила Александровича Гранина, в которой героем был молодой и талантливый физик. Уже впоследствии я познакомился с Даниилом Александровичем, то есть судьба подарила мне возможность сказать ему «спасибо» лично. В герое книги Сергее Крылове было много и глубочайшей самокритики, и каких-то искренних порывов, в том числе и неправильных, но это была молодость и какая-то жизненная чистота.
В итоге после окончания школы я поступил на физический факультет Ереванского государственного университета. Я выбрал специальность «теоретическая физика», а затем стал специализироваться по квантовой теории твердого тела, что далее привело меня к физике наноструктур.
— А почему после окончания университета вы выбрали уйти в науку, а не углубиться в прикладную деятельность?
— Сейчас я понимаю, что это состояние души. Физика — не профессия, а нечто большее. По какой-то внутренней конституции все физики друг на друга похожи: они свободно одеваются, шутят похожие шутки и даже слушают одну и ту же музыку — независимо от того, в какой стране они живут.
Однажды делегацией из Российско-Армянского университета мы посещали Японию. Перед визитом меня предупредили: нужно надеть костюм, галстук, потому как Япония в этом отношении предельно консервативная страна с очень четкими правилами. И действительно, когда мы поехали в Университет Цукубы, то сразу отметили, что все соблюдали этот дресс-код. Единственные, кто этим правилам не следовал, — физики: когда я встретился с ребятами, пришел профессор в джинсах, в кроссовках, его аспиранты были в каких-то майках с надписью Los Angeles Lakers и всякое такое. Я с большим удовольствием снял галстук, засучил рукава, и мы провели двухчасовой семинар.
— Но физика — это целая вселенная, и тем внутри нее очень много. Как вы нашли свои темы?
— Когда ты переходишь на третий курс и впервые открываешь учебник по квантовой физике, ты видишь совершенно другой мир. Это очень завораживающая наука, которая на первый взгляд вводит в состояние абсолютного ступора. Возникает довольно парадоксальная ситуация: есть некая наука, которая полностью противоречит привычному мироощущению. И быть может, именно это обстоятельство сыграло решающую роль. Ведь это было начало 90-х, в бытовом смысле жизнь тогда была очень сложной. А тут совершенно другой мир. Я очень четко понял, что буду заниматься квантовой физикой. Но конкретно в каком приложении все это будет реализовано? Вот здесь уже судьба.
На меня оказал сильное влияние мой учитель — академик Эдуард Мушегович Казарян, который был учеником знаменитого советского специалиста в области физики полупроводников Виктора Леопольдовича Бонч-Бруевича. Казарян во время своих лекций по квантовой теории твердого тела умел всю эту кажущуюся абстрактной науку — квантовую механику — прилагать к описанию очень конкретных физических систем. Следующим шагом было то, что он начал вовлекать нас в науку, которая была связана с низкоразмерными полупроводниками. И все это было настолько красиво и настолько уникально…
— Можно ли сказать, что каждая ваша научная публикация, в том числе и диссертация, — это некая загадка, которую вы стремитесь разгадать?
— Это какая-то проблема или задача, направленная, скажем так, на небольшое расширение наших знаний. Ученые очень осторожно относятся к собственным результатам. Они всегда предельно лаконично выражаются. А значимость результатов и проделанной работы должно оценить научное сообщество.
Вообще я занимаюсь задачами, которые могут иметь и в определенной степени выход на какие-то фундаментальные вопросы… Но чаще это то, что направлено на решение прикладных теоретических задач. Моя кандидатская была посвящена изучению кулоновских характеристик и оптического поглощения в наноструктурах, а докторская — более широким задачам, но также физическим свойствам квантовых наноструктур.
— Вы занимаетесь теоретической физикой — это кабинетная работа или вы участвуете в проведении экспериментов, например?
— Вы знаете, здесь очень сложная проблема. Эксперименты, которые связаны с наноструктурами, чрезвычайно дороги. Естественно, в те годы Армения не могла себе позволить приобретение таких приборов. Сейчас уже есть группа экспериментаторов по физике наноструктур, где ставятся эксперименты, и довольно качественные. Но в те годы это было невозможно, и поэтому моя работа лежит в теоретической плоскости.
С другой стороны, у меня был интересный и поворотный момент: в 2014 году Российско-Армянский университет начал сотрудничество с Санкт-Петербургским политехническим университетом им. Петра Великого. И с годами так произошло, что наши питерские друзья и коллеги — профессор Дмитрий Фирсов со своими учениками — открыли эффект, который мы предсказали в 2013 году. При этом совпадение результатов было очень высоким.
Как-то Родена спросили: как вы создаете свои скульптуры? Он сказал: «Я беру глыбу и отсекаю все лишнее». Работа физика-теоретика похожа на такую работу: ты берешь какую-то систему, отсекаешь неважное и получаешь главную модель, которую и нужно исследовать. Но реальную картину в состоянии представить зачастую физик-экспериментатор: он имеет дело с «металлом», реально проводит измерения этих параметров, и последнее слово всегда за ним.
Поэтому очень важно работать в связке с хорошей экспериментальной группой. Это совсем другой уровень исследований и, главное, очень серьезный повод для самокритики. Здесь ты начинаешь понимать, что в очень многих вопросах ты абсолютный профан. И надо учиться, учиться и всегда советоваться… Реальную картину они знают лучше, чем ты.
— Роден еще говорил, что в своих скульптурах он пытается воссоздать природу. Получается, не только физика стремится к скульптуре, но и наоборот. Тогда следующий вопрос: чем именно сейчас вы занимаетесь как исследователь?
— На сегодняшний день занимаемся несколькими темами. Первая — это наша традиционная тематика, она связана с оптическими свойствами квантовых наноструктур, конкретно сейчас — оптическими свойствами так называемых квантовых точек с нетривиальной геометрией. Квантовая точка — это искусственный атом, который является наноразмерным кристалликом и может иметь различные формы: шарики, цилиндры, пирамиды, конусы. Очень важное свойство этих структур заключается в том, что они обладают манипулируемым спектром, к тому же атомоподобным и полностью дискретным. Поэтому закономерности, которые были выявлены для реальных атомных структур, могут быть очень удачно адаптированы для описания квантовых точек. С другой стороны, в отличие от реальных атомов, эти структуры гигантские по своим размерам, хотя и обладают квантовыми свойствами.
И что самое важное, на этих структурах можно конструировать приборы. Например, уже сейчас делают телевизионные экраны, сконструированные из квантовых точек, которые являются микроскопическими излучателями с колоссальной четкостью. При этом очень высокоэкономичные. Это светодиоды на квантовых точках, они обладают уникальной работоспособностью: 90% идет на полезное излучение (свет), и время работы таких светодиодов близится к 75 000 часов. Понимаете, что это? Ты полетел на Марс, и у тебя в запасе всего один ящик лампочек. Никакой нагрузки больше не нужно.
Другая сфера нашей деятельности связана с исследованием так называемых термодинамических и статистических свойств квантовых точек. Это фактически полупроводниковые наноразмерные ямы, которые могут содержать определенное количество частиц — электронов или так называемых дырок (положительно заряженных частиц). Оказывается, таким системам присущи свойства газов. При этом, если вы включаете и магнитное поле, возникают интересные эффекты, связанные с магнетизмом.
Третье направление связано с исследованием сравнительно недавно реализованных структур, так называемых полупроводниковых нанопластин. Они очень интенсивно исследуются, так как являются гибридными системами (нечто среднее между квантовыми точками и квантовыми ямами), которые обладают высоким процентом геометрического совершенства. То есть, когда выращивают эти структуры, геометрические параметры ансамблей из этих пластинок практически одинаковы. Это приводит к тому, что у них очень узкий спектр поглощения и излучения, и на их основе можно получать очень четкие и яркие источники различных цветов: красного, синего, зеленого.
Наконец, у нас есть надежда на взаимодействие с биофизиками. Мы хотим начать исследования, связанные со взаимодействием полупроводниковых квантовых точек с биологическими системами.
— В современной науке бытует мнение, что самые передовые открытия делаются на стыке наук.
— Я абсолютно согласен. Судя по тому, какие фантастические открытия происходят именно на этих стыках… Поэтому мы и хотели бы исследовать взаимодействие квантовых точек с биологическими системами.
— Еще вопрос. Вспомнилась байка, что, когда Ньютону упало яблоко на голову, он подумал о гравитации. Возможны ли в современной физике такие совпадения?
— Это не байка. Недавно были открыты архивы, и оказалось, что действительно история с яблоком была. Лондон, август, буйствует чума. И Ньютон удалился с другом в родовое имение. В тот момент было обильное количество яблок на деревьях, они сидели вместе под одной из яблонь. Наблюдая за падением яблок Ньютон у своего друга спросил: «Интересно, а почему яблоки падают вертикально?» Это был очень тонкий момент.
Если математическим языком сказать, Ньютон интуитивно определил то, что потом в математике будет сформулировано в качестве теоремы Гаусса, которая показывает, что притяжение Земли направлено к ее центру. Все тела притягиваются так, как если бы вся масса была бы сконцентрирована в центре Земли, а люди, которые находятся на расстоянии, равном ее радиусу, притягиваются с определенной силой, которую можно посчитать.
Что касается современной физики, я затрудняюсь что-то сказать, это очень сложно. Есть теории, которые понятны лишь очень узкому кругу специалистов. По крайней мере, те результаты, которые связаны с квантовой механикой, зачастую так просто на поверхности не лежат.
Хотя в квантовой физике есть такой случай. Луи де Бройль не был физиком, он занимался философией естествознания. Но этот человек выдвинул одну из самых великих гипотез о корпускулярно-волновой природе микроскопических частиц. Причем она была выдвинута абсолютно интуитивно, исходя из общих соображений симметрии в природе, как результат долгих бесед со своим братом физиком Морисом де Бройлем.
— А много ли сегодня свежей крови, энтузиастов в вашей научной области?
— Я расскажу историю, которая произошла со мной в Исландии. Там я познакомился с одним из авторитетных профессоров-физиков и спросил: «Как у вас с молодыми кадрами? Приходят ребята в науку или нет?» Он улыбнулся и сказал: «Вы знаете, у меня ученик защитил диссертацию, а затем ушел работать в банк и начал получать больше, чем я, профессор университета». Поэтому сдерживать таких ребят очень сложно, жизнь вносит свои коррективы. Но здесь можно вспомнить слова Виталия Гинзбурга, который в одном из интервью, посвященном Нобелевской премии, сказал: «Сейчас в науке остаются те, кто ее действительно любит».
К счастью, у нас в научной группе молодых ребят много. Некоторые из них сначала уходят в корпорации, а затем возвращаются и предлагают хотя бы раз в неделю встречаться для работы над какой-то задачей. Понимаете, в науке такой полет души, настолько интересно и увлекательно, что на этом фоне рутинная работа в корпорации, где мало творческого поиска, сильно проигрывает.
— Вы упомянули, что вы работали в Исландии. Какие есть мировые научные центры, самые актуальные, в которых сейчас развивается ваша область?
— Их много. В прикладном смысле эта область является одной из самых важных. Конечно, очень хорошие центры находятся в ЕС. Очень сильный центр в России — Санкт-Петербургский физико-технический институт им. Иоффе. В Цукубском университете в Японии ведутся очень передовые исследования.
Естественно, в американских университетах ведутся важные исследования, например в Массачусетском и Калифорнийском технологических институтах.
— А если вернуться к Армении: какие условия страна создает для ученых?
— В последние годы очень резко изменилось отношение к ученым. Люди начали понимать, что научный прогресс является уже фундаментальной составляющей не только экономической, но и политической безопасности страны. Заработные платы у наших ученых фактически выросли в 2 раза. В стране действует Комитет по науке, где работают очень активные ребята. Они создают систему целевых грантов, под конкретные научные программы, благодаря чему финансирование ученых резко повысилось. Вместе с тем повысились и требования к исполнителям: если ты работаешь в рамках данного гранта, то, будь добр, публикуй работы в журналах Q1 и Q2.
Так что лидирующие научные группы стали получать хорошую поддержку. А отсюда появляется возможность набирать молодых ребят и оплачивать их работу.
— Вы говорите, что в последние годы отношение к науке в Армении стало меняться. А что вы думаете про обмен знаниями на международном уровне сегодня? Возможно, в последний год с этим стало сложнее.
— Свободный обмен знаниями должен оставаться в любые времена, это очень важно. Приведу пример. На конференции по оптике в Ереване приезжают ученые из Турции. И у нас нет никаких проблем и в коммуникации, и в обмене мнениями, и в чисто человеческих взаимоотношениях, хотя такое можно было бы предположить. Люди науки по своей натуре очень миролюбивы, они имеют естественное желание делиться знаниями с коллегами. И им неважно, какого цвета кожа у коллег, какая вера и национальность. Наши исследования имеют общечеловеческую роль — это на порядок выше всех остальных обстоятельств. И возможно, ошибки политиков сумеют определенным образом сгладить именно работники науки и культуры — соединить мосты путем народной дипломатии.
ИСТОЧНИК: Постнаука https://postnauka.ru/talks/157290