«Скоро нам не будет хватать энергии»

Лауреат десятка самых престижных премий Александр Замолодчиков объяснил «Огоньку», с чем связан кризис в мировой науке, с какой стати физики начали изучать человеческое сознание и почему Илон Маск никогда не станет современным Николой Теслой.

Физик Александр Замолодчиков уверен, что кризис в науке приведет к новым открытиям

Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ / купить фото

«Огонек» в рамках совместного медиапроекта со Сколковским институтом науки и технологий продолжает публикацию цикла интервью с ведущими отечественными физиками. В № 37 за 2018 год была опубликована беседа с Владимиром Захаровым; в № 39 за 2018 год — с Ильдаром Габитовым; в № 45 за 2018 год — с Валерием Рубаковым; в № 2 за 2019 год — с Альбертом Насибулиным, в № 11 за 2019 год — с Алексеем Старобинским, в № 20 — со Львом Зелёным, в № 23 — с Михаилом Фейгельманом, в № 30 — с Александром Белавиным, в № 38 — с Валерием Рязановым, в № 47—Юрием Оганесяном, в № 2 за 2020 год — с Алексеи Китаевым, в №11 за 2020 год с—Владимиром Драчевым

— Александр Борисович, недавно физик-теоретик Паоло Джордано написал работу о коронавирусе, и та мигом стала бестселлером. Можно ли объяснить феномен тем, что физики-теоретики остаются мировой научной элитой, к чьему мнению прислушиваются всегда?

— В современном обществе происходят серьезные метаморфозы, и науку это затрагивает. Мне, в частности, кажется, что с каждым новым поколением ученых занятие наукой превращается все больше в игру и в этом принципиальное отличие от старой школы. Например, вся советская школа Ландау выросла на основе идеи о том, что занятие наукой — это очень серьезная вещь, поэтому нельзя ошибаться, делать что-то некачественно. Мой учитель, Карен Тер-Мартиросян, внушил мне в отношении науки уважение, которое сродни благоговению. А сегодня это теряется. Среди молодых ученых так стараться не принято, все хотят больше свободы. Понятно, что это касается не только науки, таковы настроения современного общества в целом. Нам говорят: нужно жить согласно желаниям своей души и так далее. Может быть, это и правильно, но ответственность тоже нужна. Я, как и всякий человек, который живет давно, думаю, что в наше время было лучше. Хотя «лучше» — это этическая категория, которую к науке применить трудно.

— Предположу, что у вас в семье был культ науки, не случайно вы и ваш брат-близнец Алексей достигли результатов, которые во многом определили лицо современной теоретической физики. Можете рассказать, как воспитывают ученых?

— Знаете, а нас никак особенно не воспитывали. Мы долгое время вообще не интересовались, чем занимался отец, и большую часть времени проводили в играх. Он после войны окончил Московский энергетический институт, работал в Курчатовском институте, затем — главным инженером Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований в Дубне. Затем, ближе к 7–8-му классу, выяснилось, что мы неплохо решаем задачи и даже выиграли какую-то Всесоюзную олимпиаду по физике. Но в целом, думаю, дело было в какой-то общей атмосфере вокруг.

Чем известен профессор Александр Замолодчиков

У нас дома бывал Бруно Максимович Понтекорво (один из создателей теории нейтрино, начинал свою деятельность в знаменитой группе Энрико Ферми, затем работал в Париже у Фредерика Жолио-Кюри, участвовал в британском атомном проекте, а в 1950-м эмигрировал в СССР.— «О»). Все это, конечно, накладывало отпечаток. Отец считал, что теоретическая физика высоких энергий — это универсальное образование, из которого потом можно перейти в любую другую область. Вообще физика высокой энергии в Советском Союзе была модной темой — она хорошо финансировалась, была престижной, тут происходило много интересного, и сюда шли молодые люди, которые хотели достичь успеха.

— А куда сегодня в науке нужно идти молодым людям, которые хотят достичь успеха?

— Это вопрос сложный, потому что сегодня наука очень специализируется и ориентироваться во всех направлениях нереально. К тому же, как мне кажется, в физике сейчас некий кризис.

Фундаментальная наука, а именно физика высоких энергий, попала в такую стадию, когда оказалась очень далека от эксперимента. Проверять идеи экспериментом технически невозможно.

Поэтому сегодня так много внимания уделяют космологии и астрофизике: наблюдение за космическими объектами — один из немногих экспериментов в этой области, который еще возможен. Впрочем, и он, на мой взгляд, бедноват, и по-настоящему экспериментально проверять идеи таким способом в полной мере вряд ли получится.

— И каким же способом их проверять?

— Можно теоретически. Но это вторая часть этого кризиса. Обычная теория работает таким образом: вы имеете набор фактов и пытаетесь создать аппарат, который учитывает их и позволяет вывести другие свойства. И если эти свойства хорошо укладываются в вашу теорию, то она в конечном итоге может быть правильной. Но для этого нужно придуманную структуру, например, сложную систему уравнений, решить. Теория становится большой математической задачей. Так вот, проблема современной науки в том, что легкие задачи уже решены, а задачи определенной математической сложности продвигаются очень плохо. И в целом для этого, наверное, нужна какая-то новая математика.

Собственно, в этом в основном заключается моя деятельность: поскольку мы не знаем, как решать по-настоящему сложные уравнения, нужно изобрести некую упрощенную реальность, в которой эти уравнения будут выглядеть проще, и мы сможем найти их решения. Это дает нам возможность понять, что вообще можно сделать со сложными уравнениями. И, надеюсь, идеи о том, какие математические структуры в принципе должны существовать для описания уже настоящей физики.

— Вы, насколько я знаю, пытаетесь упростить одно из самых сложных понятий — квантовую теорию поля.

— По сути, эта теория объясняет поведение частиц в микромире. Представьте, что в каждой точке пространства есть какой-то маленький механизм и все эти механизмы как-то согласованно работают. Если теперь туда добавить квантовую механику, то возникает квантовая теория поля.

Лекция Александра Замолодчикова в Независимом московском университете. В зале — аншлаг

Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ

Но я изучаю некую природу упрощенного свойства. Когда у нас вместо пространства есть одна линия и все предметы движутся друг за другом, как вагоны трамвая. При этом в таких моделях очень многие свойства квантовой теории поля сохраняются, и мы можем многое сказать о ее свойствах, понять, что она способна сделать, а какие выводы будут совершенно немыслимыми.

— Я слышала, что вашими формулами в этой области интересовался один из самых знаменитых физиков мира — Ричард Фейнман.

— Я об этом знаю только по рассказам. Говорят, что, когда после его смерти сняли доску в его кабинете с последними записями, там были формулы, к которым я в свое время тоже приложил руку, это касалось одномерных систем и каких-то точных решений.

— В этой области у вас есть известные работы с братом?

— У нас с Алешей были две важные работы, одна из них — по точному решению модели двухмерной гравитации. На самом деле есть много идей, которые я черпал из общения с ним (Алексей Замолодчиков скончался в 2007 году.— «О»). Например, сейчас я занимаюсь некоей задачей и вспоминаю, что лет тридцать назад он говорил, что знает, как ее решить. Тогда я его забыл спросить как, а сейчас у меня решить не получается.

Прогресс на паузе

— Иногда говорят так: пусть с фундаментальной наукой у нас сегодня проблемы, зато развиваются технологии, прикладная наука. Можно ли утверждать, что это сродни тому, что было в XIX веке, когда весь накопленный потенциал научной мысли вылился в небывалый технический прогресс?

— В том-то и дело, что нет. Мы до сих пор не можем решить технические задачи, которые стоят перед физиками уже не первый десяток лет. Например, есть знаменитая задача о том, как устроен вихревой след в потоке жидкости или воздуха. Объясню проще. Вы садитесь в самолет, и вам говорят: мы попали в зону турбулентности. Так вот, на самом деле никто не понимает, как реально устроена физика этого процесса.

— Есть такая байка: когда нобелевского лауреата по физике за 1932 год Вернера Гейзенберга спросили, какие бы два вопроса он задал Богу, тот сказал: «Почему относительность? И почему турбулентность? Думаю, на первый вопрос у него точно будет ответ». Подразумевается, что на второй вопрос ответа нет.

— Со времен Гейзенберга ничего не поменялось. Все уравнения известны, но решить их никто не может. Мы не можем математически описать то, что происходит с самолетом и другими предметами во время турбулентности, не можем вполне понять, что такое турбулентный след, описать его математически. А это имеет очень большое прикладное значение. И если мы когда-либо узнаем, как это работает, будет огромный технологический скачок. Турбулентность связана со случайными колебаниями в таких переменных, как скорость и давление, и очень распространена в природе — в различных потоках воздушных, водных, геофизических и так далее. Турбулентность, например, рождается в потоках над лопастями турбин, закрылками...

— Когда вы говорите о тупике, в каких областях он наиболее очевиден?

— Мы совсем не понимаем, что делается в микромире. Мы более или менее понимаем поведение элементарных частиц на расстояниях примерно десять в минус 15-й степени (речь идет о слабом взаимодействии элементарных частиц.— «О»). Но что делается на более малых расстояниях? Когда ученые говорят: «Мы знаем, что происходит на планковских расстояниях (примерно 1,6 на десять в минус 35-й степени метра, считается, что именно на этом масштабе существуют "вибрирующие" струны, из которых состоят элементарные частицы.— "О")», я воспринимаю это как абсурд. Считается, что в какой-то момент срабатывает квантовая гравитация, но никто реально не знает, что это такое. Кода мы произносим слово «струна» — это на самом деле ничего не означает.

— Говорят, что на таких размерах можно говорить о квантовой пене. Это что такое?

— Считается, что пространство-время в малом масштабе будет не гладким, а состоящим из множества небольших областей, в которых оно как бы сильно скомкано, понятия близкого и далекого перепутаны. Но это только образ, чтобы описать что-то совсем уже непонятное. Мне кажется, что такой подход не серьезен и нам нужно искать что-то другое. Создатель должен каким-то другим образом дать нам понять, что он думал, когда создавал законы природы.

— Не это ли и вызывает сегодня инициативы физиков-«экстремистов», которые предлагают вообще отказаться от многих общепринятых идей, например от идеи темной материи и темной энергии, заменив их другими субстанциями?

—Темная материя и энергия — это сегодня, собственно, почти единственная серьезная экспериментальная часть, которая поддается астрономическим наблюдениям. Она как раз говорит о том, что те уравнения, которые мы знаем, в целом верны, но нуждаются в некотором дополнении.

Ведь что такое темная материя? Мы живем в мире, с которым можно взаимодействовать самыми разными способами.

Например, мы можем управлять электромагнитным взаимодействием между частицами или даже какими-то ядерными силами внутри них. Но есть такие составляющие материи, которые с нами не разговаривают никакими воздействиями, кроме гравитации.

Мы сегодня с помощью современной техники можем определить происходящие в космосе гравитационные явления и понять, что где-то там плавают куски материи, которые ни с чем не взаимодействуют.

— Можем ли мы надеяться «разглядеть» основу этого «языка» гравитации — частицу гравитон в гравитационном излучении? Как «разглядели» фотон в электромагнитной волне.

— Давайте начнем с гравитационного излучения. Считается, что ученые наблюдать его научились. Но что это означает на деле? Ученые «видели» его, наблюдая за свойствами пульсаров. Пульсары — вращающиеся нейтронные звезды, которые по массе примерно соответствуют Солнцу, а их размер — всего 10 километров.

Обычно физики-теоретики пишут какие-то уравнения, пытаются их решить и смотрят, к чему из наблюдаемых событий это решение подходит лучше всего. Свойства пульсаров очень хорошо объясняются наличием гравитационного излучения. По сути, их гравитационная составляющая была соотнесена с существующими расчетами. С гравитоном так не получится: эффекты гравитации столь слабые, что мы не сможем создать столь чувствительный прибор, который поможет нам «ощутить» его присутствие.

— Многие ваши коллеги говорят, что гравитон для современных физиков — это объект веры, в него можно верить или нет.

— Может, конечно, и так. Но я бы вспомнил Эйнштейна. Говорят, в ответ на вопрос, верит ли он в Бога, он ответил в том смысле, что дело не в том, чтобы верить, а в том, чтобы знать.

Головной вопрос

— А как бы вы ответили на вопрос, заданный Эйнштейну?

— Я бы хотел верить, но это занятие трудное. Верить — это как по канату ходить — надо все время за собой следить. Если вы даже обрели какое-то равновесие, но при этом остановились, вы непременно полетите вниз. Поэтому нужно постоянно работать, чтобы себя в этом смысле восстанавливать.

Как ученого-естественника меня в первую очередь занимают конкретные факты. Если посмотреть на человеческую историю, то мы видим, что религиозное чувство возникает во всех обществах в ста процентах случаев, и это поразительно. Мне кажется, что религиозность — это определенное свойство человеческого сознания.

— Мы мало что можем сказать о сознании.

— Да, я вообще считаю, что сознание — самая интересная естественно-научная проблема. Ничего более интересного, чем человек, вокруг нас нет. Но мы даже примерно не можем понять, как его изучать, и поэтому вынуждены заниматься остальной ерундой, довольствоваться изучением явлений вокруг нас. Пока мы смотрим на физические или биологические аспекты окружающего нас мира, нет никаких препятствий для того, чтобы все это объяснить различными законами природы. А вот когда доходим до сознания, то оказываемся в тупике. Проблема человеческого сознания — единственная, совершенно не решенная наукой задача.

Профессор Замолодчиков относит себя к старой советской школе физиков, для которых наука — это образ жизни

Фото: Евгений Гурко, Коммерсантъ

Возможно, что когда мы поймем, как устроено сознание, то увидим, что оно обязательно требует религиозного чувства. Как у сердца есть правый желудочек и левый просто потому, что оно так устроено, так же, возможно, окажется, что у нашего сознания есть две составляющие: одна — наше рациональное мышление, а другая — религиозная.

— Ну тогда бывают и патологии...

— Конечно, куда же без них. Это все очень интересно, и эту тему стоит изучать. Когда я говорил, что в физике высоких энергий сегодня нет эксперимента, то это имеет вполне зримые последствия: многие люди начинают уходить в смежные области, например, в физику твердого состояния. Кроме того, я знаю некоторое количество физиков, которые раньше занимались физикой высоких энергий, а потом поняли, что все это не то, что им как раз гораздо интереснее заниматься сознанием. Сегодня такой переход не редкость.

— Можно привести пример?

— Есть такой аргентинский физик Мигель Вирасоро, который в свое время был знаменит в разработке теории струн. Он работал и преподавал в Израиле, Италии, США и Франции, в CERN в Женеве. Специализируется на физике элементарных частиц и теории поля (алгебра Вирасоро лежит в основе теории струн.— «О»), позднее заинтересовался статистической механикой и проблемами сложности. Кроме него есть целый ряд других специалистов, преимущественно из итальянской школы.

— Интересно, почему они?

— Здесь все достаточно очевидно, потому что у них есть замечательный физик Джорджо Паризи. Он знаменит тем, что понял строение спиновых стекол. Спиновые стекла — это магнитные материалы с необычными магнитными свойствами. Свойство материи там таково, что вещество может быть в бесконечно разнообразном состоянии. И процесс, где такое вещество «выбирает», в каком состоянии ему быть, как оказалось, сходен с тем, как происходит механизм запоминания. Блестящая идея Паризи состояла в том, что механизм памяти и поиска в памяти всякой информации сродни тому, что возникает в момент «выбора» своего состояния частицами спиновых стекол. Сейчас ведется много исследований в этом направлении.

— Не так давно МГУ и Сколтех провели конференцию, где о мозге говорили физики-теоретики и математики. По мнению ученых, ситуация в нейронауке напоминает ситуацию с физикой элементарных частиц в 60-е годы прошлого века. Объем экспериментальных данных растет огромными темпами, и так же растет спектр задач перед теоретиками.

— Таких задач может быть очень много — от динамики многослойных функциональных сетей мозга до количественного описания сознания.

— Далай-лама XIV специально изучает квантовую физику, чтобы говорить с учеными на одном языке. Он говорит, что основные понятия в буддизме совпадают с современными физическими теориями.

— Такой подход интересен, но я бы хотел понять: какой величиной в физике описывается нирвана?

Заблудиться в поле

— Какая область физики на фоне общей стагнации остается самой «живой»?

— Сложно сказать, но я вообще думаю, что кризис — это хорошо, потому что, когда все протрясется, может быть, появятся какие-то новые вещи. Полагаю, что кризис в науке — это отражение кризиса в обществе. Здесь, я думаю, мало кто будет возражать.

— Кроме потребителей. По части потребления всяческих благ и услуг у нас, кажется, все замечательно.

— Мне кажется, что даже потребитель начинает чувствовать, что дело поворачивается как-то не так.

Если смотреть на всемирную историю с высоты птичьего полета, то сейчас человечество участвует в некоей гонке. С одной стороны, идет процесс исчерпания ресурсов, а с другой — научное развитие. И пока не понятно, чья возьмет.

Я думаю, что вряд ли потепление климата будет такой уж серьезной проблемой для всего человечества. Потому что настоящие социальные проблемы наступят гораздо раньше и перед этим все эти климатические вопросы окажутся несущественными. Вопрос в том, что скоро нам не будет хватать энергии и, я думаю, любой физик сейчас должен чувствовать себя немножко пристыженным: мы уже много десятилетий обещаем управляемую термоядерную реакцию, а сделать это до сих пор не можем.

— Тем не менее мне казалось, что сегодня крайне популярна именно ваша область науки, связанная с квантовой теорией поля. Когда открываешь сайт любого университета, там всегда есть такое направление, и оно популярно у молодежи. Почему так?

— Скажем, это некий универсальный аппарат, который применятся в общем виде в огромном количестве областей науки. В каком-то смысле вся современная физика так или иначе связана с квантовой теорией. Это универсальный язык, которым описывается большой класс явлений, поэтому физики так любят это направление и оно привлекательно.

— Много ли людей, с которыми вы можете говорить на одном научном языке?

— Конечно, хотелось бы, чтобы таких людей было намного больше. Но в целом единомышленников можно встретить по всему миру. В России это прежде всего в Институте теоретической физики им. Л.Д. Ландау, Институте физических проблем им. П.Л. Капицы, в Сколтехе. В США это традиционно Институт высших исследований (Принстон.— «О»), потом Массачусетский технологический институт (MIT.— «О»), Калтех (Калифорнийский технологический.— «О»). Из «классиков» по складу мыслей мне близок Чжэньнин (Фрэнк) Янг (нобелевский лауреат, который создал теорию неабелевых калибровочных полей Янга — Миллса.— «О»), которого я хорошо знаю. Разумеется, интересное могу узнать от современных корифеев — Виттена и других. Конечно, Саша Поляков, его я считаю одним из самых выдающихся специалистов. С ним довелось работать вместе, разговариваем очень часто. Я старался во всем брать с него пример, особенно в такой редкой привычке — привычке думать, думать и думать. Это, кстати, тот навык, который я настойчиво советую развивать молодым людям. Очень приятно общаться с Никитой Некрасовым, он рядом, в Центре Саймонса в Стоуни-Брук. Часто обсуждаю что-то с Гришей Фальковичем (Институт Вейцмана, Израиль), он большой специалист по турбулентности, я пытаюсь его понять.

Другая очень существенная часть интеллектуальной работы состоит в том, чтобы стараться проследить происхождение идей. Понимать, почему она у вас появилась, откуда пришла, потому что в том месте, откуда она пришла, могут быть залежи других идей. Студенты часто спрашивают, зачем это нужно. И я не могу рационально объяснить, просто потому, что это очевидно: наша деятельность состоит в том, что мы просто ищем. Это как человек заглядывает под все стулья: мало ли что там интересного есть?

— А дети у вас не физики?

— Нет, не физики, и я не знаю, радоваться или рыдать. Наверное, так все-таки лучше, потому что физик — это как спортсмен, ему нужно либо быть выше среднего, либо лучше не быть вообще. Мне кажется, быть в третьем эшелоне скучновато. В теоретической физике нет конкуренции в смысле успеха, но признание очень важно.

— Какая из ваших многочисленных премий лично для вас самая дорогая и почему?

— Во всяком случае, наибольшее удовлетворение я испытал, когда получил премию Ленинского комсомола. Это был 1980 год, мне было совсем мало лет, и кто-то из больших ученых сказал, что этот молодой человек сделал то, что я бы не смог. Это было первое очень важное признание.

— А как вы ее потратили?

— Это я очень хорошо помню: мы купили стиральную машину «Вятка-автомат». Это машина советского производства с чешским двигателем, поэтому она работала вечно. По тем временам это было невероятное роскошество: она стоила почти 1000 рублей — четыре, а то и четыре с половиной месяца зарплаты всей советской семьи.

— Недавно глава SраceX Илон Маск выложил в своем Twitter, как пишут в сетях, «самую сложную шутку, посвященную квантовой теории поля, которую может понять на Земле от силы сотня человек, влияющих на то, какой будет наша цивилизация через несколько десятков лет»

— Да, я видел, и, знаете, я не большой почитатель Илона Маска. Мне кажется, что вокруг него больше хайпа и эпатажа, чем реально таланта. Точнее, так — он, видимо, очень талантливый менеджер и пропагандист, но, когда говорят, что это второй Тесла или Эдисон, у меня большие сомнения, потому что я, честно говоря, не знаю ни одной его собственной идеи.

— Так все-таки — смешная шутка про квантовую теорию поля или нет? В двух словах, не вдаваясь в подробности…

— Если в двух словах, то — нет. Совсем нет.