«Реального хай-тека в России практически нет»

Каждые пять лет ученых в мире становится больше процентов на 20. Растет и число опубликованных ими трудов, изрядная часть которых никому ничего не открывает. А нужно ли столько? Поспевают ли вузы за современной физикой? Реально коммерциализировать теоретическую физику с астрофизикой? Почему за лидерство в создании квантового компьютера соревнуются только США и Китай? О том, почему общество перестало успевать за наукой и как мода вредит последней, «Огоньку» рассказал замдиректора по науке Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН Михаил Фейгельман.

«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 одном из выступлений вы, Михаил Викторович, озвучили парадокс: все технологии, изменившие мир за последние годы, основаны на достижениях 30–50-летней давности. Но эти самые достижения за полвека так и не вошли в базовый курс образования по физике. Речь идет о нашей стране или в целом о физическом образовании в мире?

— Думаю, тенденция эта глобальная. Проблема объективна: набор научных знаний с каждым десятилетием растет, а время, за которое студентов нужно чему-то научить, ограниченно. Вот поэтому сегодня и сложно внедрить в общие курсы физики — хотя бы университетов! — фундаментальные вещи, открытые 30–40 лет назад. А ведь на них основано многое из того, что делается сейчас.

Чем известен Михаил Фейгельман

Возьмите хотя бы основы современной теории конденсированного состояния металлов или полупроводников. Они были созданы в 1950-е, но до сих пор не попали в общие курсы физических специальностей университетов. Лишь пару лет назад элементы этих важнейших открытий были введены в конец курса общей физики МФТИ по инициативе нескольких молодых ученых. И это — ведущий факультет ведущего физического вуза страны!

— А что же сегодня изучают физики?

— Шесть семестров преподается общая физика, причем первые четыре — классика 150-летней давности, опыты по оптике Френеля (один из создателей волновой теории света в XIX веке.— «О») и тому подобное. Это важно, конечно, но времени для нового не остается, а важно посмотреть свежим взглядом на программу, которая из года в год идет по накатанной. Увы, пока в вузах преподают те, кто озабочен, чтобы не отобрали часы, за которые им платят их небольшие деньги, ничего не изменится.

— А как тогда у будущих ученых заполняется разрыв между базовой физикой и современной?

— Хорошо если в порядке спецкурсов, которые читают работающие специалисты-физики. На самом деле у кого и как это происходит, никто не знает.

— Это тоже общемировая тенденция?

— Это общая беда, которая, возможно, в меньшей степени свойственна Америке, так как у них нет министерства образования. Потому что во всех странах, где есть министерство, оно существует для того, чтобы это образование гробить. Это структура, которая заинтересована в самой себе и больше ни в чем. Только очень настойчивые люди могут что-то поменять в образовательной системе такого большого масштаба, ведь ее основной посыл — ничего не менять. А таких людей в любой стране мало.

— Когда создавался факультет физики в ВШЭ, академик Алексей Старобинский говорил, что упор будет сделан именно на теоретическую физику. Неужто у нас не хватает физиков-теоретиков?

— Тут существует некоторое недоразумение между различными частями научного сообщества. Есть, как говорится, две версии теоретической физики. Одна, более популярная сегодня, происходит из школы академика Боголюбова, возникшей в СССР, и также активно развивается сегодня, скажем, во Франции. Эта наука представляет собой математические упражнения на тему физики, где совсем не важно, проверяется ли теория экспериментом. Такой подход ныне широко распространен в мире вследствие моды на глобальные проблемы. Так, именно эта область физики занята теорией струн, которая должна ответить нам на все вопросы о происхождении мира (теория струн — одна из самых глобальных идей современной физики, утверждает, что элементарные компоненты Вселенной представляют собой не точечные частицы, а крошечные волокна — струны.— «О»). При этом сама теория струн за 30 лет своего существования не дала ответа ни на один физический вопрос.

— А другой теоретической физикой, если я правильно понимаю, и занят Институт теоретической физики им. Ландау, где вы работаете?

— Да, в этом смысле он находится в оппозиции к глобальной тенденции. Другая теоретическая физика существует в том виде, как ее понимали, например, Лев Ландау и Ричард Фейнман (один из создателей квантовой электродинамики.— «О»). Эта наука изучает самую что ни на есть реальную природу теоретическим методом. На мой взгляд, вообще теоретическая физика без экспериментальной развиваться не может. Поэтому наши инициативы связаны по преимуществу с каким-то кругом коллег-экспериментаторов. При этом основная проблема двух направлений теоретической физики — отфильтровать информационный мусор вокруг проблемы, потому что уровень замусоривания научной сферы во всех странах, и в нашей особенно, чрезвычайно высок.

— Что вы имеете в виду?

— Везде та же чума с public relations — с шумом по поводу публикаций в высокорейтинговых журналах и тому подобное. Это глобальное явление: наука достигла такого уровня сложности, что никто, кроме самих ученых, оценить ее не может, а общество в лице административных органов признавать этого не собирается.

Занятия наукой заключаются в том, чтобы искать научную истину. При этом все механизмы контроля и оценки деятельности ученых настроены совершенно не на это. В итоге люди, которые действительно хотят заниматься наукой, должны не только решать довольно сложные задачи, но еще и противостоять легиону надсмотрщиков, которые желают, чтобы им делали красиво. А будет ли установлена эта самая научная истина, им все равно. Дело обстояло бы лучше, если бы существовал реальный запрос на новые знания со стороны какой бы то ни было промышленности. Но его нет нигде, тем паче в России.

— А как же наукоемкая промышленность, про которую принято говорить на всевозможных экономических форумах?

— Наука в последние десятилетия развивается быстрее, чем общество может это переварить.

Промышленность, по большому счету, вполне довольна теми научными знаниями, которые были произведены примерно 30 лет, даже их она еще до конца не успела освоить.

Если же говорить о России, то практически никакого реального хай-тека у нас нет. Он существует только в очень мелких компаниях, которые сидят по углам и не сильно хотят о себе рассказывать.

— Что же тогда определяет развитие науки, если не оборонка, как раньше, и не рынок?

— Коммерциализировать астрофизику, которая сейчас очень популярна, довольно сложно. Это какой-то вторичный процесс. По большому счету, все, что сегодня делают физики, они делают по своему усмотрению и исходя из собственных соображений о том, что правильно.

Мода в науке

— Недавно вышла работа, из которой выяснилось: если в 1985-м больше трети ученых выбирали физику конденсированного состояния, которая занимается сложными объектами на наноуровне, то сегодня их доля снизилась, а растет, например, число публикаций по астрофизике. С чем это связано? Есть ли в теоретической физике модные течения?

— Модные течения, безусловно, есть, и это большая беда. Как только возникает модное течение, туда бросаются сотни и тысячи, начинают печатать мириады статей, по большей части пустых по содержанию. За последние 50–60 лет это обернулось колоссальной инфляцией — лиц, занятых как бы научной деятельностью, сделалось очень много, но это с неизбежностью привело к понижению качества всей этой публики.

Приведу пример. В середине 1970-х бурное развитие получила наука про так называемые спиновые стекла, это сплавы типа марганца в меди или железа в золоте. Сплавы эти странные и непонятные, потому что там происходит какое-то магнитное упорядочение, но его нельзя описать простым образом, как ферромагнитное или антиферромагнитное. В этом направлении работал знаменитый физик-теоретик из США Филип Андерсен, ряд других известных ученых, и в результате развилась теория спиновых стекол. Разрабатывало ее довольно много людей очень высокой квалификации примерно в течение 10 лет. А потом все это схлопнулось: в 1986-м открыли высокотемпературную сверхпроводимость. И это произвело такой шок, что толпы ученых бросились в эту сторону.

Вообще, в том, что возникают такие смены векторов в исследованиях, нет ничего плохого. Но когда из стороны в сторону бросается толпа, она в значительной степени теряет разум, и общий уровень вранья повышается, что плохо. Поясню: из-за моды на сверхпроводимость спиновые стекла потеряли значительное количество исследователей. Хотя за то время, пока ими занимались, было понято много важных вещей, которые нашли применение, например, в задачах компьютерной алгоритмизации. Беда, когда массы людей при выборе деятельности руководствуются тем, что модно сейчас.

— А что было модно, когда вы пришли в институт?

— Я пришел на кафедру проблем теоретической физики МФТИ в Институте Ландау в 1975 году. Какой именно теоретической физикой я хотел тогда заниматься, уже не помню. У нас в институте сами студенты выбирают научного руководителя, нет распределения сверху, все основано на личном выборе и личной ответственности. Мне тогда показалось правильным обратиться к Валерию Леонидовичу Покровскому, который дал согласие. Этим и определилось, какой физикой я стал заниматься. И я ни секунды не пожалел о том выборе.

— Какие области исследования в вашем секторе физики наиболее популярны сегодня? Можно ли выделить одну-две задачи, которые будут решены в ближайшее время?

— Я не слежу за модой. На российском рынке это не имеет никакого смысла. Но я знаю, какие серьезные нерешенные проблемы существуют в той области науки, которой занимаемся мы. Чтобы это объяснить, немного истории.

Примерно 90 лет назад великие люди, такие как Нильс Бор, Шрёдингер, Гейзенберг и другие, создали квантовую механику. Буквально в течение нескольких лет наука разобралась с основными свойствами атома. Для этого было достаточно научиться решать уравнения, которые Шрёдингер написал для электронов в поле ядра. И еще какие-то чуть более сложные вариации этой задачи. Еще лет через 20–30 люди стали интересоваться: а как с точки зрения квантовых представлений можно описать поведение большого количества частиц, например, электронов в металле или в полупроводнике. Или, скажем, в сверхпроводнике, который тогда вообще представлялся чем-то загадочным. Сверхпроводники — это материалы, сопротивление которых понижается до нуля при достижении определенной минусовой температуры. При этом материал переходит в сверхпроводящее состояние, приобретая определенные интересные свойства: например, может «левитировать», удерживаемый магнитным полем.

Так вот, лобовой способ, написание уравнения Шрёдингера для всех электронов в металле, оказался абсолютно тупиковым. Даже записать его было невозможно, не говоря уже о том, чтобы решить. Дело в том, что там очень много частиц, которые взаимодействуют между собой, примерно как граждане, которые двигаются в толпе на переходе московского метро. И как описать это движение с помощью уравнения? Постепенно возникло представление о том, что можно находить не координаты отдельных электронов, а некоторые другие переменные, которые с ними довольно хитро связаны. Все это то в итоге было сформулировано под названием «концепция квазичастиц».

— Можно пояснить, что это такое?

— Квазичастицы — это нечто большее, чем просто электрон, это электрон плюс какое-то его окружение. Ценность концепции в том, что разные квазичастицы между собой взаимодействуют слабо, и поэтому можно описать их свойства подобно свойствам отдельных частиц, и, значит, исходя из этого можно многое вычислить. На этом была основана теория конденсированного состояния (от латинского condense — сгущать, один из наиболее обширных разделов физики, изучающий качественные и количественные аспекты поведения сложных объектов, в том числе основа для нанотехнологий.— «О»). Она была сформулирована в 1950-х, и почти сразу стало понятно, что идея квазичастиц применима во многих случаях, но не всегда. Есть такие экспериментально наблюдаемые случаи, когда она явно не работает. А чем заменить эту общую старую концепцию, неизвестно. Как нам суметь описать такую систему, в которой квазичастиц нет? Что там происходит? На эту тему опубликованы тысячи статей, но они все не очень надежными способами описывают какой-нибудь маленький кусочек проблемы, а вот общего подхода не найдено. И это сегодня одно из центральных направлений в теории конденсированного состояния.

Из чего построить кубит?

— А что-то более технологичное и прикладное мы ждем в этой области?

— Есть важная технологичная, но одновременно и фундаментальная проблема современной физики: из чего сделать квантовые биты (или иначе — кубиты). Кубиты — логические элементы квантовых компьютеров, квантовые аналоги битов. В отличие от битов они могут находиться в суперпозиции состояний «нуля» и «единицы», принимая при измерении одно из значений с некоторой вероятностью. И поэтому на них можно решать задачи, связанные с нелинейными процессами, недоступные классическим компьютерам.

Проблема в том, что для создания кубитов нужна такая особенная система из большого количества элементов, в которой, с одной стороны, мы можем управлять параметрами этих элементов с большой точностью, а с другой стороны — они должны быть защищены от любых посторонних воздействий и шумов. Эти два требования очевидно противоречат друг другу. Вы можете себе представить какую-нибудь абсолютно изолированную от внешнего мира систему, на которую не действуют шумы, но чтобы ею можно было управлять? Эта проблема была в явной форме сформулирована больше 20 лет тому назад, и сегодня есть много очевидных экспериментальных успехов.

— Так из чего же лучше всего делать квантовые кубиты?

— Наибольшие достижения связаны с использованием в этом качестве сверхпроводников. Самые серьезные успехи в этой области принадлежат группе Джона Мартинеса в Google: им удалось сделать хорошо управляемую, защищенную от шумов систему из 70 квантовых битов и они, кажется, близки к тому, чтобы экспериментально решить на этой системе задачи, которые нельзя решить классическими средствами. Последний год в этой области идет самая настоящая гонка.

— Насколько активно в ней участвуют китайцы?

— Тут все интересно. Не так давно, когда команда Google почти решила нетривиальную задачу на своей системе сверхпроводящих кубитов, группа очень сильных математиков, работающих на китайскую компанию Alibaba, доказала, что эту задачу можно-таки решить классически. Теперь все ждут следующего раунда, когда Google изобретет что-то новое. Это действительно борьба титанов, за которой наблюдать очень интересно.

— Российские команды тоже объявляли о строительстве кубитов, нам можно надеяться поучаствовать в этой гонке?

— Деятельность в области сверхпроводящих квантовых битов в России существует, в последние годы она концентрируется в коллаборации нескольких лабораторий, принадлежащих разным учреждениям. Туда входит лаборатория Олега Астафьева в МФТИ, будет также построена его лаборатория в Сколтехе, лаборатория Алексея Устинова в МИСиС и лаборатория Валерия Рязанова в Институте физики твердого тела в Черноголовке, именно он руководит всем конгломератом. Это довольно удивительный по российским понятиям проект, который вполне успешно развивается. Но они, разумеется, в положении догоняющих, до Google им бесконечно далеко.

— Поздно начали?

— Да, сильно позже, к тому же все началось именно в США. Тем не менее сегодня делать систему из нескольких сверхпроводящих кубитов с вполне приличными характеристиками они научились. Дальше будет видно, потому что никто точно не знает, приведет ли конкретное направление, которое развивает Мартинес в Google, к настоящему успеху. Может оказаться, что нужно будет пойти несколько в другую сторону. Например, есть заманчивая теоретическая идея, сформулированная физиком Алексеем Китаевым, который когда-то работал у нас в институте, а в последние годы перебрался в США в Калтех. Он придумал, как можно было бы строить такие квантовые биты, очень хорошо защищенные от шума, используя некоторые физические принципы. Это очень красивая идея, и я не исключаю, что в конечном счете сыграет она. Пока сегодня сделано мало экспериментов в этом направлении. В любом случае все то, что делали до сих пор, даром не пропадет и будет использовано, даже если генеральное направление сменится.

— Так что, квантовый компьютер все-таки будет создан в обозримом будущем?

— Я думаю, будет, только вовсе не скоро.

Ведь с научной точки зрения создание квантового компьютера неизмеримо сложнее знаменитого атомного проекта. Сложнее — именно с точки зрения борьбы с законами природы.

Все посылы о том, что компьютер появится в ближайшее время, не более чем издержки социальной реальности. Видимо, это внушают широким слоям населения, чтобы получать постоянное финансирование. Но на самом деле проекты по созданию настоящего универсального квантового компьютера в США имеют глубину планирования лет 25 от сегодняшнего дня. Это у нас в стране на такой период времени всерьез ничего не планируют (хотя всякие такие «бумаги» нередко и пишут, но явно не придавая им значения).

Другое дело, что, вероятно, можно построить более простые квантовые машины, не являющиеся универсальными, но тем не менее вполне полезные. Что-то такое промежуточное удастся построить лет через пять.

— А, в принципе, у человечества есть задача для такого устройства?

— А кто отвечает за человечество? Кто нам скажет, какая перед ним стоит задача? Вот зачем нужно было человеку лететь на Луну? Кто его знает. Но кому-то это было интересно. Так устроено человечество, оно все время пытается забраться куда-то выше того, где находится сейчас.

Сверхтекучесть в тренде

— Очень много публикаций связано со сверхтекучестью. Насколько это перспективно?

— Просто это очень красивое явление. Сверхтекучесть исходно была обнаружена конкретно у жидкого гелия-4, состоящего из двух протонов и двух нейтронов. Петр Капица обнаружил, что, если жидкий гелий сильно охладить, он начинает вести себя странно: эта жидкость не имеет никакой вязкости и поэтому, например, сама собой может течь вверх по стенке сосуда. Согласитесь, странное зрелище. Первую теорию построил Лев Ландау. В дальнейшие десятилетия сверхтекучесть, как в теоретическом, так и в экспериментальном представлении стала одной из основ развития физики конденсированного состояния. Сама по себе сверхтекучесть гелия стала очень хорошей областью для исследований — из нее возникла масса очень важных идей в физике, которые затем применялись уже в других системах, получили практическое применение.

— Сверхтекучесть оказалась родственна сверхпроводимости?

— Да, сверхпроводимость была открыта еще в 1911-м Камерлингом-Оннесом, но первая теория сверхпроводимости была создана Гинзбургом и Ландау лишь в 1950-м. Уже тогда было ясно, что это явление будет иметь огромное значение.

После того как обе теории были созданы, стало понятно, что это похожие явления. До этого, естественно, никому и в голову это не приходило, какая связь между отсутствием электрического сопротивления ртути и странным поведением жидкого гелия. Потом выяснилось: эти абсолютно разные феномены описываются похожими уравнениями. Чтобы понять это, понадобилась работа ряда довольно крупных физиков. Было бы, к слову, интересно посмотреть, как эти самые физики пришли к подобным результатам, если бы им приходилось следовать той системе планирования и отчетности, которую требуют с нас сегодня...

— Ожидается, что в перспективе сверхпроводники смогут полностью изменить жизнь людей, так как они теоретически позволяют передавать электрический ток на любые расстояния без потерь…

— В будущем может быть и да, но это явление уже нашло многие применения. Например, в создании электромагнитов для ускорителей заряженных частиц (в том числе и на Большом адронном коллайдере) или в ядерно-резонансной томографии.

Острова науки

— Несколько лет назад вы выступили инициатором создания Корпуса экспертов. Цель была — разобраться, кто есть кто в российской науке. В каком состоянии проект сегодня?

— Корпус экспертов — это постоянно пополняемые списки экспертов по естественно-научным дисциплинам, отобранные на основе рекомендаций ученых. Сегодня это работающий механизм, который позволяет разобраться, кто чего стоит в науке. Когда мы его задумывали, ни у кого объективно не было сведений о том, как устроена научная среда в России. Попытки же ориентироваться на исчисление индекса цитируемости или на административный вес академиков одинаково неконструктивны. Значит, нужно было изобрести инструмент, который позволил бы действовать более разумно. Он создан, но нельзя сказать, чтобы кто-то его реально использовал.

— А кто на самом деле заказывал экспертизу?

— Был заказ со стороны образовательного департамента «Роснано», они хотели изучить, как в стране обстоит дело с образованием в области нанотехнологий. Мы провели довольно масштабную работу, но мне не показалось, что заказчики были довольны, так как результат не был комплиментарен в отношении деятельности самой корпорации. Но мы изначально хотели выяснить, как обстоит все на самом деле. Был еще ряд других заказчиков, например Российская венчурная компания. Но, конечно, их было относительно немного, и все они перечислены на сайте проекта.

— Очевидно, в корпусе экспертов больше всего оказалось именно физиков, с чем это связано?

— Во-первых, в целом в России физиков всегда было больше. Во-вторых, в разных областях науки ученые в разной степени заинтересованы в существовании такого рода механизма. Дело в том, что формирование списка зависело от людей, которые работают в той или иной области,— вначале мы рассылали письма ученым, которые фигурировали в списках с самым высоким индексом цитирования, и спрашивали, кого бы вы могли порекомендовать в качестве эксперта. В итоге больше всего отозвались специалисты по физике конденсированного состояния — ответили 40 процентов опрошенных, а в области физики высоких энергий — примерно 30 процентов. Видимо, сказывюется какие-то разные представления о жизни в этих сообществах. Физика высоких энергий всегда существовала вокруг крупных учреждений, крупных ускорителей, реакторов, поэтому социально она устроена как более монархическая система. В то время как физикой конденсированного состояния занимаются относительно небольшие группы людей, и такая инициатива снизу воспринималась как более естественная.

— А как распределена российская наука географически?

— Естественно, она в большой мере сконцентрирована в Москве и Московской области, хотя для разных наук распределение разное. Бросается в глаза ряд аномалий, например, в области химии. Колоссальная доля работников химических наук сконцентрирована в гигантских московских академических институтах. Но если посмотреть, откуда происходит какая-то заметная научная продукция, то окажется, что это Урал и Сибирь. Думаю, такие сведения должны стать предметом серьезного разбирательства. В Москве много влиятельных химических академиков, а вот что касается конкретного продукта деятельности возглавляемых ими учреждений, есть вопросы.

— Лет десять назад вы дали прогноз развития науки, написав, что останется лишь псевдонаука — то, что Ричард Фейнман назвал Cargo Сult Science: формальные признаки науки имеются, но интересных научных результатов нет. Насколько верными, на ваш взгляд, оказались эти предположения и что нас ждет еще через 10 лет?

— Предсказания, которые я тогда сделал, оправдались частично. Интенсивность разной имитационной деятельности вокруг науки возросла очень сильно, при этом какие-то очаги реальной науки еще живы. Сегодня идет тяжелая позиционная борьба, и к чему она приведет еще через 10 лет, сказать затрудняюсь. Поскольку, как я уже отмечал ранее, реального запроса на научные знания у общества нет, наука по существу остается частным делом людей, которые заняты добычей нового знания. С другой стороны, говорят, что в свое время христианство в Европе сохранилось преимущественно благодаря ирландским монахам. Когда с VI по IX век в континентальной Европе творилось бог знает что, знатоки этого предмета сбежали на удаленный остров и там окопались. А затем, когда успокоилось, вернулись и распространили свое знание на континенте. Сейчас есть люди, которые хотят заниматься наукой и умеют это делать, несмотря ни на что. Но удастся ли им расширить свой круг в будущем — предсказывать не берусь.