Как поймать свет

— Алмаз Фаттахович, расскажите, пожалуйста, чем вы занимаетесь сейчас. Уверена, что это из области сложных материй, поэтому по возможности понятно для несведущих.

— Знаете, в своё время я много работал в Швеции, и там, как правило, в конце проекта нужно написать: а теперь изложите суть вашей работы на полстраницы так, чтобы её поняла ваша жена.

Попробуем руководствоваться этим правилом и сейчас. Проще говоря, мы занимаемся повышением добротности оптических, инфракрасных и терагерцевых резонаторов. Добротность — самое главное качество всего и вся. И чем она больше, тем больше коэффициент усиления, чувствительность прибора и другие характеристики.

— А для чего нужны резонаторы?

— Для генерации, управления оптическим сигналом, его переработки. Эта область науки сейчас называется фотоникой.

— Перспективная область?

— Современная. В этой сфере разработки ведутся вовсю, разве что промышленное производство ещё не налажено. А может быть, где-то и налажено, я просто не знаю.

Но если говорить о ближайшей перспективе, то речь идёт об оптических компьютерах. Сегодня их создание — это проблема номер один. В чём состоят главные сложности с нынешними компьютерами? Они перегреваются. Процессоры стараются делать поменьше, и возникает проблема теплопоглощения. Поэтому сейчас, хотя серверы и маленькие, к ним нужна огромная система охлаждения. Оптические компьютеры хороши тем, что обходятся без омических потерь и не выделяют тепло. Хотя и у них есть свои проблемы. Это прежде всего паразитные отражения.

Кроме того, у современных компьютеров одна из самых важных характеристик — операционное время. Сейчас они «сидят» в области гигагерц. А оптика в тысячи раз быстрее. Так что это голубая мечта — оптический компьютер.

Современный ПК — это интегральная схема с миллионами транзисторов и диодов в одной полупроводниковой плате. Её базовый элемент — логическое устройство, которое перерабатывает входные сигналы в выходные, производя элементарные вычисления в виде сложения 0+0=0, 1+0=1, 0+1=1. Для этого нужен нелинейный объект типа транзистора. Вот всё это в оптике давно реализовано, и упаковать составляющие в одну интегральную схему ничего не стоит. Как говорил профессор Борис ЛУКЬЯНЧУК, один из последних аспирантов Льва ЛАНДАУ, всё практически решено — проблема в транспортировке оптической информации. Но решается и она.

— То есть ещё несколько лет — и оптические компьютеры станут реальностью?

— Так всегда говорят. Но рано или поздно всплывают проблемы. Одна из серьёзных состоит в том, что у волновых процессов, на которых строится работа оптического компьютера, есть отражение, которое может привести к его поломке. Как она решается на сегодня, честно говоря, не знаю.

Объект моей работы — часть оптического компьютера, оптический резонатор и волновод. Нужно, чтобы добротность этих фундаментальных устройств фотоники была как можно выше. Как бывает обычно: чтобы поднять добротность, стараются как можно лучше изолировать систему от окружения. Но в 1985 году Харольд ФРИДРИХ и Дитер ВИНТГЕН сформулировали идею полной деструктивной интерференции. Если сблизить два колебания — а это волновой процесс, — они постараются одновременно выйти из «комнаты». Однако если настроить их так, чтобы они выходили в противофазе, тогда колебания в попытке выйти из резонатора начнут друг друга гасить. В итоге произойдёт запирание колебания резонатора. Это будет теоретически бесконечная добротность. Но на практике, конечно, всегда найдутся вещи, о которых мы забыли и из-за которых добротность останется большой, но конечной. В частности, материальные потери.

Идея полной деструктивной интерференции формулирует связанное состояние в континууме, которое впервые было показано на заре квантовой механики Юджином ВИГНЕРОМ и Джоном фон НЕЙМАНОМ ценой весьма необычного потенциала. Поэтому до работы Фридриха и Винтгена всё это казалось математической экзотикой. Мы же переложили идею связанных состояний в континууме к электродинамике, в частности к оптике, — это наш приоритет.

В оптическом диапазоне это означает, что свет может быть заперт в различных диэлектрических структурах, хотя, пожалуйста, пространство открыто. То же работает и для акустики — звук не может выйти. В этом году я несколько раз ездил в ИТМО, Санкт-Петербургский институт точной механики и оптики. Там они уже поставили по нашей теории эксперимент, и он оказался успешным.

— А в мировой науке занимаются этой темой?

— Сплошь и рядом. В журналах появляется всё больше статей про этот способ увеличить добротность.

— Сейчас фотоника, а раньше какая отрасль физики входила в сферу ваших научных интересов?

— Микроэлектроника. Примерно в 1994 году я и несколько моих коллег уехали в США, в лабораторию Лос-Аламос, и там занимались исследованиями в этой области. Благодаря этому купили компьютер и привезли его в Красноярск — весь Академгородок приходил на него смотреть. Тот компьютер помог решить серьёзные научные задачи.

Также я занимался изучением того, как происходит утечка колебаний в континуум свободного пространства в Институте Макса Планка в Дрездене вместе с легендарной Ингрид РОТТЕР. В ходе работы обнаружилось явление, когда затухание по непонятным причинам исчезало. Тема меня очень заинтересовала, и оказалось, что она уже была известна ядерной физике. Так что наша роль была скромной: переложить её на язык радиофизики, акустики и оптики. В 2008 году мой коллега Евгений Николаевич БУЛГАКОВ и я опубликовали первую работу о возможности реализовать связанные состояния в континууме в фотонных кристаллах, и через несколько лет экспериментальная группа под руководством Моти СЕГЕВА поставила эксперимент. Сегев — один из самых больших авторитетов в фотонике, и многие учёные вслед за ним поняли, что это интересно. Так эта область начала развиваться и стала заметной.

— Котируется ли вообще красноярский Институт физики в научном мире?

— Да. Во всяком случае, рейтинг института высокий — он во втором десятке академических институтов России. В мире тоже о нас знают, и приятно видеть, что на наши работы ссылаются.

— Вы окончили Казанский университет. Как оказались в Красноярске?

— В Казани я окончил не только университет, но и аспирантуру. Переехал сюда потому, что после защиты кандидатской диссертации в 1974 году мне сразу предложили в Красноярске и работу, и квартиру. Мы прибыли сюда вдвоём с женой, моей однокурсницей, которая тоже занималась экспериментальной физикой.

Тогда я получил приглашение на должность старшего преподавателя кафедры оптики и спектроскопии КГУ. И ребята в Казани посоветовали мне: уезжай не раздумывая. В Казани, чтобы стать доцентом, надо всю жизнь проработать, а в Сибири сделать научную карьеру было проще.

— Чем вас поразила Сибирь?

— Конечно, холодной погодой. Вторым ярким впечатлением были Столбы. Я только начал преподавать, когда студенты-третьекурсники потащили меня на скалы. С тех пор я очень полюбил Столбы и в молодости часто ходил туда. А ещё очень чистая вода… Ну и, конечно, я не ожидал такого высокого уровня развития науки, такой научной атмосферы в Институте физики им. Л.В. Киренского.

— Каким был ваш собственный путь в науку?

— Прямолинейным. Я не из семьи учёных, так что, можно сказать, всё получилось случайно. В Казанский университет я даже не собирался.

Мы жили в Татарстане, в городе Альметьевске. О физике я и не думал, собирался поступать в Казанский авиационный институт. Но в конце школы мне в руки вдруг попала книжка о физике. Там была статья о Семёне Александровиче АЛЬТШУЛЛЕРЕ, написанная его аспирантом Игорем ТАММОМ. Они ещё в 1944 году открыли, что слабые взаимодействия затихают экспоненциально. Альтшуллер и Тамм не успели опубликовать свои выводы, и позже эти явления независимо открыл японский учёный Хидэки ЮКАВА, получивший за свои исследования ядерных сил Нобелевскую премию. Они известны как юкавские взаимодействия.

Так вот, эта книжка так мне понравилась, что я поехал поступать в Казанский госуниверситет на физфак. А вообще с самого детства паял радиоприёмники и собирался в радиофизики. Уже на втором-третьем курсе прочитал всё что можно — меня перевели на индивидуальную программу обучения и разрешили не ходить на лекции.

В Красноярске мне крупно повезло. Теоретическим отделом руководил Вальтер Алексеевич ИГНАТЧЕНКО, а в институте работали выдающиеся учёные — например, мировая величина Георгий Моисеевич ЗАСЛАВСКИЙ, Кирилл Сергеевич АЛЕКСАНДРОВ. Эти физики задали тон, что сказалось на судьбе института самым положительным образом. Заверяю вас, в Казани не было такой атмосферы увлечённости, как в Красноярске, хотя там тоже работают сильные учёные.

— Эта атмосфера сохранилась и сейчас?

— Частично. Но критерии честности, добросовестности в научной работе сохранились. Это особенно заметно на фоне того, как Россия постепенно теряет свои позиции в мировой науке и образовании. Меняются руководители, но институт держит марку.

— У вас не было мысли уехать работать за рубеж?

— В Лос-Аламосе в 1990-е меня просили остаться. И я даже принял приглашение. Мне дали два месяца, чтобы забрать семью и привезти в Америку. Но что-то там в итоге не сложилось, и я остался в Красноярске. Правда, это был первый и последний раз, когда мне хотелось уехать за границу на постоянную работу. Это был конец тысячелетия, когда люди в академической, да и не только в академической среде буквально нищенствовали. Спустя многие годы меня пригласили участвовать в конкурсе на замещение вакантной должности заведующего кафедрой теоретической физики в Швеции, но я, поразмыслив, отказался. Мой давнишний коллега Карл-Фредрик БЕРГГРЕН, в ту пору завкафедрой теоретической физики в Университете Линчёпинга, до сих пор упрекает меня за отказ.

— А почему отказались?

— Причин много. Незнание шведского, слишком большая кафедра… Но главное, я тогда не знал, как решить проблему с семьёй. Дочери ещё были маленькими, пришлось бы полностью менять сложившийся распорядок жизни. Конечно, за границей, в Швеции, Германии, куда я особенно часто ездил, в 1990-е было, в отличие от России, стабильно и безопасно. А вот сейчас, честно говоря, большой разницы в качестве жизни здесь и там я уже не вижу.

— Но в состоянии науки она есть, так?

— Увы. Считаю, реформа РАН нанесла большой ущерб нашей науке. Но тут надо делать скидку на то, что мне 70 лет: может быть, это просто старческое брюзжание. Моё скорее отрицательное отношение к нашим реформам отчасти связано с тем, что институт утонул в бумагах. Недавно я ходил в отдел кадров и — не преувеличиваю — расписался в разных документах больше ста раз! А чтобы выполнить майский указ президента о повышении зарплаты, завлабов перевели на половину ставки. И я теперь числюсь на половине ставки заведующим лабораторией и ещё на полставки главного сотрудника. То есть на одну половину собой руковожу. И для командировки или отпуска приходится готовить по два комплекта документов.

Плюс, например, сейчас учредили Российский научный фонд — и решение, кому давать гранты, вновь стало камерным. Во всяком случае проекты, которые я поддерживал, не получили ничего.

— Что с преемственностью? Есть кому передать своё дело, научную атмосферу, которая сложилась в институте?

— На сегодня уровень всех наших сотрудников очень высок. Но молодых, к сожалению, мало, для них нет ставок. Новые ставки не дают. И своих аспирантов, студентов я стараюсь поддержать морально, беру с собой в зарубежные научные поездки. Хотя отмечу, что появилась масса грантов для молодых учёных — это очень хорошо.

— Сегодня стремятся к тому, чтобы центрами науки стали университеты, как за границей. Как вы относитесь к таким решениям?

— Действительно, европейские вузы занимаются серьёзной наукой. Но и там есть исключения: шведский Лунд, система институтов Макса Планка в Германии. У нас пока мало хорошей университетской науки. Она есть в Новосибирском университете, Томском университете, МГУ. В СФУ, по-моему, занимаются интересными разработками в биологии. А вообще в науке главное – лидеры. Хотите хорошую науку? Найдите научных лидеров, причём относительно молодых.

— В своё время физфак КГУ, где вы преподавали, дал очень много выпускников, которые стали ключевыми фигурами в разных областях красноярской науки и экономики. Наверное, у физиков особое мышление?

— Что касается мышления, то самые особенные в этом смысле математики. Есть такой анекдот: едут в поезде, в одном купе, по Шотландии астроном, физик и математик. За окном пасутся овцы. Физик говорит: «О, здесь примерно 1000 чёрных овец». Астроном: «Нет, 967». Математик: «Да, я вижу 967 овец, которые, по крайней мере,
с одной стороны чёрные».

Но вообще вы правы, физики тоже мыслят нестандартно. Особенности мышления физика-теоретика состоят в том, что мы постоянно пытаемся понять, в чём причина явления и как это работает.

— Какую часть вашей жизни занимает наука? Пишете ли вы монографии и другие научные труды, приходится ли работать по ночам?

— В молодые годы я работал по 14 часов без перерыва, днём читал лекции, вечерами и ночами занимался наукой… Это время с возрастом стало уменьшаться, и сейчас я посвящаю научным занятиям относительно немного, по 6–7 часов в день. Монографий не пишу, но над статьями работаю постоянно — требуется публиковаться, от этого зависит индекс цитируемости, а значит, предоставление грантов и положение всего института. Не уверен, что это хорошо, но, с другой стороны, как ещё оценивать продуктивность работы научных учреждений?

— Чем физики-теоретики занимаются в свободное время?

— Спортом. Люблю лыжи. Общаюсь с внуками — у меня их трое. И я много езжу.

— Где предпочитаете бывать?

— Мой любимый город для рабочих поездок — Бильбао в Испании: мы сотрудничаем с Университетом Страны Басков. И ещё мне очень понравилось в Китае, в Шанхае. Второго января снова улетаю в Китай — в город Гуанчжоу, китайское Сколково.

— Как вы оцениваете китайскую науку?

— Как феноменальное явление. Думаю, что секрет этого лежит в древней китайской цивилизации. Когда-то в Санкт-Петербурге, в Кунсткамере, я увидел один экспонат — китайский шар, сделанный из единого куска слоновой кости. Он состоял из 12 сфер, которые вращались независимо друг от друга. Удивительно, как можно было сделать такое! Мастер скальпелем прорезал первую сферу, отделял её от шара, повторял то же со второй… Для этого нужны колоссальная усидчивость и терпение. Они нужны и чтобы выучиться писать иероглифами. А Великая Китайская стена, которую, кажется, невозможно было построить? Потрясающее трудолюбие людей в конце концов привело к бурному развитию науки в этой стране. Кроме того, в Китае как нигде велико уважение к носителям знаний, к старикам. Наверное, всё вместе это сказалось на сегодняшних результатах китайцев.

Кстати, напомню, что в 1950-е годы японские товары тоже имели репутацию вещей низкого качества. Японцы, как и китайцы, тогда занимались грубым копированием, но потом произошёл резкий качественный скачок. То же происходит в Китае. Многие китайские товары сегодня очень высокого качества, и на глазах растёт уровень их научных работ.

Конечно, лидирует в мире по-прежнему американская наука, которая выросла после Второй мировой войны. Но китайцев больше, и они возьмут своим трудолюбием. Проблема только в том, что у них не было научной школы, а это в науке главное.

К сожалению, Россия свою научную школу во многом потеряла. Знаете, почему падают космические корабли? Потому что исчезла школа, старому поколению было некому передавать свой опыт. Деньги решают не всё, потеря преемственности — это очень серьёзно.

— Алмаз Фаттахович, что сегодня передовой край физики?

— Материаловедение. Создание новых материалов с требуемыми свойствами, молекулярная инженерия, наноструктурная инженерия. Недаром Нобелевскую премию дали Артуру АШКИНУ, который впервые продемонстрировал, что маленькие частицы можно брать и передвигать лазерным пучком. Так называемый лазерный пинцет — это сейчас одно из самых серьёзных направлений в этой области.

А вот решение фундаментальных проблем… Это по определению передний край. Всегда есть «проблема матрёшки»: из чего сделан атом, протон, кварк, электрон, что такое пустота, что такое бесконечность… Эти вопросы никогда не будут решены до конца. Но физики ими по-прежнему занимаются — например, в институте Дубны, в МГУ.

Да, знаете, какая проблема в физике может быть отнесена к фундаментальным? Мы до сих пор не понимаем, что такое вода. Почему при охлаждении она расширяется, в то время как все тела, напротив, сжимаются?

А ещё физика никогда не объяснит, что там, за горизонтом — он всё время отодвигается дальше и дальше.