Алексей Копьев — кандидат физико-математических наук, заместитель заведующего кафедрой проблем физики и астрофизики ЛФИ МФТИ на базе Отделения теоретической физики (теоротдела) им. И. Е. Тамма ФИАН, старший научный сотрудник лаборатории проблем физики космоса ОТФ ФИАН, область интересов — магнитное динамо, турбулентный перенос, проблема турбулентности.
В интервью Алексей Викторович рассказал о кафедре, о том, как ученые-теорфизики ищут решения нерешаемых задач, о недавних достижениях искусственного интеллекта и его роли в науке и учебе, о потрясающей книге и о том, зачем стоит идти в теоретическую физику.
— Алексей, расскажите о вашей кафедре. Какой наукой занимаются у вас студенты?
— Для начала совсем немного истории. Наша кафедра была создана на базе теоротдела ФИАН в 1968 году по инициативе выдающегося ученого и организатора науки Виталия Лазаревича Гинзбурга. Руководителем теоротдела тогда был Игорь Евгеньевич Тамм, учитель Гинзбурга. Круг вопросов, выбранный Виталием Лазаревичем для специализации кафедры, во многом определялся его собственными интересами, это астрофизика и сверхпроводимость. Однако кафедра во все времена выпускала специалистов в самых разных областях теоретической физики. В широкой массе разных поколений физтехов кафедра коротко зовется кафедрой Гинзбурга.
Что сказать про день сегодняшний? Последнее время у нас появились интересные дипломные работы по физике Стандартной модели. Есть возможность заниматься нелинейной физикой, турбулентным переносом, физикой горения. Первокурсникам обычно очень нравится, что у нас также занимаются работой мозга с теорфизических позиций. Действительно, у нас есть сильная научная группа под руководством Андрея Александровича Полежаева, ученика Чернавского, которая занимается теоретической биофизикой. Но, конечно, основной упор делается на классических для кафедры направлениях: астрофизике и теории конденсированного состояния.
Помимо широты тематик, важным для наших исследований является именно физическое существо вопроса, а не математически строгая формулировка проблемы. Хотя и то, и другое по-своему важно, конечно.
Для иллюстрации того, насколько далеко друг от друга могут быть эти вещи, расскажу забавную историю про Виталия Лазаревича. Как известно, он организовывал известнейшие общемосковские семинары (заметка об этих семинарах даже как-то появилась в журнале, Nature или Science, не могу вспомнить), которые посещала вся научная Москва. На этих семинарах сам Виталий Лазаревич брал роль активного слушателя, не стесняясь задавать самые наивные вопросы, если ему что-то было непонятно.
Однажды один докладчик выступал как раз с очень математически формальными вещами, а Виталий Лазаревич, разумеется, донимал его вопросами. И вот, отчаявшись понять хоть что-то, Виталий Лазаревич спрашивает: «Ну а это у вас что на доске написано?!» Ответ был обескураживающим: «это уравнение Гинзбурга—Ландау», то самое, за которое Гинзбург получил Нобелевскую премию в 2003 году. Представляете, математики настолько видоизменили уравнение, что сам автор не смог ни узнать его, ни понять, о чем работа!
Резюмируя, скажу, что наша кафедра выпускает теорфизиков широкого профиля, причем делает это уже почти шесть десятилетий.
— И все же… Теорфизических кафедр на ЛФИ много, чем ваша отличается от других?
— Говоря об отличительных особенностях, давайте, во-первых, разделим их на системные (то есть связанные с базовой организацией, учебным планом, темами дипломов) и несистемные (связанные с конкретными людьми кафедры).
Базовая организация кафедры — теоротдел ФИАН — буквально пропитана уникальным духом школы Игоря Евгеньевича Тамма. Хотя с тех пор сменилось уже не одно поколение физиков, атмосфера жива. Это чувствуется, скажем, в тех историях, которые вспоминаются при случае на семинарах или на Ученом совете (одной я уже поделился). Они играют роль своеобразного ориентира.
Учебный план и темы дипломов, как мы уже с вами обсудили, на кафедре максимально разнообразны и насыщены. Но никакой учебный план не будет работать без людей, которые в это вкладываются. Преподаватели у нас выдающиеся: очень много увлеченных молодых ребят (осмелюсь и себя к ним отнести) и маститых профессоров. Все занимаются актуальными проблемами теоретической физики, по которым и читают свои курсы.
Я сейчас, кстати, говорю об этом как об отличиях, потому что мы сами на кафедре эти вещи ценим. Но каждое названное мной отличие по отдельности, думаю, для ЛФИ не уникально. В теоротделе базируется еще одна кафедра, кроме нее есть кафедра, тесно ассоциированная с теоротделом. Множество дисциплин у нас читается совместно с другими кафедрами (с пятью!), и вообще разнообразные аспекты наблюдаемой физики — под микроскопом не только у нас, но и у других кафедр. Уровень преподавателей и базовых курсов на ЛФИ просто блестящий. Курсы многих кафедр лежат в интернете (к сожалению, у нашей кафедры пока что нет отснятых курсов).
Так что на ваш вопрос тяжело дать четкий ответ. Подойдет кому-то конкретно именно наша кафедра, наши задачи, подходы или нет — вопрос, как говорится, «химии». Но я во всяком случае обещаю, что учиться студентам у нас будет сложно и интересно.
— А как устроено обучение студентов на вашей кафедре?
— Сначала, на первом-втором курсах в рамках мастер-классов «Горизонты физики», мы стремимся познакомить ребят с теми дисциплинами, которые укладываются в классическую физику и могут быть изложены на относительно элементарном уровне. Скажем, многие интересные астрофизические явления могут быть объяснены с использованием закона Фарадея, который хорошо знаком со школы. Там же обсуждают парадоксы, которые требуют важного и вдумчивого анализа. Есть множество нюансов, о которых можно рассказать на вполне достойном, не научно-популярном уровне.
На других «горизонтах» нашей кафедры мы даем представление о понятии случайности, о методах, не требующих применения сложных математических дисциплин, где достаточно знаний математического анализа и линейной алгебры. И в конце курса доходим аж до современных результатов в теории лагранжевой турбулентности и, как ни странно, до фейнмановской интерпретации квантовой механики. При этом мы стараемся проиллюстрировать красоту теоретической физики, чтобы студенты могли определиться, подходит ли им эта область.
Мое глубокое убеждение заключается в том, что знание в теоретической физике получается исключительно путем самостоятельного решения задач. С этой мыслью мы и отбираем людей на кафедру по результатам «горизонтов» — тех, кто готов самостоятельно решать задачи. Очень важно любую развиваемую тему доводить до конца, до конкретного результата, при этом не обязательно бросаться на все подряд. Поэтому для поступления достаточно успешно пройти один из двух мастер-классов.
Далее, на третьем курсе мы начинаем семинары с дополнительными главами теорфизики. Задачи постоянно решаются и обсуждаются у доски. Студенты сами обсуждают во время семинаров решения и задают друг другу вопросы, часто возникает атмосфера настоящего научного семинара. Одновременно с этим у них в рамках базовой программы начинают читать квантовую механику, и у нас на кафедре тоже становится очень много всякой квантовой физики. Кроме того, после физтеховского курса теории электромагнитного поля идет монолитный курс по эйнштейновской теории гравитации, а с другой стороны, ведется и более современное изложение классической теории поля. Плотная программа нужна для того, чтобы на четвертом курсе успеть дать современные дисциплины.
Однако выбор научного руководителя происходит в начале четвертого курса, так что выбирать область исследования все равно необходимо немного по наитию. Все же мы надеемся, что студент уже немало знает, он может сказать: мне нравится вот это. В бакалаврской работе решается небольшая задача, это знакомство. Дальше есть возможность тему исследования поменять в магистратуре, но это редкость. И в магистратуре уже два года есть на то, чтобы написать хорошую работу, погрузиться в тему и стать специалистом. Это и есть наша основная цель — подготовить специалистов.
— Алексей, а где ваши выпускники работают? И достаточно ли зарабатывают теорфизики?
— Я бы мог привести впечатляющую статистику трудоустройства наших выпускников в научные центры России и мира, но не вижу в этом конструктива. Мир стремительно менялся всегда, а сейчас так просто кувыркается. Ориентироваться надо только на самого себя и на свое образование — его у вас никто не отнимет.
Мы образовательная кафедра, так что наша задача не трудоустроить, а научить, подготовить специалиста. Такой человек будет в любом случае востребован, а его научный руководитель, конечно, использует те возможности, которые у него есть, чтобы дополнительно помочь.
Вопрос, который интересует студентов: может ли выпускник-теорфизик обеспечить себя материально? С какого момента в карьере появляется возможность обеспечивать себя? И какие еще есть возможности ученому поправить свое положение? Это, например, административная и образовательная работа?
Есть такая забавная фраза знаменитого физика и педагога Льва Андреевича Арцимовича: «Наука — это лучший способ удовлетворения личного любопытства за государственный счет». Говоря серьезно, она мне не близка, потому что кто там за чей счет, это еще вопрос. Но она помогает философски принимать зависимость от обстоятельств.
На мой взгляд, сейчас зарплата ученого в фундаментальной науке, как говорится, приемлемая. У нас в институте она складывается из маленького оклада и более существенной надбавки за выполнение госзадания, которая зависит от публикационной активности. Но у начинающего специалиста она, как правило, невелика. Кроме того, после защиты диссертации возможно участие в дополнительных проектах Российского научного фонда. Это требует инициативности и готовности тратить время на бумажки и отчеты.
Кому-то этого достаточно, кому-то мало, поэтому часть людей подрабатывают. Самый популярный вариант — в школе или в институте. Но необязательно, у нас в отделе есть и музыканты, и театралы!
Теперь по поводу стандартных сложностей, характерных для конкурентных позиций. Для того чтобы вас взяли на работу, в институте должна быть вакансия. То есть ваш потенциальный научный руководитель должен иметь соответствующие возможности, чтобы пригласить вас на стажировку с перспективой дальнейшей работы. Обычно все складывается удачно, и вашим основным местом работы становится институт.
Но еще раз подчеркну непостоянство ситуации. Просто вдумайтесь: если мысленно по очереди произнести декады, скажем 60-е, 70-е и далее до наших 2020-х годов, то на каждое десятилетие возникнет вполне конкретный ассоциативный ряд, связанный именно с этим временем. Это касается и политики, и технологий, и приоритетных направлений.
А ведь от поступления на первый курс до защиты диссертации, формального атрибута самостоятельного ученого, проходит как раз десять лет. Жизнь в России (да и в мире) меняется за десять лет коренным образом. Это нужно учитывать. Теоретика поддерживает в первую очередь определенная одержимость своей задачей (не только она, конечно, поэтому люди и подрабатывают, но в большой степени она).
— Как раз сама хотела спросить об этом, как устроена работа ученого, который занимается теоретической физикой? Как у вас получается думать над проблемой, на которую еще никто не нашел ответа, и непонятно, удастся ли вам найти этот ответ?
— Ландау ярко сказал в свое время: «Как вы можете решать задачу, ответа на которую вы не знаете заранее?» Так что на самом деле все-таки мы часто занимаемся задачами, которые наверняка решаемы. Но при этом смотрим на проблемы, которые являются великими. Когда я был студентом, заведующий нашей кафедрой Кирилл Петрович Зыбин, мой научный руководитель, говорил мне, что нужно заниматься великими задачами. Неизвестно, получится или не получится, но заниматься надо великими задачами.
Что такое заниматься великой задачей? Как представляет математик Александр Леонидович Смирнов, есть некая вершина (для него это гипотеза Римана), которая сияет и манит. Ты идешь вдоль ее подножия, смотришь и думаешь, как бы добраться до этой вершины. А пока идешь, видишь: вот здесь лежит такой способ, и он может помочь. Например, находишь хорошую веревку, которая подтянет тебя повыше, поможет забраться на какой-то уступ. Ты берешь эту веревку, изучаешь, как она работает, и пытаешься с помощью нее проложить путь. Этот процесс и называется научным поиском. И, продолжая эту аналогию, изучить свойства веревки — обычно решаемая задача. Так вот путем решаемых задач и пытаешься подобраться ближе к решению задач великих.
— Как выбрать ту самую вершину? Как студентам определиться, куда карабкаться?
— Почему ты хочешь изучать тот или иной объект — интересный вопрос, и у меня нет на него ответа. Почему мне захотелось заниматься турбулентностью, я не знаю. Но именно она мне до сих пор интересна. А вообще выбор обычно осознанная вещь. То есть когда ты познакомился с методами, которые есть в различных науках, с дисциплинами, то можешь выбрать и сказать: да, вот этим я хочу заниматься.
— Видимо, на довольно высокий пригорок удалось забраться двум студентам вашей кафедры, а сейчас аспирантам Арсению Истомину и Федору Князеву, которые стали лауреатами медалей РАН за исследование в области астрофизики. Это большой успех, который достигнут упорным трудом.
— Да, от души поздравляю еще раз ребят и их научного руководителя Василия Семеновича Бескина. Конкурс на эти медали поистине астрофизических масштабов, гордимся! Кстати, я не сказал, что в самом первом семестре Василий Семенович знакомит первокурсников с нашей кафедрой в рамках своего факультатива «Астрофизический кофе». Василий Семенович начал читать свой факультатив еще до появления программы мастер-классов «Горизонты физики», я ходил на него студентом.
Курс был двухгодичный, а сейчас следующее поколение преподавателей ведет «горизонты», и семинар стал неформальным знакомством с кафедрой в первом семестре. Ближе к началу года мы опубликуем, где и когда это будет проходить.
— А есть ли возможность познакомиться с кафедрой в целом или отдельными научными тематиками в рамках небольших мероприятий, например, в каникулы?
— В этом году мы организовали для студентов летнюю стажировку в крупнейшей обсерватории САО РАН, расположенной в научном поселке Нижний Архыз. Мы провели конкурс не только среди студентов и аспирантов кафедры, но и первокурсников, которые посещали «горизонты» нашей кафедры, и всех, кто рассматривает поступление на нашу кафедру и интересуется астрофизическими исследованиями. Когда я учился на кафедре, эти поездки проходили каждый год, рад, что появилась возможность возобновить эту замечательную традицию, надеюсь на это. Кстати, ребятам, которые вернулись, я предложил продолжить свои проекты с работниками САО в рамках программы «Научный ментор».
— Замечательно, что вы упомянули программу «Научный ментор». Ваша кафедра ведь в ней участвует?
— К сожалению, мы и не очень активно участвуем в ней пока. В прошлом году предлагали проекты Василий Семенович Бескин, Артем Посадский и я. Но я, конечно, в восхищении от того, что сделали Елена Ланина и Никита Колганов, основатели программы «Научный ментор». Я от организации небольшой стажировки в Нижний Архыз на стену лез, а тут такой масштаб. Надо пообщаться с ребятами, поучиться их опыту.
— Скоро начнется учебный год, и уже не получится отправить заявку на летнюю стажировку. Может быть, вы посоветуете, что почитать тем студентам, которые интересуются теоретической физикой?
— Могу. Эту книжку я прочитал сравнительно недавно. И до чего же она хороша! Она будет и младшекурсникам полезна, и вообще всем. Ее автор, к сожалению очень-очень рано погибший, Матвей Бронштейн. Он, между прочим, был сотрудником теоротдела и очень близким другом Льва Ландау, который отзывался о нем как о совершенно гениальном человеке. Книга называется «Солнечное вещество» и посвящена открытию гелия.
Книга, мне кажется, не теряет актуальности. Она учит тому, как дотошность в исследованиях приводит к грандиозным открытиям. Меня она, например, отрезвила от скепсиса по поводу продолжающихся сложнейших прецизионных исследований на коллайдерах, когда Стандартная модель раз за разом столь точно описывает все наблюдения.
Приведу еще один пример. Был такой физик в XIX веке Саймон Ньюком, который пытался объяснить смещение перигелия Меркурия методами классической физики. Мы, кстати, со студентами на третьем курсе в рамках дополнительных глав теоретической механики рассчитываем, как классические эффекты влияют на смещение перигелия Меркурия, это на порядок более сильный эффект, чем знаменитая поправка Эйнштейна.
Так вот, Ньюком проделал колоссальную и очень техническую работу, чтобы обосновать, что никакие классические объекты не могут объяснить отклонение теории Ньютона от наблюдений в смещении перигелия. Без этого результата невозможно представить создание Общей теории относительности.
И именно о том, как скрупулезное копание в поисках истины приводит к фантастическим результатам в науке, эта книга. Добавлю, что она написана удивительным языком и читается, как настоящий детектив. Потрясающая книжка!
— Сегодня ученым в поиске истины все больше помогают технологии, в том числе технологии искусственного интеллекта. А теорфизики пользуются возможностями ИИ?
— Конечно! Это полезный инструмент. Я познакомился с ним два года назад, когда потребовалось написать код на Python. Написал цикл, но поначалу он очень медленно обрабатывал объем данных. И тогда нейросеть помогла мне написать эффективный код. Она сделала это очень быстро, и ее код работал! Мне даже не пришлось выделять целый месяц, для этой задачи. И первое знакомство с таким мощным инструментом произвело на меня огромное впечатление.
Это хороший метод, но для того чтобы он работал, нейронную сеть нужно правильно спрашивать. Совсем недавно вышла новость о том, что искусственный интеллект нашел контрпример к известной гипотезе якобиана. И в комментариях к сообщению автора другие математики пишут: «Мне интересно посмотреть, что напишет мой коллега, который это сделал, о том, как он спрашивал нейронную сеть».
Новый инструмент входит в нашу жизнь, и нужно к этому правильно относиться, в том числе и в образовании. Можно консультироваться с искусственным интеллектом, готовиться вместе с ним к экзамену. Но одно дело — смотреть, как решается задача, а совсем другое — решать ее самостоятельно. Это совсем разный уровень вникания в проблему.
Для того чтобы что-то понять, нужно решить задачу самому. Нужно взять и сделать ее от начала до конца. Если ты просишь это сделать искусственный интеллект, то это примерно как готовое домашнее задание купить. Допустим, ты поймешь, разберешься и сможешь воспроизвести решение. Но только то, что ты с самого начала сделал сам и написал сам, представляет ценность. Если задачи не решаются самостоятельно, не сдаются, не обсуждаются, то это не обучение.
В целом у меня прагматичное отношение к искусственному интеллекту. Меня, конечно же, как и других, он иногда восхищает, иногда ужасает, это естественная реакция. Но если есть инструмент, им нужно пользоваться, и пользоваться, естественно, правильно. В общем, это очень сильный инструмент, который, если находится в умелых руках, то, безусловно, эффективен.
— И последний вопрос. А зачем идти в теоретическую физику? Как бы вы ответили, если бы вас об этом спросил первокурсник?
— Вопрос очень сложный и, по правде сказать, в голове сразу возникают противоречивые мысли. Я попробую ответить просто.
Когда начинаешь самостоятельно решать задачи, это пробуждает невероятное вдохновение. Оказывается, что владение математическими методами позволяет отвечать на вопросы и правильно задавать новые. Это то, что в XX веке было названо «непостижимой эффективностью математики в естественных науках». Да и просто становится интересно решать задачи. Ведь это же еще и очень красиво: красивые методы, с помощью которых можно понимать и открывать красивые вещи.
