Введение

Уважаемые коллеги!

Московское физическое общество приняло решение провести Олимпиаду «Физика и перспективные нанотехнологии». В этой ситуации можно перефразировать вопрос М.Жванецкого «Нанотехнологии это что-то новое или чем физики давно занимаются?». Любознательным физикам можно порекомендовать ознакомиться с брошюрой академика В.Л. Гинзбурга «О физике и астрофизике», третье издание которой вышло в 1980 году в издательстве «Наука». В ней он обсуждает «какие проблемы представляются сейчас особенно важными и интересными». Прочитав эту брошюру можно прийти к выводу, что все, что сейчас реализуют как задачи нанотехнологии, в 1980 году являлось предметом теоретической или практической деятельности физиков. Считаю полезным ознакомить Вас с текстом Введения к третьему изданию написанного В.Л.Гинзбургом.

Введение к третьему изданию

Физики и астрофизики заняты в настоящее время изу­чением огромного количества различных вопросов. В по­давляющем большинстве случаев речь идет о вполне разумных задачах, о попытках если и не разгадать за­гадки природы, то все же узнать нечто новое. О любых таких вопросах трудно сказать, что они не интересны или не важны. Да и вообще нелегко сколько-нибудь последовательным образом определить, что значит «не важно» и (или) «не интересно» в науке. Вместе с тем фак­тически иерархия проблем и задач, безусловно, суще­ствует. Она действует на практике и отражается на всей научной (а иногда и не только научной) жизни. Нередко выделение «особенно важных» физических проб­лем происходит в силу их потенциального технического или экономического эффекта, часто это связано с осо­бой загадочностью вопроса или с его фундаментальным характером, но иной раз является данью моде или осу­ществляется под действием каких-то непонятных или случайных факторов (вопросы, относящиеся к послед­ней категории, мы, разумеется, постараемся не обсуж­дать).

Составление списков «важнейших проблем» и коммен­тариев к ним уже не раз предпринималось. В таких случаях нередко созываются совещания или создаются специальные комиссии, которые заседают и порождают довольно объемистые документы. Не берусь делать обоб­щений, но могу констатировать, что не видел, чтобы эти записки о важнейших проблемах читали с большим интересом. Видимо, специалистам в них нет особой нуж­ды, а представителям более широкой «публики» они не кажутся привлекательными (другое дело, что такие до­кументы могут оказаться необходимыми при решении вопросов организации науки и ее финансирования).

Между тем может ли физиков и астрономов, особенно начинающих, не интересовать простой вопрос: где сейчас «горячо» в физике и астрофизике? Или, другими словами, какие проблемы физики и астрофизики представляются в данный момент особенно важными и интересными? Исходя из предположения, что такие во­просы действительно интересны для достаточно широкого круга читателей, и сделана попытка ответить на них в настоящей небольшой книжке. Таким образом, это не плод работы комиссии и даже не результат каких-либо специальных разысканий, как выражаются литературо­веды, а лишь «частное мнение» автора. Поэтому можно, по крайней мере, избежать сухости и строгости более или менее официальных документов.

Ниже перечисляются проблемы, которые мне кажутся сейчас относящимися к категории особенно важных и интересных, но вместе с тем не делается попыток ни точно определить сами понятия «важное» и «интерес­ное», ни мотивировать характер отбора. Каждый вправе иметь собственное мнение на этот счет и ни с кем не обя­зан его «согласовывать» до тех пор, пока не делается, какая-либо попытка объявить свое мнение апробированным или лучшим, чем другие возможнее суждения. Никаких таких попыток, не говоря уже о предложениях организационного типа, автор заведомо не предпринимает и, желая подчеркнуть «личный» характер изложения, не стремился даже, как это принято в научной литературе, избегать употребления местоимений «я», и «мне» и т. п.

Было бы любопытно, а быть может, и полезно сравнить списки «важнейших проблем физики и астрофизики», составленные разными лицами. К сожалению, соответствующие опросы научного общественного мнения, на­сколько известно, не производились. Поэтому я могу лишь высказать предположение, что в большинстве таких списков было бы очень много общего, если бы только удалось, а это нелегко, договориться об одном: что назы­вать «физической проблемой» в отличие, скажем, от областей, направлений или объектов физических исследований. Опять же не углубляясь в дефиниции, замечу, что называю проблемой такой вопрос, характер (содержание) ответа на который остается в значительной мере неясным. Речь должна идти не о технических разработках, необходимости провести ряд измерений, вычислений ит.п., а о самой возможности создать какое-то вещество с необычными свойствами (например, высокотемпературный сверхпроводник), выяснить вопрос о границах применимости теории (например, общей теории относительности), раскрыть какую-то подлинную тайну (скажем, понять причину или механизм нарушения комбинированной четности при распаде К-мезонов). Исходя именно из таких соображений, ниже почти не упоминаются квантовая электроника (включая большинство применений лазеров), многие задачи исследования полупроводников (включая задачу миниатюризации схем и приборов), нелинейная оптика и голография, а также ряд других интересных направлений современной оптики, задачи вычислительной техники (включая вопрос о создании вычислительных машин нового типа) и многое другое. Большое значение всех упомянутых направлений, обилие различных не только технических, но и физических вопросов, с ними связанных, не вызывают никаких сомнений. Но принципиальной «физической проблемы» или, если угодно, какой-то существенной «неопределенности», касающейся физика дела, здесь в настоящее время не видно. До создания, скажем, первого лазера такая неопределенность существовала, хотя принципы, положенные впоследствии в основу конструкции лазера, и были ясны. Повышение же мощности или изменение других параметров лазера, как и любого другого прибора, дело нужное, трудное и почтенное, но явно качественно отличное от задачи создания устройства или прибора, основанного на новых принципах. Вместе с тем уже на подобном примере видна довольно типичная условность границ между физическими задачами принципиального и технического характера. Так, если речь идет о повышении мощности лазера на много порядков величины, а такая задача, несомненно, очень актуальна и важна, то ее никак нельзя отнести просто к технике или какой-то «непринципиальной» физике. То же можно сказать и о создании разеров и газеров — аналогов лазеров в области рентгеновских и гамма-лучей. Разеры и газеры не только не построены, но и недостаточно ясно, как это сделать и даже можно ли это сде­лать; поэтому речь здесь идет о типичной «важной и интересной проблеме», если применять используемый нами же принцип отбора. И так почти в каждой области — существенный, резкий выход за пределы уже достигнутого почти всегда составляет проблему. Но не все такие проблемы созрели, достижение не всех «рекордов» кажется соблазнительным, иерархия проблем все равно на деле существует.

Вместе с тем, само собой разумеется, что нельзя заниматься лишь отдельными проблемами, сколь бы значительными они ни были, игнорируя огромное число других задач и проблем, не удостоенных ранга «особенно важных и интересных». Более того, эти «другие» задачи могут оказаться и очень трудными и очень интересными, по крайней мере для тех, кто ими занимается. В качестве примера приведу задачи, относящиеся к теории излучения источников, движущихся в среде (излучение Вавилова — Черенкова, переходное излучение и переходное рассеяние и др.). Мне лично этот круг вопросов очень дорог и близок, я им занимаюсь в течение всей своей научной жизни. Но нельзя же не видеть, что подлинная тайна не покрывает черты таких электродинамических задач и они в этом отношении принципиально отличаются, скажем, от проблемы высокотем­пературной сверхпроводимости или вопроса о кварках и их «удержании» в связанном состоянии. Естественно поэтому, что в нашем списке нет переходного излучения, как и целого ряда других вопросов, которые интересовали или интересуют автора книги. Таким образом, если наш выбор «особенно важных и интересных» проблем и является в известной мере условным и субъетивным, то это все же никак не означает отбора по прин­ципу: особенно важно и интересно в первую очередь то, чем занимался или занимается автор (думаю, что это замечание не является излишним, ибо довольно часто встречаются люди, руководствующиеся именно указанным принципом).

Выше было высказано предположение, что «научное общественное мнение», если его попытались бы выяснить, отличалось бы большой общностью взглядов на то, какие проблемы сегодня «особенно важны и интересны». Но, несомненно, возникли бы и существенные расхождения, особенно в вопросе об очередности разных задач в плане концентрации усилий и средств. Вопрос о средствах и очередности связан, однако, с целым рядом обстоятельств, выходящих за пределы чисто научной стороны дела. Например, создание гигантских ускорителей, несомненно, имеет большой научный интерес, и дискуссии ведутся в первую очередь в том плане, нужны ли соответствующие затраты ценой ограничения масштабов работы в других научных направлениях. Этого аспекта мы касаться совсем не будем, сконцентрировав внимание только на самой научной проблематике. Но и при таком «упрощении» и ограничении встречаются резкие расхождения во мнениях. Так, например, в качестве важнейших принципиальных проблем физики твердого тела ниже будут упомянуты высокотемпературная сверхпроводимость, создание металлического водорода и некоторых других веществ с необычными свойствами, металлическая экситонная жидкость в полупроводниках, поверхностные явления и теория критических явлений (в частности, теория фазовых переходов второго рода). Между тем в заметке, носящей название «Самая фундаментальная нерешенная проблема физики твердого тела», такой проблемой считается объяснение эмпирической формулы для теплоты образования некоторых кристаллов из других веществ. Мне, хотя и не без труда, удалось понять, что некоторый интересный вопрос здесь действительно имеется, но увидеть, почему он «самый фундаментальный», я так и не смог или, более того, весьма в этом сомневаюсь. Что же отсюда следует? Видимо, только одно: никакого безусловного списка важнейших проблем предложить нельзя, да и не нужно. А вот думать над тем, что важно и что не важно, спорить на эту тему, не бояться высказывать свое мнение и его отстаивать (но не навязывать!) нужно и полезно. В таком духе и хотелось бы просить читателей относиться к последующему изложению.

Итак, субъективная окраска и спорность наших замечаний очевидны и читатели об этом предупреждены (другое дело, что никакие предупреждения и оговорки обычно не помогают). До того, как перейти к существу дела, остается отметить, что деление книжки на три части (макрофизика, микрофизика, астрофизика) также в достаточной мере условно. Так, проблема сверхтяжелых ядер считается макрофизической, хотя ее можно было бы считать и микрофизической. Далее, вопросы общей теории относительности отнесены к астрофизике, а не к макрофизике, но лишь в силу того, что общая теория относительности используется в основном в астрономии (мы уже не говорим о том, что различие между астрофизикой и, скажем, макрофизикой, по сути, носит иной характер, чем разделение физики на микро- и макрофизику). Наконец, подчеркнем, что ниже мы практически не касаемся биофизики, не говоря уже о менее важных, смежных с физикой и астрофизикой направлениях. Между тем именно связь физики с биологией, проникновение в биологию физических методов и идей оказались особенно плодотворными и исключительно важными для развития биологии, а потенциально также медицины, сельского хозяйства и т. д. Тем более грубой ошибкой со стороны физиков было бы отгораживаться от задач с «биологическим уклоном» на том основании, что это «не физика». Кроме того, можно думать, что связь с биологией, попытки решить некоторые биологические проблемы будут оплодотворять саму физику, подобно тому, как обращение к физике служило и служит источником вдохновения и новых идей для многих математиков. Тем самым, тот факт, что ниже связь физики с биологией не нашла должного отражения, ни в какой мере не является результатом недооценки роли этого направления — дело здесь, с одной стороны, в недостаточном знакомстве автора с биофизикой и вообще биологией и, с другой, — в необходимости не стремиться объять необъятное и все же как-то ограничить обсуждаемую область естествознания.

Июль 1979 г.
В.Л. Гинзбург

Текст приведен с небольшими купюрами ссылок на обзор литературы. Молодым физикам мнение академика всегда полезно знать! Из всего вышесказанного следует чрезвычайно важный вывод, что нанотехнологии возникли не в одночасье по взмаху чьей-то волшебной палочки, а были подготовлены кропотливым трудом многих поколений физиков. Поэтому первый тур нашей олимпиады посвящен оценке знаний квантовой макрофизики. Второй тур будет проходить в форме задушевной беседы, в процессе которой олимпиец должен проявить творческие способности, знание основных направлений и достижений нанотехнологии и областей её практической реализации, а также знакомство с формами коммерциализации инновационных исследований в этой области.

Предусмотрены ценные призы для победителей и призеров Олимпиады. Для победителей Олимпиады также предусмотрена возможность внеочередного собеседования и зачисления в магистратуру МФТИ на Кафедру технологического предпринимательства РОСНАНО, Кафедру индустриального менеджмента РВК, Кафедру проблемы квантовой физики ФОПФ и другие базовые кафедры.

Председатель правления МФО
М.Б.Шапочкин

ОАО РОСНАНО
Фонд инфраструктурных и образовательных программ
Процессы нано- и микроструктурирования ...

И.Н. Завестовская, В.В. Безотосный, А.П. Канавин, Н.А. Козловская, О.Н. Крохин, В.А. Олещенко, Ю.М. Попов, Е.А. Чешев

Тороидные упорядочения в кристаллах

Ю.В. Копаев