Шоу с эффектом Холла. Фестиваль физики в Атланте
(Юбилейное собрание Американского физического общества)
Если кто-либо на автодороге показывает,
что ему нужна ваша помощь,
не останавливайтесь!
(из памятки водителю в штате Флорида)
В Атланте (штат Джорджия, США) состоялось юбилейное собрание Американского физического общества (АPS), посвященное его столетию. Зарегистрированное число участников - более 12 тысяч - превысило все ожидания. Огромное количество научных докладов и сессий сделало это собрание не только приятным местом встречи со многими друзьями и соотечественниками, работающими в Западном полушарии, но и выдающимся научным событием. Не пытаясь дать объективный научный отчет об этом неординарном событии, автор хочет поделиться с читателями лишь своими субъективными впечатлениями.
Первое собрание APS состоялось 20 марта 1899 года в Нью-Йорке, в Университете Коламбиа. Одно из его решений устанавливало размер ежегодного членского взноса в 5 долларов США. Сегодня взнос примерно в 19 раз больше, он составляет около ста долларов. Изменились и отношения между членами научного сообщества. Ныне они зачастую соответствуют цитате, вынесенной в эпиграф.
Технократы
Престиж физики в американском обществе, в целом, все еще высок, хотя, безусловно, он непрерывно падает. Большая заслуга в торможении этого естественного падения принадлежит APS. Общество проводит активную планомерную пропаганду достижений и роли физики. Публикации в прессе, издание нескольких научно-популярных журналов, производство фильмов, популярные лекции известных ученых для жителей разных городов Америки, изготовление и распространение эффектных сувениров на основе "high technology" и с научной символикой - еще неполный список видов деятельности, которую ведет APS.
В этом году я присутствовал на одной из популярных лекций, в маленьком городе Аспен, в штате Колорадо. Там живет не более пяти тысяч человек. Городок известен, во- первых, тем, что в нем отдыхают голливудские звезды, и уже во-вторых тем, что там находится институт теоретической физики - база для проведения научных школ (аналогичная по назначению бывшему дому физика в Бакуриани). Я был поражен тем, насколько интересно и популярно можно подать такую, казалось бы, сухую тему, как фрактальная математическая физика. Например, лектор увлекательно рассказал, как на основе фрактальных уравнений создавались фантастические пейзажи в сериале “Стар трэк”.
Американского потребителя глубоко убедили в том, что к своему здоровью, дому, спорту, даже семейным отношениям он должен относиться, основываясь не на дремучем опыте предков, а на современных достижениях науки. Американский папа не пустит своих детей окунуться в воду домашнего бассейна, если приборы контроля не показывают в ней правильное pH. По этой же причине велосипедный шлем для американских детей должен иметь американский сертификат безопасности. Операцию ангеопластики проводят в Америке не тогда , когда у пациента "прихватит" сердце, а заранее, когда пациент себя чувствует нормально, но врач скажет "надо" на основе данных обследования. Таких примеров можно приводить много, все они кажутся нам странными, но для жителя Северной Америки - вполне естественны и основаны на глубокой, и во многом оправданной, вере обывателя во всесильную американскую науку.
И все же, из-за падения престижа физики и относительно невысоких заработков в научной сфере, молодые граждане США предпочитают учиться на юристов и врачей. Поэтому доля иностранных студентов и аспирантов на физических специальностях университетов особенно велика. Когда разговариваешь с ними, снова ощущаешь непривычно рациональный подход: высшее образование в такой-то области и в таком-то университете стоит столько-то долларов, окупается согласно статистике за столько-то лет, поэтому под учебу выгодно брать льготный кредит и т.д. Большинство выпускников университетов и аспирантов - иммигранты из Китая, Латинской Америки и России. После окончания университета и даже аспирантуры многие предпочитают работать в высокотехнологичном секторе промышленности США, где велика потребность в высококвалифицированных кадрах и большие заработки. Среднестатистический выпускник американского университета или аспирантуры, родом из России, по-прежнему предпочитает оставаться в фундаментальной науке. Значит, его влекут в США не материальные блага, а потребность реализовать свой научный потенциал там, где он на самом деле требуется. Это, конечно, делает честь нашим согражданам. Но это и очень печально для нашей науки или для того, что от нее осталось.
Вот парадный фасад...
Последний раз (перед этим юбилейным) я участвовал в собрании APS в 1993году. С тех пор отношения в физическом сообществе заметно изменились. Исследователю, живущему и работающему в России, заметен в первую очередь фасад - публикации с красочными картинками в наиболее престижных журналах - Physical Review Letters, Science, Nature, Physics Today... При ближайшем рассмотрении, однако, оказывается, что этот фасад часто не имеет отношения к науке, а является определенного рода шоу-бизнесом, неотъемлемым элементом в жесткой борьбе за гранты в американском научном мире.
В отличие от американской науки, в российской физической школе существовали и существуют неписанные, но гораздо более строгие правила: ученый, опубликовавший ошибочную статью, приобретает соответствующий ярлык и становится мишенью для насмешек. Те, кто заботится о своей репутации, этого стремятся не допустить. Поразительно, но подобный элемент самоконтроля в американской науке выражен гораздо слабее или отсутствует напрочь. Автор, опубликовавший статью в престижном журнале, получает гранты, приглашения на конференции, и "значит, он прав". С этими новыми отношениями приходится сталкиваться и привыкать к ним (или безнадежно бороться) и российским ученым, которые перебрались в Новый Свет.
Однако при всем при этом американскую науку всегда отличала тесная связь фундаментальных исследований, прикладных разработок и промышленного освоения разработанного научного продукта. Этим сильна американская наука и в этом ее основное отличие от российской науки (помимо очевидной разницы в материальном положении). Российская наука всегда жила в замкнутой среде, пусть замечательной и плодотворной, но оторванной от потребностей промышленности и реальной жизни (за исключением военного времени и т.н. "шарашек").
Тесная взаимосвязь образования, научных исследований и промышленного производства отчетливо прослеживалась и в программе юбилейного собрания APS. Научные сессии по физике перемежались с сессиями по проблемам преподавания, сессиями по прикладным разработкам и проблемам промышленного производства высокотехнологичных продуктов. Доклады "китов" американской промышленности занимали почетные места на пленарных сессиях. Они собирали очень большую аудиторию и были обращены не к профессионалам, а к потребителям и объясняли им, например, какие компьютеры, автомобили, технику связи и т.д. может ждать потребитель в XXI веке (и почем).
К этому надо добавить еще один элемент - заботу о совершенствовании преподавания физики в высшей школе. Ассоциации физиков-исследователей (APS) и преподавателей высшей школы (AAPT) проводят координированную политику, и уж тем более не чуждаются друг друга. Даже юбилейное собрание APS было совмещено с ежегодным собранием AAPT. К перечню мероприятий APS по поднятию престижа науки в молодежной среде добавим еще и создание современных демонстрационных пособий для школ, поясняющих такие явления, как, например, локализация Андерсона в неоднородной среде, гидродинамическая неустойчивость, кулоновская блокада и т.д...
Что упало, не пропало
Иммиграция ученых - еще один из наиболее важных факторов, способствующих развитию американской науки. На одной из "парадных" научных сессий нобелевские лауреаты 1999 года читали популярные лекции. Из пяти лауреатов трое - Вальтер Кон, Дэниэл Цуи и Хорст Штёрмер - иммигранты. Истории иммиграции и ее влиянию на развитие американской науки была посвящена специальная пленарная сессия. В частности, о волне современной иммиграции из Латинской Америки, Китая и бывшего СССР на ней рассказывали Арон Пинчук, Стивен Чу и Борис Альтшулер. Темой другой пленарной сессии был исторический обзор физики электронных свойств полупроводников - со второй половины XX века до перспектив следующего столетия. На эту темы выступали Уорэн Пике (электронная энергетическая структура, от элементарных веществ до сложных соединений), Федерико Капассо (обзор "квантовой технологии", от сверхструктур до приборов на их основе), Стивен Гирвин (экзотический спиновый порядок в квантовом эффекте Холла), Ричард Вэбб (история мезоскопики) и Борис Альтшулер (перспективы теории). Пожалуй, самой интересной сессией по истории физики была сессия "Кооперация физиков в годы “холодной войны” и после нее". С воспоминаниями на эту близкую старшему поколению физиков тему выступали Дэвид Пайнс и Лев Горьков.
Бег
Сколько там наших? Где и как они устроились? Насколько они плодотворно работают? Статистики нет. Первое впечатление таково, что уехало огромное количество людей: годичные собрания APS - это всегда бесконечные встречи со старыми знакомыми, бывшими студентами и аспирантами. Как всегда, на доске висит знакомое объявление на русском языке: "...Физтехи, встречаемся в четверг в 18:00...", - или что-нибудь типа этого.
В действительности, доля эмигрировавших из Российской науки невелика - она велика лишь в сравнении с узкой прослойкой активно работавших в науке. Малая доля эмигрировавших нашли в себе силы начать научную работу в новой области. Большинство продолжают делать то, чем занимались дома. Из доклада нашего бывшего соотечественника Б.Альтшулера я узнал, что всего около 30 исследователей-физиков из нашей страны получили в США постоянную работу. Остальные занимают более или менее временные позиции. Это значит, что связь с ними не полностью потеряна и что при создании благоприятных материальных и творческих условий большое количество исследователей было бы готово вернуться.
Куда более тревожной выглядит статистика эмиграции из России выпускников, студентов старших курсов и аспирантов: здесь их доля среди иностранных студентов университетов составляет 12 процентов. Нетрудно догадаться, что почти все они будут пытаться остаться в США, и шансы на это у них вполне реальные. Это означает, что основные потери нашу науку ждут еще впереди, если ничего не предпринимать сегодня.
Собственно о науке
Конечно, в короткой статье невозможно дать обзор всей научной программы собрания. Читатель может сделать это сам, обратившись по ссылке в Интернете http://www.aps.org/meet/CENT99. Не претендуя на полноту и объективность, я перечислю лишь наиболее заметные достижения в области физики конденсированного состояния, за которой стараюсь следить.
Твердое тело. Важное развитие получили исследования сильно-взаимодействующих систем носителей заряда в квантующем магнитном поле (9 сессий на эту тему). Несмотря на то, что в этой области была только что присуждена Нобелевская премия, появилась и уже существенно развита теоретическая картина альтернативная "ортодоксальной" картине композитных квазичастиц, состоящих из двух квантов магнитного потока, присоединенных к электрону (введение в ортодоксальную картину - см. “Природа” N 2, 1999). В новой картине, предложенной Ником Ридом, композитные квазичастицы являются диполями с дипольным моментом перпендикулярным импульсу. В линейном отклике все свойства системы одинаково хорошо описываются обеими теориями. Возможно, изучение нелинейного отклика системы позволит выяснить, какой подход соответствует эксперименту.
Приятно было увидеть в программе собрания APS пять сессий по нетрадиционным переходам металл-диэлектрик в двумерной системе сильновзаимодействующих носителей - явлению российского происхождения (подробнее см. статью автора в журнале “Природа” № 1, 1999). С тех пор, как это явление было подтверждено в независимых работах американских исследователей, оно получило признание, а в Атланте звучало даже на пленарных сессиях по обзору физики XX века.
Физика "мягкого тела".
Сейчас в Америке очень трудно получить грант просто на фундаментальные исследования в области физики твердого тела, даже подав очень хорошую заявку. Считается, что в этой области и так сделано слишком много для обеспечения потребностей промышленности на много лет вперед. Поощряются исследования органических проводников и полупроводников, по молекулярно-биологической микро- и наноэлектронике, углеродным нанотрубкам, наночастицам и фуллеренам. Большое число сессий было посвящено этим областям.
Продолжается активное изучение органических слоистых соединений, в том числе сверхпроводниковых (5 сессий). В фокусе фундаментальных исследований находятся их необычные фазы волны спиновой плотности в сильном магнитном поле, а в области сверхпроводящей фазы - загадочное несоответствие большого критического магнитного поля и сравнительно малой критической температуры. Это несоответствие порождает обсуждение нетрадиционных механизмов спаривания электронов в органических сверхпроводниках. Параллельно фундаментальным исследованиям развиваются прикладные работы по полимерным лазерам и фотоприемникам.
В области исследования углеродных нанотрубок нескольким лабораториям уже удалось освоить технику выделения отдельной трубки (диаметром 0,15нм), приготовления электрических контактов к ней и исследования электрических свойств этой большой молекулы. Манипулирование с отдельными нанотрубками проводится с помощью атомно-силового микроскопа. В лаборатории IBM исследован полевой транзистор, а также одноэлектронный транзистор на основе одиночной нанотрубки.
Квантовый компьютер, квантовые алгоритмы и одноэлектроника. Пока большинство работ по квантовому компьютингу ограничивается оценками различных возможных практических устройств. Наиболее серьезно обсуждается модель квантовой ячейки на основе ядерного спина в кремниевой структуре (подробнее см. Nature, 393, 133 (1998)). Другие предложения основаны на использовании массивов квантовых точек нм-размера на поверхности полупроводниковой гетероструктуры. Большой прогресс произошел в одноэлектронике, или наноэлектронике - области, тесно связанной с квантовым компьютингом. Исследователи из Принстонского университета рассказали о первых результатах работы при комнатной температуре не только одноэлектронного (и однодырочного) транзистора нм-размера на основе кремниевой структуры МДП, но уже и массива транзисторов и элемента памяти. На основе тех же принципов одноэлектроники создан прототип квантового эталона единицы электрической емкости. Исследователи использовали одноэлектронный "насос " для перемещения заданного количества электронов на обкладки конденсатора, и измеряют образовавшееся на конденсаторе напряжение.
Юбилейная сессия APS превратилась в яркий и незабываемый фестиваль физики и физиков. Хотелось бы, чтобы такой праздник пришел и в нашу науку.
В.ПУДАЛОВ,
главный научный сотрудник Физического института им. П.Н.Лебедева РАН.
E-mail: pudalov@sci.lebedev.ru