Доктор физико-математических наук Сергей Макаров рассказал о том, почему физика – это наука наук

8 мая 2019 Аркадий Шабалин, редакция газеты «За науку»
Сергей Викторович Макаров – доцент кафедры общей и экспериментальной физики ФТФ АлтГУ. За добросовестный труд и высокие результаты в научной деятельности Сергей Викторович неоднократно удостаивался благодарственных писем и почетных грамот – в его портфолио более ста научных публикаций, а также десяток патентов. В интервью «ЗН» ученый рассуждает о том, почему физика – это наука наук, как переменилась социальная парадигма, и где могут работать физики XXI века.

– Физика – наука всеобъемлющая, она выявляет общие закономерности явлений природы. Эрнест Резерфорд даже говорил, что науки делятся на две группы: на физику и собирание марок. Насколько справедливо это высказывание?

– Есть такой предмет – квантовая механика. Еще когда я учился в университете, наш преподаватель всегда говорил, что эта дисциплина должна быть и на гуманитарных курсах тоже, чтобы люди знали, как устроен этот мир, осознавали, насколько он сложен. Ведь это касается всех нас, независимо от того, физик вы или лирик: закономерности природы едины, а физика обнаруживает и описывает их. Но в чем принципиальное отличие между нами, физиками, и лириками? Мы изучаем природные явления, процессы, объекты, измеряя их. Если обратиться к хрестоматийному определению, то измерение – это познавательный процесс, заключающийся в сравнении изучаемой физической величины с ее эталоном. То есть мы ставим эксперименты, чтобы получить конкретные результаты и соотнести их с тем, что должно быть на самом деле. Только так, путем экспериментов, можно накопить достоверные знания о мире. Принципы экспериментального подхода отражены в двух наших «библиях» – книгах «Метрология» и «Статистическая обработка экспериментальных результатов». Поэтому физика, действительно, наука всеобъемлющая. Даже сейчас, когда она в значительной степени использует аппарат математики, физика остается самой собой. Кроме того – вспомните первых философов. Они были естествоиспытателями, то есть проходили путь экспериментаторов, познавали мир, накапливали мудрость и уже тогда приобретали, так скажем, право рассуждать о высших материях. Уже в то время физика, не будучи собственно наукой, заявила о себе как об основополагающем учении. В общем, да, Резерфорд прав: науки делятся на две группы: на физику и… (смеется).

– Известно, что великими не рождаются, а становятся. XX век подарил миру сотню гениальных ученых. Альберт Эйнштейн, Макс Планк, Энрико Ферми, Петр Капица… Откуда в них, так скажем, неукротимая созидательная энергия, и почему сейчас, в XXI веке, – застой в мировой науке?

– Не могу сказать, что сейчас застой в мировой науке. Открытия продолжаются, нам еще есть что изучать и над чем экспериментировать. Но вы верно заметили, что пик развития научного физического знания пришелся на прошлый и позапрошлый века, когда сложились благоприятные социально-политические условия. Если говорить про события прошлого века, то значительные успехи в научно-техническом плане были достигнуты благодаря двухполярной системе. С одной стороны – советский режим с его точными расчетами и планированием, ориентацией государства на научный прогресс, а с другой – режим капиталистический, со всеми концернами и частными финансовыми вливаниями, поддержкой истеблишмента. Сыграли свою роль и неуемный исследовательский энтузиазм, и гонка вооружений… Пожалуй, гонка вооружений была решающим фактором: необходимость развития военно-промышленного комплекса подстегивала физиков, стимулировала новые открытия и достижения. Сегодня же парадигма кардинально переменилась, общество потребления диктует свои правила. Вот и получается, что рынок определяет сознание: быть ученым сегодня не только трудно, но и не всегда выгодно с экономической точки зрения. Однако здесь есть некий парадокс. Вас интересовало, почему нам все время навязывают новые товары, вынуждают приобретать их? Все просто: это один из механизмов активизации научных разработок, когда ученые тратят время на создание очередной версии смартфона или холодильника. То есть научный подход, особенно в естественных науках, в наше время поставлен на экономические рельсы, которые и определяют траекторию исследований. Поменялся вектор развития, а с ним – и научные изыскания. Но это не повод для пессимизма. Фундаментальные исследования продолжаются, та же астрофизика полна белых пятен. Ученые, как и прежде, делают наш мир лучше, проливают свет на многие, не известные ранее явления.

– На физико-техническом факультете АлтГУ работают около пятидесяти физиков. Одни занимаются вычислительной техникой и электроникой, другие ведут прикладные исследования, анализируют информационные системы, третьи «бороздят» просторы Вселенной. А чем занимается кафедра общей и экспериментальной физики?

– На нашей кафедре два ключевых направления: первое – физическое материаловедение и второе – медицинская физика. В рамках первого направления мы изучаем металлические и интерметаллические пленки, пленки углеродные алмазоподобные, детонационные наноалмазы. Из них делают полупроводники, покрытия, которые применяют как в IT-сфере, так и в военной промышленности. Основной метод, который мы используем, – метод акустической эмиссии: он проверяет состояние металлов и сплавов. Мы совершенствуем его совместно с Лабораторией контроля качества материалов и конструкций (Институт физики прочности и материаловедения СО РАН. Прим. автора). Уже получили фундаментальный результат: зафиксировали акустический волновой эффект корреляции и активации элементарных деформационных сдвигов. Проще говоря, это эффект, который, как твердая рука, сминает металлы и сплавы будто пластилин, задает им нужную нам форму. В рамках же второго направления мои коллеги анализируют влияние лазерного излучения на биологические ткани и жидкости, изучают обратимые деформационные свойства никелида титана – материала, из которого изготавливают медицинские приборы. Вихретоковый метод, применяемый коллегами, отслеживает концентрацию содержания сахара в крови без ее забора у пациента, диагностирует свойства материалов. Кроме того, у факультета есть договор о научном сотрудничестве с Институтом геологии и минералогии СО РАН. Согласно нему мы проводим исследования структурного состояния кристаллов алмаза, синтезированного в условиях высоких термобарических параметров; выявляем физико-механические свойства метеоритного, или импактного, алмаза. Отмечу, во многих серьезных научных проектах участвуют наши студенты-физики, а лабораторные практикумы на старших курсах, по сути, – продолжение факультетской научно-исследовательской работы. К слову, соавторы очередного патента «Способ получения алмазных тонких пленок» – Алексей Шуткин и Анастасия Зырянова, студенты ФТФ.

– Сергей Викторович, вы специалист в области такого перспективного направления, как физика материалов. Ваши коллеги, Андрей Гейм и Константин Новоселов, девять лет назад стали лауреатами Нобелевской премии за открытие графена – удивительно прочного материала толщиной в один атом. Какие-то подобные открытия возможны в обозримом будущем?

– Думаю, да. Тот же углерод, который я уже упоминал, имеет огромное разнообразие форм, различающихся физико-химическими свойствами. Он может быть и графитом, и алмазом, и графеном, и фуллереном. Из него можно делать теплоотводящие алмазные подложки для полупроводниковых структур, которые эффективно отводят тепло, использовать его в каких-то других технологических целях. Не удивлюсь, если в скором времени мы узнаем еще об одной модификации углерода. Большинство же новых материалов создается благодаря легированию – добавлению примесных элементов, существенно изменяющих свойства исходной матрицы, созданию композитных материалов. Это своего рода комбинаторика, перебор всевозможных вариантов и выбор наиболее оптимального из них. Отличие лишь в том, что мы заранее осведомлены о действии каждой добавки, но что получится в итоге, зависит от многих факторов. По-видимому, в обозримом будущем научимся получать сложные углеродные структуры, объединяющие в себе различные физико-механические свойства в едином функциональном устройстве.

– Известно, что физика обогатила многие науки, в том числе химию, биологию, философию. Но и сегодня она не замыкается в самой себе, взаимодействует с другими областями научного знания. Выходит, у физики высокий междисциплинарный потенциал? Где могут работать физики XXI века?

– Уже давно существует, например, физическая экономика – школа, которая применяет методологию физики к анализу экономических данных. Проще говоря, сторонники этой школы пытаются пересмотреть те эквиваленты, которые сейчас приняты за базис экономической деятельности. Когда-то это было натуральное хозяйство, потом ввели денежные единицы: евро, доллар, рубль. Задача «физических» экономистов – найти идеальный эквивалент, служащий мерой стоимости товаров и услуг. Причем найти, используя физические методы. Еще одна область научного знания – химия, которая буквально вышла из физики. У нас с химиками множество точек соприкосновения, нам интересно друг с другом. Далее биология, где большая часть процессов разворачивается на молекулярном уровне. Без физики здесь тоже не обойтись; появилось отдельное направление – биофизика, изучающая биологические объекты как разновидность сложных нелинейных физических систем. Затем физическая география, описывающая природные условия… Список можно продолжать и дальше – физика настолько всемогущая наука, что может взаимодействовать с чем угодно. С ней вы точно не пропадете.

В тему

В умах обывателей физик – это такой бородатый энтузиаст, который то читает книги, то проводит эксперименты. Интересно, а как бы наш герой охарактеризовал физика?

– Физик – это человек, понимающий процессы, которые протекают не только во Вселенной, но и… в обществе. Физик профессионально изучает объективную реальность, а значит, понимает устройство мира и общества в том числе. А с бородой физик или нет – это уже дело десятое. На эксперименты борода не влияет.

Е=мс2 – за этой формулой стоят титанические усилия. По сути, тем самым Альберт Эйнштейн увязал энергию и массу, отобразил их эквивалентность. Если вдуматься в значение этих трех величин, то можно понять, насколько природа умна и гармонична.

Навигатор «ЗН»

Чему научат?

Физико-технический факультет АлтГУ – для тех, кто обожает формулы и расчеты. На факультете пять кафедр: кафедра вычислительной техники и электроники, кафедра общей и экспериментальной физики, кафедра прикладной физики, электроники и информационной безопасности, кафедра радиофизики и теоретической физики, кафедра на базе ФГУН «Институт водных и экологических проблем». Вы научитесь решать сложные физические и технологические задачи, изучите проектирование микропроцессоров, освоите криптографические методы защиты информации. Среди дисциплин ФТФ: схемотехника, лазерная плазма, электричество и магнетизм, механика, оптика, физическое материаловедение, медицинская, атомная физики, астрофизика.

Поступить можно на одно из четырех направлений – «физика», «радиофизика», «информатика и вычислительная техника», «информационная безопасность». Чтобы поступить, необходимо сдать ЕГЭ по физике, математике и русскому языку. К слову, на факультете работает студенческое конструкторско-технологическое бюро «Радиотехника», вошедшее по итогам Всероссийского съезда молодежных научных и конструкторских объединений в десяток лучших СКТБ России.

Кем работать?

Выпускники ФТФ АлтГУ работают в научно-исследовательских институтах, в отраслевых лабораториях и образовательных учреждениях, на производственных предприятиях. Партнеры факультета – ИВЭП СО РАН, БСКБ «Восток», «СКАНЭКС», «Научно-технический центр Галэкс», Диагностический центр Алтайского края, а также научно-производственные и коммерческие предприятия СФО и России.
Версия для печати
поделиться