О СМЫСЛАХ ФИЗИКИ И ЖИЗНИ

9 января в актовом зале Уральского федерального университета (Екатеринбург), бывшем зале УрГУ, прошли традиционные Демидовские чтения. По сути своей они давно уже стали праздником студентов и научной молодежи, поскольку лекции академиков-лауреатов по традиции предваряет награждение молодых ученых премиями губернатора Свердловской области за истекший год.
Как и год назад, зал был полон, и приятно отметить, что подавляющее большинство аудитории на этот раз составили студенты. Собравшихся приветствовали и поздравили с Днем российской науки ректор УрФУ В.А. Кокшаров, один из инициаторов возрождения научной Демидовской премии в 1990-е годы вице-президент РАН академик Г.А. Месяц, председатель Комитета по науке и наукоемким технологиям Госдумы РФ академик В.А. Черешнев и председатель Уральского отделения РАН академик В.Н. Чарушин. Он, в частности, напомнил, что в этом году исполняется 180 лет со дня первого вручения Демидовских премий, неизменно с тех пор отмечавших лучших из лучших, гордость отечественной науки.
Затем министр промышленности и науки Свердловской области. А.Ю. Петров вручил сертификаты новым лауреатам губернаторской премии для молодых ученых, в кратком приветствии подчеркнув, что «поддержка талантливой молодежи — один из приоритетов внутренней политики», не что иное, как инвестиции в рост и сохранение человеческого капитала. Новшеством в этом году стало присуждение премий (каждая составляет 100 тыс. рублей, не облагаемых налогом) уже не по 16, а по 20 номинациям. Кроме того, участвовать в конкурсе теперь могут и сотрудники отраслевых НИИ. 34 из 100 конкурсных работ поступили из Уральского федерального университета. Всего награждено 20 человек, 9 из них — представители Уральского отделения РАН.
Сразу после награждения молодых слово было предоставлено корифеям.
Лауреат Демидовской премии 2011 года в области физики, вице-президент РАН, директор Института физических проблем им. П.Л. Капицы РАН академик А.Ф. Андреев в лекции «Физика низких температур: основные открытия и идеи» вкратце напомнил историю этой дисциплины — начиная с 1908 г., когда Х. Камерлинг-Оннес впервые получил сжиженный гелий, и до настоящего времени. После чего Александр Федорович перешел к непосредственному рассмотрению изменений свойств вещества при нагревании, а затем при постепенном охлаждении до низких и сверхнизких температур. Постепенное нагревание ведет к последовательному распаду вещества на все более мелкие частицы, соответственно, охлаждение — наоборот: частицы группируются в атомы, атомы — в молекулы и так далее во все более крупные структуры, то есть, при охлаждении происходит уменьшение (на сленге специалистов — «вымерзание») степеней свободы теплового движения частиц. А свойства вещества как раз и определяются тепловым движением.

Фундаментальным для физики низких температур стало открытие явления сверхтекучести. Оно наблюдается только в жидком гелии. «Сверх», поскольку при этом не наблюдается преобразование энергии движущейся жидкости в тепловую энергию — практически отсутствует трение. Cпециалисты видят причину сверхтекучести в звуковой природе тепловой энергии. Тепло в жидком гелии — не что иное как звук, звуковой шум. Все другие типы теплового движения, в том числе индивидуальное движение частиц, вымерзают при более высоких температурах. Имеется тесная аналогия между невозможностью излучения звуковых волн (тепла) движущимся жидким гелием и невозможностью излучения ударных волн самолетом, движущимся с дозвуковой скоростью.
В 1970 г. была описана суперсимметрия в квантовой теории поля — были введены новые координаты, размерности, которым, однако, физика высоких энергий экспериментального подтверждения пока не дает. Но это оказалось возможным для физики низких температур, например, при рассмотрении системы, включающей квантовую точку, «затвор», «исток», «сток» и туннельные контакты, — тепловых явлений в этой системе, их фаз, сосуществований фаз. В такой системе можно осуществить состояние, в котором единственным видом теплового движения является «движение» по добавочным координатам пространства. Тем самым доказывается их реальность. Таким образом, развиваясь сама, физика низких температур отвечает на вопросы, возникающие в других областях физики.
«Жизнь и ее окружение» — так сформулировал тему своего выступления директор Биолого-почвенного института ДВО РАН академик Юрий Николаевич Журавлев. Он обратился к фундаментальным философским вопросам понимания жизни (в ее биологическом аспекте), резонно заметив, что «мы не можем управлять жизнью, мы не можем жить правильно, если мы не знаем, что такое жизнь».

На протяжении всей истории науки определение жизни оставалось первостепенной научной задачей как с теоретической, так и с практической точки зрения (частный случай: проблема точного визуального различения живых и неживых объектов). Изобретение микроскопа произвело революцию в биологии в системе знаний о жизни. Но «увидеть — это одно, а описать — совершенно другое». В процессе решения проблемы описания живого объекта и определения жизни возникла столь же революционная идея классификации, затем множественного описания биологических объектов (поскольку ни одно частное описание на деле не может быть исчерпывающим). Современная точка зрения такова, что жизнь — это множество, множество сетей, требующих описания, она движется откуда-то и куда-то, и движение это также требует научного описания.
«Жизнь, — подчеркнул Ю.Н. Журавлев, — надо оценивать, понимая наличие дополнительной системоорганизующей силы, поскольку системное объединение объектов создает новое качество». Жизнь с биологической точки зрения имеет программные признаки, функциональные и наблюдаемые. Приборная база совершенствуется, и сегодня наблюдать мы можем больше, чем когда-либо, но пока далеко не все.
Со временем меняются представления о становлении биологического объекта. Системный подход переключает внимание исследователей на взаимодействие объектов в ходе становления: при этом объект является функцией, воздействующей на другой объект, в то же время и сам подвергается воздействиям со стороны — проблема описания жизни таким образом все время усложняется. Постоянно превращаются, взаимоизменяются функции, признаки объектов — элементов сети. Причем сеть эта многослойна и представляет собой «некое пространство, заполненное отношениями. И мы понимаем, что изучать надо систему отношений между объектами».
Все объекты жизни и ее окружения взаимосвязаны, то есть систему характеризуют взаимовключенность и невыделяемость. Следовательно, биолог, какова бы ни была его частная задача, должен знать обо всем, что происходит в живой природе и в биологической науке в целом.
Проблема описания живых систем напрямую связана с практикой экологов. Пока не удается «переломить» опасную тенденцию к потере биологического разнообразия на Земле. Одновременно с уменьшением количества видов растет число артефактов (к ним относятся как сотворенные человеком объекты, так и воздействие на природу, антропогенные и техногенные катастрофы). По словам Ю.Н. Журавлева, решить проблему можно тремя альтернативными путями: «создать такое новое окружение жизни, чтобы оно ей не угрожало, либо создать новую жизнь, либо — нового человека».
Восстановление структуры биологического вида основывается на изучении «архитектуры» ДНК, которая помогает понять структуру вида, принципы сохранения каждой популяции. В качестве примеров исследований и практических шагов по восстановлению биологического разнообразия на Дальнем Востоке в лекции были упомянуты успешно реализованные проекты Ю.Н. Журавлева и его сотрудников по сохранению сибирского кедра и амурского тигра. «Так наши результаты, — заключил он, — дают ученым и обществу по крайней мере некоторую отсрочку, необходимую для решения глобальных проблем».
Крупнейший российский гляциолог, директор Института географии РАН академик Владимир Михайлович Котляков в лекции «География в XXI веке и проблемы изменения климата»обосновал свое — и своих коллег-единомышленников — понимание процессов и тенденций, называемых в обиходе «глобальным потеплением». В самом деле, все более очевидны с каждым годом подъем уровня Мирового океана (а ведь по берегам океанов проживает 1/3 населения земного шара), высыхание водоемов в субтропиках и тропиках, экстраординарные колебания климата и увеличение интенсивности природных катастроф одновременно в различных регионах. В действительности наблюдаемое ныне потепление началось еще в середине XIX в., но лишь с недавних пор изменения угрожающе ускорились.
Область интересов В.М. Котлякова — льды Арктики и Антарктики. Учеными давно подмечено, что в приполярных зонах все изменения происходят более резко, мировые тенденции здесь словно «концентрируется»: так, измерения показывают, что таяние арктических льдов сейчас происходит быстрее, чем предсказывали сравнительно недавние расчеты. С таянием связано изменение траектории движения айсбергов и направлений движения теплых течений, что в совокупности создает немалые проблемы морскому транспорту, добыче полезных ископаемых на плавучих платформах и т.д. Международный полярный год был провозглашен именно с целью объединения усилий в решении этих задач.

Более подробно лектор остановился на исследованиях в Антарктиде — вспомнил первую российскую экспедицию к Южному полюсу, экспедиции Р. Амундсена и Р. Скотта и рассказал об истории проекта и воплощении в жизнь идеи глубинного бурения на отечественной станции «Восток». Ледяной керн предоставил гляциологам немало ценнейшей информации. В частности, по изотопному составу льда с больших глубин можно судить об особенностях климата в прошлом, о череде потеплений и похолоданий. По убеждению В.М. Котлякова, «резкий кризис и затем постепенный, растянутый во времени выход из него — закон, общий для природы и общества». В поднятом из скважины льду присутствуют также пузырьки воздуха, который дает представление о составе земной атмосферы тысячелетия назад. Эти исследования (подсчет содержания метана, углекислого газа и т.д.) показывают, что не увеличение доли парниковых газов в атмосфере ведет к росту температуры, а наоборот — потепление предшествует ему (большая часть этих газов — продукт жизнедеятельности растущей при потеплении биоты Мирового океана).
Владимир Михайлович уже рассакзывал корреспондентам «Науки Урала», что при локации с самолета вблизи станции «Восток» было обнаружено одно из подледных озер (см. интервью с ним в предыдущем номере газеты). Масса воды в нем составляет приблизительно 1/3 Байкала, контуры заметны на снимках Антарктиды со спутника. Некоторое время назад было решено попробовать достичь его поверхности. Непосредственно перед озером бурение было на время приостановлено, в Санкт-Петербургском горном университете была разработана специальная технология отбора проб, чтобы не загрязнить реликтовые воды. И вот 5 февраля 2012 г. произошло ярчайшее событие в 40-летней истории этой эпопеи: исследователи достигли подледного озера и получили пробы воды, анализ которых представит бесценные сведения по самым разным вопросам прошлого и настоящего Земли. В следующем сезоне бурение предполагается продолжить. Недалеко от станции «Восток» подобные исследования ведут европейские ученые. Результаты их, кстати, могут иметь самые различные приложения: например, интереснейший со всех точек зрения спутник Юпитера Европа имеет схожее строение, там предполагается наличие водоемов под толстой коркой льда.
Вопреки расхожему мнению о глобальном потеплении, подчеркнул выступающий, исследования показывают, что мы живем в период похолодания, начавшийся приблизительно 6 000 лет назад, а повышения температуры и содержания парниковых газов в атмосфере происходят циклически на протяжении всей истории Земли, но циклы эти неравномерны. Пример сравнительно недавнего «малого ледникового периода» — похолодание в Европе, сравнимое с теперешним, когда и были написаны знаменитые голландские пейзажи с замерзшими бухтами и каналами. Именно понимание этой цикличности климатических изменений во всей ее сложности поможет представить полную и объективную картину как настоящего, так и будущего климата на Земле.
Все лекции слушались с большим интересом, а заканчивались настоящими овациями. Праздник науки состоялся, состоялась и традиционная в «демидовский день» встреча поколений, когда разница в возрасте не только не мешает, но способствует единству интересов и творческой атмосфере общения.

Записала Е. ИЗВАРИНА
Фото С. НОВИКОВА