Академик Ю.А. Изюмов: "Я счастлив быть физиком второй половины XX века"

Юрия Александровича Изюмова, недавно избранного действительным членом РАН, в нашей газете особо представлять не нужно. Известный физик-теоретик, принадлежащий к школе академика С.В. Вонсовского, ныне главный научный сотрудник Института физики металлов, он хорошо знаком нашим читателям по многочисленным публикациям, в которых описаны яркие эпизоды его творческой биографии, встречи с выдающимися людьми своего времени, путешествия в ближние и дальние страны. Часть этих публикаций вошла в его книгу «Из настоящего — в прошлое и будущее» (Екатеринбург, 2000), которая читается как увлекательный роман. В разговоре с таким разносторонним человеком можно выбрать любую тему, и она будет интересной. И все же с физиком лучше говорить о физике. А ракурс обсуждения Юрий Александрович выбрал сам, сам сформулировал первый вопрос и дал на него развернутый ответ.


 

— Как говорится, времена не выбирают. Но когда много лет работаешь в какой-то области — а я занимаюсь теоретической физикой почти полвека, — то естественно задать себе вопрос: а было ли время, в которое ты родился и живешь, удачным для человека нашей профессии? Было ли оно счастливым с точки зрения физика?
 

   Полвека для науки, тем более в двадцатом столетии — огромный срок. В XIX веке «научное время» текло гораздо медленнее, хотя это эпоха великих физических открытий. В целом были завершены теории, составившие фундамент классической физики: механика, термодинамика, статистика, электродинамика. Однако процесс был эволюционным и в принципе предсказуемым. В первой половине XX века произошли открытия, которые невозможно было предвидеть накануне, например, открытие радиоактивности. Оказалось, что классическая физика неспособна описывать многие наблюдаемые явления, в частности атомные спектры. В течение двух-трех десятилетий физическая наука находилась как бы в тумане. Однако ученым того времени можно позавидовать: чувствовалось, что вскоре тайны будут раскрыты, загадки разгаданы. И действительно, когда были созданы теория относительности и квантовая механика, наступила некоторая ясность. Впрочем, во второй половине XX века — а это было уже мое время — наблюдать за развитием нашей науки стало еще увлекательнее.
 

Сознательный интерес к физике появился у меня в школьные годы. С восьмого класса я занимался самообразованием, читал популярные книжки. Чтобы освоить более сложную литературу, пришлось самостоятельно изучить элементы высшей математики — интегральное и дифференциальное исчисление по учебнику Привалова «Исчисление бесконечно малых». Я так увлекся решением этих задач, что занимался этим даже на уроках истории и литературы.
 

В те годы интерес к физике определялся развитием атомной энергетики. Я очень хорошо помню, как мы впервые услышали о взрыве атомной бомбы. Август 1945 года я проводил в пионерском лагере. Это, конечно, громко сказано — нас просто расселили в одной из деревень в избах и даже в подсобных помещениях. Наше звено помещалось в амбаре. С нами вместе жила наша вожатая-студентка. Однажды она взяла в руки свежую газету и вдруг пришла в крайнее возбуждение. Рассказала нам, что американцы сделали атомную бомбу и сбросили ее на Хиросиму и Нагасаки. Я тогда не совсем понимал, что произошло, но впечатление было сильное. Более ясное представление об атомной энергии я получил года через два. Мне довелось пообщаться с доктором наук П.А. Халилеевым — моя мама дружила с его женой. Позже мы стали коллегами, Павел Акимович почти всю жизнь проработал в нашем институте. А тогда он собирался переезжать в Верх-Нейвинск, чтобы участвовать в атомном проекте. Он дал мне почитать знаменитую популярную книжку Смита «Атомная энергия для военных целей», уже тогда изданную на русском языке. Эта книга укрепила мой интерес к атомной физике.
 

Когда я поступил в университет и начал в рамках лекционной программы изучать физику элементарных частиц, выяснилось, что она в кризисе. В квантовой электродинамике возникла проблема «расходимости»: в теории получалось, что масса и заряд электронов равны бесконечности. Это был мучительный парадокс, но в течение десяти лет физики-теоретики разрешили его.
 

Вторая проблема, привлекшая внимание всего физического сообщества, — классификация элементарных частиц, которых к началу 60-х годов было открыто уже так много, что говорить об их «элементарности» не имело никакого смысла.
 

Начало решения проблемы связано с выходом работы американца Гелл-Мана, который приложил к объяснению сильных взаимодействий теорию симметрии. Вообще симметрия как фундаментальное свойство материи играет в физике колоссальную роль. Если угадать симметрию, то можно понять многие закономерности. Из теории Гелл-Мана вытекала гипотеза о кварках — субэлементарных частицах, из которых состоят сильно взаимодействующие частицы — адроны. В 1965 году я был на полугодовой стажировке в Оксфорде, и туда как раз приехал Гелл-Ман, будущий лауреат Нобелевской премии (во время моего пребывания в знаменитом университетском центре там выступали несколько нобелевских лауреатов). Гелл-Ман читал лекцию о кварках. Огромная аудитория (старинный театр) была переполнена, я сидел на балконе где-то под потолком зала. Еще бы — сообщалось об эпохальном открытии. Тогда это была только гипотеза. Сегодня же существование кварков экспериментально доказано, измерены до деталей все их свойства. Правда, до сих пор никто не видел кварки «живьем», как мы можем наблюдать электрон или протон. Они существуют только в комбинациях, их невозможно отделить один от другого, поскольку они связаны силами, которые возрастают при их удалении друг от друга. Но никаких сомнений в реальности кварков нет, более того, все поведение элементарных частиц объясняется на их основе. Таким образом в молодости я был свидетелем создания фундаментальных областей современной физики: квантовой электродинамики и ликвидации «расходимостей», систематики адронов и рождения теории кварков. За развитием этих областей физики я наблюдал все последующие десятилетия, но, конечно, со стороны. Эти и другие великие открытия физики двадцатого столетия и сформировали у меня чувство, что я живу в счастливое время развития этой науки.
 

— А чем в те годы занимались вы?
 

— Тем же, чем и все в нашем институте — физикой твердого тела, или, как сейчас принято говорить, конденсированного состояния вещества, интенсивные исследования которого начались в Советском Союзе в конце 1950-х годов. Свойства твердого тела, состоящего из ионов и электронов, определяются их сильными взаимодействиями. Чтобы предсказывать эти свойства, нужны математические методы. В физике элементарных частиц, куда во всех странах были призваны лучшие умы, эти методы активно развивались. Потом физики стали возвращаться в другие области нашей науки и привносить в них математический аппарат. Так в середине 50-х математические методы были перенесены в физику твердого тела, и я в частности подключился к их развитию и применению. Эти исследования подробно описаны в моей статье, посвященной 30-летию отдела математической и теоретической физики ИФМ (см. Вестник УрО РАН «Наука, общество, человек», 2004, №3 — Ред.).
 

— Профессиональный успех во многом определяется тем, какие люди окружают вас в начале научной карьеры. Кого из выдающихся ученых, с которыми вам довелось общаться, вы бы назвали в первую очередь?
 

— Конечно же, это мой научный руководитель академик Сергей Васильевич Вонсовский, создатель уральской школы физиков-теоретиков. Именно он «запустил» меня на международную орбиту, по его инициативе я был направлен на стажировку в Оксфорд.
 

Из физиков-теоретиков на меня оказали влияние также мои старшие коллеги: ныне член-корреспондент РАН Евгений Акимович Туров и профессор Павел Степанович Зырянов. А еще я хотел бы назвать людей, непосредственно нашей наукой не занимающихся, — это Николай Николаевич Красовский и Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский. Частых встреч у меня с ними не было, но всегда вдохновлял сам факт их присутствия в нашем городе. Кстати, я окончил ту же свердловскую школу №1, что и Красовский десятью годами ранее. С избранием в академики меня поздравили очень многие люди из разных стран — Англии, Германии, Италии, США, Норвегии, Украины, но самым дорогим поздравлением для меня стало электронное послание и следом телеграмма от Николая Николаевича.
 

Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского я впервые увидел в 1956 году — слушал его знаменитую публичную лекцию о генетике в Свердловском сельхозинституте. И потом несколько раз встречался с этим великим человеком, был и на одном из летних семинаров в Миассово.
 

Вот еще чем интересно наше время: на наших глазах в науке разворачивались два грандиозных процесса — расшифровка ДНК и стремительное развитие информатики. Для молодого поколения наличие Интернета и мобильной телефонной связи — норма повседневности, а для нас — вещи, качественно изменившие жизнь. А сколько всего произошло в социальной сфере! Я помню сталинскую эпоху: чуть-чуть до войны, саму войну и после нее, наблюдал расцвет социализма, его деградацию и крушение, затем перестройку. И все же, повторюсь, во второй половине XX столетия я был счастлив оказаться прежде всего как физик.
 

— Сейчас на дворе новое столетие. Что вам сегодня интересно?
 

— Нынешней весной вышла моя книга в соавторстве с моими учениками Н.И. Чащиным и Д.С. Алексеевым «Теория сильно коррелированных систем» — это итог работы последнего времени. Попробую изложить суть понятным языком. В нашем институте со времени его организации изучали в основном переходные металлы: железо, кобальт, никель, их сплавы, а потом уже химические соединения на их основе и на основе редкоземельных элементов и актинидов. С электронной точки зрения такие металлы состоят из локализованных электронов, отвечающих за магнитные свойства, и коллективизированных электронов, определяющих транспортные свойства, например, электропроводность. Эти подсистемы электронов взаимодействуют, образуя связь электрических и магнитных свойств. Сильное взаимодействие коллективизированных электронов друг с другом и с магнитными атомными моментами — это и есть признак сильно коррелированных систем. В последние два-три десятилетия физики изучают химические соединения с переходными и редкоземельными элементами, например, сложные окислы меди. Но вообще таких соединений с уникальными свойствами много. Их исследуют с помощью квантовых моделей. Первые такие модели были предложены теоретиками нашего института еще в 30-е годы С.П. Шубиным и С.В. Вонсовским. Это полярная и sd-модели, правда, их актуальность была в полной мере понята только тридцать лет спустя. Обе эти модели являются базовыми для сильно коррелированных систем. В нашей книге представлен современный взгляд на сильно коррелированные системы и прослежена связь с идеями Шубина и Вонсовского. Сейчас готовится английское издание, есть договоренность с издательством Оксфордского университета.
 

— Поскольку мы говорили об истории физики, то хорошо бы попытаться ответить на вопрос, каковы перспективы вашей области знания и вообще науки в будущем?
 

   — С точки зрения очень высоких критериев физика является в своем фундаменте почти завершенной наукой, и в ближайшее время эпохальных открытий, которые бы изменили наши фундаментальные представления о природе, ожидать трудно (разумеется, такие прогнозы рискованны). Но в области физики конденсированного состояния, которой все мы занимаемся, неожиданности несомненно будут — даже такого масштаба, как открытие высокотемпературных сверхпроводников. Оно не изменило нашего фундамента — нерелятивистской квантовой механики, но потребовались двадцатилетние усилия всего мирового сообщества, чтобы понять природу этих веществ. Такие открытия будут происходить с развитием технологий и химического синтеза. Они, конечно, очень интересны, возможно, будут иметь практическую значимость. Вероятны трудности в их объяснении, но тем не менее новые явления будут поняты в рамках существующей общей теории — квантовой механики. Можно было бы привести множество примеров подобных открытий, завершившихся присуждением Нобелевской премии.
 

Другое дело — физика высоких энергий и элементарных частиц. На данном этапе физика элементарных частиц тоже завершается. Правда, происходит углубление в пространственные масштабы: при высоких энергиях частицы могут подходить на очень близкие расстояния и проникать друг в друга. В настоящее время достижимый экспериментально масштаб представляет 10–16 см. За пределами этого масштаба мы сейчас имеем только теории. Гипотезы, основанные на общей теории относительности, приводят к предсказаниям, что на масштабах порядка 10-33 см физика становится уже другой. Здесь заканчиваются представления об элементарных частицах как точечных объектах, и работает так называемая теория струн. В этой области физики, смыкающейся с космологей и с проблемой рождения Вселенной, могут быть выдающиеся открытия.
 

Следить, хотя и издалека, за процессами развития фундаментальных областей физики — очень увлекательное занятие. Каждая работа, удостоенная в последние десятилетия Нобелевской премии, — это острая детективная история с интригой, драматическим накалом и счастливым разрешением. Можно не читать детективных романов, так как сюжеты по разгадке таинственных явлений в природе гораздо круче. Вот почему я рад, что как физик работал именно во второй половине двадцатого века, хотя время своего рождения мы не выбираем.
 

Беседу вела Е. ПОНИЗОВКИНА
Фото С. НОВИКОВА