Поспешая не спеша. Двигать науку можно по-разному

Профессор Михаил ТРИБЕЛЬСКИЙ, заведующий лабораторией кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ, не раз рассказывал «Поиску» о своих исследованиях. Заметим, всегда разных. Например, о возможности создания принципиально новых многофункциональных элементов для наноустройств, оперирующих оптическими импульсами. В будущем они помогут разработать компьютеры производительностью в миллионы раз выше действующих. А, скажем, в Японии Михаил Исаакович работал более 10 лет и занимался теорией ударных волн, гидродинамикой жидких кристаллов, а также динамикой сложных систем. И пришел к выводу, что и социальные системы можно попытаться описывать теми же законами, что и явления неживой природы. Однако на вопрос, какой области физики ученый все же отдает предпочтение, ответил, что не делит ее на направления и сферы.

— Еще студентом я понял, что Ландау и его ближайшие ученики знали практически всю теоретическую физику. Подумал, и я так попробую, позабыв по молодости, что я не Ландау, да и время другое: физика сейчас более разнообразна, обширна, и даже нобелевский лауреат не смог бы быть в курсе всего. Так, по «незнаемости», недооценив трудности и переоценив собственные возможности, я за этот гуж и взялся. Конечно, всю физику не постиг, однако круг интересов оказался широким — это заслуга моих очень сильных учителей. И профессиональное ремесло — математический аппарат освоил неплохо, что очень пригодилось в дальнейшем, помогая найти задачу не только интересную, но, если повезет, и важную, поставить ее и решить. Главное же, безусловно, — найти перспективную задачу. Случается, это по-разному. Иногда в науке возникает оригинальная теория или удается сделать прибор, открывающий новые возможности, и коллеги часто бросаются в образовавшийся прорыв. Задвинув подальше текущие исследования, они стремятся первыми захватить наиболее перспективный «плацдарм». И я стараюсь побыстрее реагировать на новинки, но при этом продолжаю посматривать по сторонам, а то и далеко назад: не осталось ли чего интересного? В общем, поспешаю не спеша. Бывает, что неожиданно возникшая идея заставляет старую проблему заиграть новыми красками.

Например, каждый, наверное, кто хоть раз видел море, обращал внимание, как на берег опрокидывается набегающая волна. Происходит это потому, что ее гребень движется быстрее подошвы. Это явление присуще многим нелинейным волнам, в том числе звуковым. Тем не менее еще в 1942 году будущий нобелевский лауреат Ханс Бете заметил, что у многих жидкостей в определенной области значений давления и плотности скорость гребня звуковой волны меньше, чем скорость ее подошвы. Так возникают совершенно необычные гидродинамические течения. Однако ввиду сложности соответствующих уравнений нельзя было их исследовать.
В конце 1990-х годов, когда я работал в Токийском университете, в столицу Японии приехал мой бывший научный руководитель Сергей Иванович Анисимов. Мы встретились, разговорились, вспомнили про проблему Бете и как-то неожиданно сообразили, что «область Бете» узкая, стало быть, изменения давления и плотности в таких течениях малые. Это позволяло применить к решению задачи известную теорию слабых ударных волн. Так, спустя 60 лет после того, как Бете сформулировал проблему, мы нашли ее решение. Замечу, что в Токийском университете я был профессором прикладной математики, занимался совершенно другими делами и работал над «проблемой Бете» параллельно с ними.

— Какую задачу вы ставите перед собой сегодня?
— Основное внимание мы по-прежнему уделяем задачам оптики в наномасштабах. Здесь все еще остается много нерешенных, но интересных и важных проблем. Посмотрите, как сложно выглядит обтекание световой волной наночастицы, изображенное на рисунке. Это позволяет управлять электромагнитным полем видимого диапазона в наномасштабах, то есть решать задачи, которые еще 20-30 лет назад считались принципиально неразрешимыми. И сейчас проводим новый цикл исследований. Передний край современной оптики — это явления, связанные с воздействием на вещество короткими и сверхкороткими лазерными импульсами. Процесс их рассеяния нанообъектами иногда происходит совершенно иначе, чем импульсами большей длительности. Что это означает? Представьте, что вы качаетесь на качелях. И чтобы сильно раскачаться, нужно некоторое время. То же и с электромагнитными колебаниями, которые свет возбуждает в наночастице. Если длительность импульса оказывается сопоставимой или значительно меньше, чем время «раскачки», то, как мы убедились, при надлежащих условиях это приводит к ряду необычных явлений, существующих только при воздействии таких коротких импульсов. Подобные явления хорошо известны в теории резонаторов, но в задачах о рассеянии света наночастицами эти вопросы раньше не обсуждались.

— Это только фундаментальные исследования или также и прикладные?
— Физика едина. Деление на фундаментальные и прикладные задачи достаточно условно. Многие полученные нами результаты можно рассматривать как основу для создания новых методов, прежде всего в нанотехнологиях. Мы только что говорили о чисто фундаментальных явлениях, связанных с раскачиванием электромагнитных колебаний. Занимает это всего пикосекунды — миллионные доли миллионной части секунды. Представляете, какие практические перспективы открываются! Это позволит создавать принципиально новые наноустройства и материалы. Например, «зеркала», прозрачные для коротких импульсов и отражающие длинные (или наоборот) модуляторы излучения. Заданным образом они профилируют проходящие через них оптические импульсы и др. Эффект, подчеркну, достигается без подачи на такие элементы какого-либо управляющего сигнала. Так прикладные задачи оказываются неразрывно связаны с фундаментальным знанием. Но это в будущем, хотя, возможно, и недалеком.

А вот пример из прошлого, когда глубокие теоретические исследования удалось реализовать на практике. Представьте твердый полимер, скажем, обычный плексиглас, и в нем есть дефект. Полимер прозрачен, а дефект поглощает свет. Если такой плексиглас облучить достаточно мощным электромагнитным излучением, то место дефекта нагревается — происходит модификация полимера. В результате уже не только поврежденное место, но и окружающий его полимер начинает поглощать свет. Температура растет — как следствие, увеличивается скорость модификации. Процесс лавинообразно ускоряется. Эта задача описывается довольно сложными нелинейными уравнениями, которые мы вывели и решили. Казалось бы, это — лишь еще один пример фундаментальной проблемы — описание нового типа неустойчивости. Однако, как оказалось, она имеет практический выход. Если такой механизм (его назвали оптическим проявлением) использовать при производстве электронных чипов, то производительность стандартных линий увеличится в несколько раз, качество продукции возрастет, доля брака уменьшится, а себестоимость снизится.

— Где могут найти применение технологии, созданные на основе ваших исследований?
— Прежде всего в медицине, в частности, в онкологии при лечении новообразований. Если к наночастице прикрепить специальные молекулярные комплексы, нацеленные на раковые клетки (биологи это уже делают), и ввести в кровоток, то они попадут в опухоль. Это место облучают лазером — наночастицы нагреются и убьют раковые клетки. При этом здоровая ткань повреждена не будет. Насколько я знаю, подобные лабораторные исследования проходят очень успешно. Важно подобрать правильный состав частиц и оптимальные режимы облучения.
Еще один важный аспект — запись и обработка информации сверхвысокой плотности. Если наночастицу «посадить» на магнитный носитель и облучить светом, то (в зависимости от режимов облучения) она сможет как ее намагнитить, так и, наоборот, размагнитить. В результате возникает возможность разместить бит информации в пространственной области размером в несколько нанометров. Чтобы управлять такими процессами, нужно четко представлять, из какого материала можно делать такие частицы и как их облучать.

Это лишь несколько примеров из длинного списка. Здесь и создание новых, не существующих в природе материалов с необычными свойствами, и спектроскопия сверхвысокого разрешения, и визуализация субволновых объектов, и многое другое.

— Известны ли ваши исследования за рубежом?
— Коллеги, безусловно, в курсе. Мои работы опубликованы в высокорейтинговых журналах и часто цитируются. В среднем на одну статью приходятся более 16 ссылок. Но есть и оригинальные публикации, насчитывающие около двух сотен цитирований. Приходят приглашения войти в программные комитеты и выступить с докладами на международных конференциях, прочесть лекции или приехать поработать… Наука границ не знает.

Записал Юрий ДРИЗЕ

Нет комментариев