Директор института цифровых технологий, электроники и физики АлтГУ Сергей Макаров рассказал о современном физическом образовании

июнь 15, 2020

– XXI век время цифровых технологий. «Цифра» диктует нам, как жить, что производить, чему учиться. Между тем одна из насущных проблем – нехватка именно технических специалистов, в том числе физиков…

– Вспомним 60-е годы, когда научная фантастика плод вымысла лириков, была так или иначе связана с концепциями физиков. Затем накал холодной войны, гонка советских и американских технологий, их расцвет. После –интеграция России в глобальный мир, компьютеры, интернет, то есть смена вектора технологического развития. И вот, спустя десятилетия, мы подошли к тому, что называют «цифровым неравенством» к контурному распределению информационных ресурсов. Возник парадокс: информации становится больше, а умеющих работать с ней высококвалифицированных специалистов –по пальцам пересчитать. Как его решить? Очевидно, готовить физически подкованные кадры. Государству, частным компаниям нужны сейчас именно такие, знающие физику специалисты. Ведь физика – наука фундаментальная, она учит мыслить, видеть то, что скрыто от глаз обывателя. Не могу не вспомнить в этом ключе американского физика Ричарда Фейнмана, написавшего книгу «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!». Всем, кто ее прочел, становится ясно: физика – это не только формулы.

– Существует стереотип. Физик – бородатый энтузиаст, который то читает книги, то проводит эксперименты. Интересно, а как бы вы охарактеризовали себе подобных?

– Физик – 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.

– И физики, и математики работают с числами. Но все-таки: чем физик отличается от математика?

– Тем, что для математика число безразмерно, а в физике каждое полученное числовое значение физической величины выражено в единицах измерения. Отсюда множество формул, каждая из которых применима для описания реальных процессов. А также указание единицы измерения: а что именно вычисляли-то? Чем больше проводится измерений, тем достовернее результат. Самый достоверный из всех называется абсолютной истиной, но он, увы, недостижим (если, конечно, вы не создатель Вселенной). Поэтому приходится говорить лишь о доверительном интервале –совокупности значений измеряемой физической величины.

– 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.

– Не секрет: каждый ученый по-своему видит мир. Биолог – через микроскоп, географ – через карту. А как на мир смотрит физик?

– «Измеряючи»! Физик изучает природные явления, измеряя (или соизмеряя) их. Если обратиться к хрестоматийному определению, измерение – это познавательный процесс, заключающийся в сравнении изучаемой физической величины с ее эталоном. Мы ставим эксперименты, чтобы получить конкретные результаты, соотнести их с тем, что должно быть на самом деле и таким образом накопить достоверные знания о мире. Принципы экспериментального подхода отражены в двух святых для нас книгах: «Метрология» и «Статистическая обработка экспериментальных результатов».

– В ИЦТЭФ АГУ работают около пятидесяти ученых. Одни занимаются вычислительной техникой и электроникой, другие ведут прикладные исследования, анализируют информационные системы, третьи «бороздят» просторы Вселенной. Чем занимается ваша кафедра – 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. Используемый нами метод акустической эмиссии проверяет состояние металлов и сплавов, уже получили фундаментальный результат: зафиксировали акустический волновой эффект корреляции и активации элементарных деформационных сдвигов. Этот эффект как твердая рука сминает металл, будто пластилин, и задает ему нужную 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 в ходе исследований, отслеживает концентрацию содержания сахара в крови без ее забора у пациента, а также диагностирует свойства материалов.

Кроме того, у института 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 алмаза.

Отмечу, студенты уже с первого курса участвуют во многих серьезных научных проектах и конференциях, учиться им интересно.

– Где могут реализовать себя 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.

Аркадий Шабалин