№ 27 (3686-3687), 26 ноября 2004 года
главная | оглавление | <... | ...>

Ясность

О роли фундаментальной оптики
в жизни и о том, как все труднее делать свое дело

Если б были мы немного проще,
Если б мы учились понимать,
Мы могли бы в жизни не блуждать,
Словно дети в незнакомой роще.
Саша Черный

Иду из редакции от Натальи Николаевны. Суть ее предложения ясна и понятна: надо написать заметку об оптике и о роли нашей кафедры в развитии этой науки. Форма – свободная. Долго колебался, но все-таки сел писать. Написал то, что вы читаете, потому что наступает время ясности. Написал потому, что планируется очередная перекройка школы, потому что речь идет о дальнейшем разрушении фундаментальной науки. Настало время кричать.

В таком понимании происходящего я не одинок. В руках у меня – «Час пик» №41. Твердолобые интеллигенты озвученные властью проекты (Принятые? Разрабатываемые? Очередной «пробный шар»?) комментируют так же, как понял их я: в России решено ликвидировать фундаментальную науку и образование как «лишнюю обузу» для государства. Пора передать «удачно расположенные» здания Академии наук, университета в руки тех, кто сумеет правильно распорядиться полученной собственностью. Примеры мы уже имеем: Дом книги, Сенат и Синод... Логика требует и следующего шага: Зимний дворец превратить в гостиницу. От-т-тличная будет! С картинками на стенах! Все ясно. Потому – не страшно.

Наступает ясность. Наконец-то тем, кто, трепыхаясь в безденежье, пытается еще что-то сделать в науке, власти четко и недвусмысленно показали «столбовую дорогу» дальнейшего движения. Показали в концентрированной форме отношение к будущему развитию основ «высоких технологий» в России. Запоздалые движения Самых Старших начальников, призванные хоть как-то смягчить произведенный эффект, лично у меня вызывают только недоумение. Они не понимают, что мы уже научились отличать слова от дел. Ясность – лучше.

Отношение к будущему страны – это одна из составляющих патриотизма. О патриотизме говорят нам теперь все чаще. И левые, и правые. Я – патриот. Патриот не государства, а страны. Стал я им не сегодня и не вчера – гораздо раньше, а осознал только в последние годы и говорю об этом открыто. Видно, сказались десятилетия воспитания (не пропаганды, а воспитания) бабушкой, той самой, которая печатала справку от имени президента Академии А.П.Карпинского будущему академику Д.С.Лихачеву; отцом, который возмущался стихотворением Маяковского из-за мелькнувших в нем пренебрежительных слов о Российской науке; мамой, ставившей умение учиться выше всех остальных достоинств человека. Именно из-за внутреннего патриотизма, а не любви к «родным березкам» вызывает во мне отвращение чудовищно крикливый ура-патриотизм г-на Жириновского, которого с какой-то непонятной мне целью чаще всех других политиков нам демонстрируют «по ящику».

«Снимаю порчу». «Вывожу из запоя по фотографии». «Торсионные поля». Все это – звенья единой цепи, опутавшие мою Родину, и цепь эта – пронизывающая все сиюминутная нажива. К власти пришел какой-то новый, непонятный мне и недостаточно изученный, стремительно размножающийся класс чиновничества. Ему не нужны фундаментальные естественные науки! Ведь этот класс ничего не создает. Он распределяет подать. Посмотрите вокруг. Вдумайтесь! Этому классу не нужна даже разведка полезных ископаемых. Того, что «накопали» предыдущие поколения, да при той норме прибыли, что обеспечивает «дешевая высококвалифицированная рабочая сила», хватит и на прокорм нынешнего поколения «лучших его представителей», стремительно обрастающих недвижимостью и активами здесь и за рубежом, и на их потомков. Какого же еще блага желать маленькому человечку в добротной «шинели»? Ему надо всеми силами защищать свое добро – и создается неподъемная для нашей страны армия людей «при оружии», направленном вовнутрь. Cоздаются специализированные школы для подготовки детей (чьих?) на роль государственных служащих. Можно представить себе, какое раздражение должны вызывать у власть имущих «государственные нахлебники» в лице жаждущих стипендии студентов, а еще пуще – профессоров. Робко время от времени поговаривают о нарушении Конституции. Нет никакого нарушения! Надо было читать ее с лупой в руке до того, как голосовать «за».

Нынешняя политика в отношении естественнонаучных дисциплин (пока еще только их) начата не сейчас. Еще «коммунистическому» министру Силаеву приписывают слова о том, что преподавателю высшей школы «достаточно доски и мела». Правда, при этом с преподавателя почему-то продолжают спрашивать результаты научной работы… Но это так, временно. Грамоте знает – путь пока пишет. Объем финансирования процесса «интеграции» науки и образования стремительно приблизился к нулю.

Ах! О чем это я?.. Да! Я ведь собирался написать о роли кафедры оптики в науке. Причитания оставались бы причитаниями, если бы не была недавно сдана в печать большая статья об истории нашей кафедры, а в ней, при всей ее оптимистичности, не было бы списка защит кандидатских диссертаций, из которого явственно проступает черное лицо сегодняшней деградации. Если бы не было потерь, трагических для учителя потерь молодых людей, проведших хорошее исследование на первом курсе аспирантуры и вдруг (совсем по Ананову, поучавшему недавно с экрана «ящика», как надо жить) уходящих в мелкий бизнес, или уезжающих за рубежи страны, к более разумно организованной жизни.

Можно сколько угодно убеждать меня в том, что это «нормально», в том, что во всем мире происходят такие же процессы. Я соглашусь – и сошлюсь на слова нашего президента, сказавшего о поляризации доходов (народа? элит?) в разных регионах страны как об одной из экономических причин чеченского терроризма. Его словам вторит г-н Морозов, назвавший страшную цифру – 46-кратное различие в уровне доходов в различных регионах России. Вдумайтесь, 46-кратное! Не надо забывать, что такая же поляризация доходов наблюдается и между странами мира (непрерывно возрастающая, между прочим). Именно о ней как наиболее вероятной причине нарастания мирового терроризма говорят политические обозреватели все чаще и чаще. Уход моих (наших) учеников из науки, их отъезд за рубеж – это потеря будущих доходов народа моей Родины. Это – основа дальнейшей поляризации. Это – один из ручейков, впадающих в разбушевавшуюся реку терроризма… Только террористом, боюсь, скоро станет не нищий араб, а нищий русский студент. Так же, как при «процветающем» царизме.

Почему же, несмотря на внутреннее сопротивление, я все-таки решил написать заметку о роли фундаментальной оптики в жизни? – Да просто потому, что, придя домой, машинальным движением надел очки. Очки, пожалуй, один из немногих примеров того, где для создания оптического прибора, выпускаемого миллиардными тиражами, не потребовалась фундаментальная наука. Даже лупа – хорошая лупа – требует расчета. Доказательством того, что между «просто лупой» и хорошей лупой имеется большая разница, служит тот факт, что изготовленные нашим Опытным заводом (где-то он?) два образца хорошей лупы «ушли» из лаборатории в течение нескольких месяцев, несмотря на то, что увеличение они имели такое же, как обычные.

Не может человек без высшего образования придумать и рассчитать такую лупу. Не может человек, не имеющий среднего технического образования, изготовить такую лупу. Не может человек, не имеющий высшего образования, придумать и создать устройства для производства и контроля качества миллионов подобных луп.

Если вы думаете, что в современных очках отсутствует фундаментальная наука, то ошибаетесь глубочайшим образом. Бог с ней, с оправой, где использованы достижения гальваники и химии полимеров. Я говорю только о паре сферических поверхностей, между которыми находится стекло. У вас я вижу «хамелеоны». Прекрасно! Фотохромные стекла – это замечательное достижение химии и физики твердого тела. Уже сегодня появились очки, автоматически подстраивающиеся под условия освещения, помогающие перефокусировать глаз с дальнего предмета на ближний, исправляющие астигматизм именно ваших глаз, а не глаза вообще. Фундаментальная наука и современная техника уверенно создают такие очки.

Забыты, перестали упоминаться (Почему? Или – зачем?) уроки Первой мировой войны, когда российская промышленность умела производить пушечные стволы, но не умела производить средства наводки орудий на цель. В.В.Путин говорит о том, что нам объявлена война. Слова его подхвачены и растиражированы. Но в сражении побеждает не только тот, кто лучше вооружен, но и тот, кто сумел упредить противника. Отсутствие в царской России производства биноклей – оптических приборов, основы качества которых заложены фундаментальными научными исследованиями – немаловажная причина многих трагедий Первой мировой. Почему же разрушены ГОИ, ЛОМО? Судя по цвету ваших очков-хамелеонов, стекло китайское. Почему не наше? Где оно? Не ясно. Ведь наше было лучше!

Только не надо говорить мне о бедности страны и государства. Новые дворцы вокруг крупных промышленных центров, золото Кремля, обилие дорогих автомобилей, концентрация которых намного превышает таковую в «развитых» странах, напрочь опровергают эти слова.

Пару лет тому назад любимому и уважаемому мною человеку, имеющему вход в Высшие Сферы, я подарил копию диска с записью любимого мною певца. (Извините за стилистическую ошибку, но уж такой я любве-обильный!) Моей зарплаты достаточно для того, чтобы в подарке был оригинал (точнее, лицензионная копия), но смысл его был именно в домашней копии как квинт-эссенции достижений современной фундаментальной науки, в том числе – оптики.

Мы просто не задумываемся о том, как быстро эти достижения входят в нашу жизнь, как быстро они становятся будничными, и как меняют жизнь те самые мелочи, которые еще вчера – только вчера – вызывали удивление, восторг, недоуменное покачивание головами. Оглянитесь! Вокруг вас – тысячи молодых людей, «повязанных» сотовыми телефонами. Это – достижение фундаментальной науки. Ну-ка, отключите на сутки все мобильники! Как себя будут чувствовать эти несчастные? Что будет делать бизнесмен, сегодня непрерывно «висящий» на своем сотовом телефоне? (На двух? На трех?) Рабочие на стройке вовсю пользуются лазерными уровнями и отметчиками… Это ведь тоже достижение фундаментальной науки и высших технологий!

Давайте вернемся к подаренному диску. Оставим в стороне такие вопросы фундаментальной химии, как создание долговечного пластика, из которого он изготовлен, вопросы фундаментальной математики, связанные с разработкой оптимальных принципов кодирования записанной на нем музыки. Оставим только оптику, ту самую фундаментальную науку, которой учат на нашей кафедре. Ведь у вас есть CD-проигрыватель? – Есть. Вы вставили диск и нажали кнопку. Диск завертелся и одновременно заработал лазер. Его свет сфокусировался миниатюрной линзой на поверхности диска. Если вы еще не забыли школьный курс физики и математики, возьмите карандаш и бумагу, подсчитайте, каков размер светового пятнышка на диске. Вы увидите, что он равен предельно возможному, предсказанному теорией дифракции – одним из разделов фундаментальной оптики. Она же указывает направление дальнейшего развития техники: для увеличения количества записанной информации (оставаясь в рамках прежних инженерных решений) надо уменьшить длину волны излучения лазера. Пусть втрое – и вы получите в 9 раз большую плотность записи. Не впечатляет число? А разница между одним часом и девятью часами?.. – Вот то-то!

Тот, кто раньше освоит коротковолновый световой диапазон, создаст соответствующее производство лазеров, линз, устройств записи и копирования, будет иметь огромные финансовые преимущества перед другими. Где в нашей стране созданы такие производства?

Свет лазера вашего проигрывателя отразился от диска и попал в световод. Когда я показываю студентам или школьникам завязанный в узел световод, из конца которого выходит излучение лазерной указки (кстати, китайской!), удивления это не вызывает. Привычно! Но ведь световод – это недавнее достижение фундаментальной оптики ХХ века, основанное на законе Снеллиуса (ХVI век). Вспомните мелькнувшие пару лет тому назад сообщения о завершении прокладки мировой световодной цепи. Здесь нашли свое инженерное воплощение результаты, полученные электродинамикой, квантовой физикой, оптикой, химией (без нее и световод-то не сделаешь!), металлургией и Бог ее знает какой еще фундаментальной наукой.

Сам диск. Фундаментальная оптика утверждает: в этом самом диске, применив ультракороткие световые импульсы, можно записать по крайней мере в 10 раз больше информации, не меняя даже длины волны излучения, только используя новые технологии записи. Давайте делать это здесь, в нашей стране, а не за границей! Вложите миллион – получите миллард!

Нет! Вот уже более 15 лет финансирование технической базы научных исследований сокращено почти до нуля. Повторю самого себя пятилетней давности. Срок морального (и материального) старения научного оборудования примерно 5-7 лет. Итог: за прошедшее время материальная база научного эксперимента устарела безнадежно. Сегодня, вероятно, проще выбросить все имеющееся и начать с нуля. С нуля начинал в организации науки и образования в России Петр I, на которого еще недавно так любили ссылаться перестойщики-переломщики. Надо также понимать, что в отличие от прошлых времен современный нуль создан чьей-то волей, мыслью (или недомыслием, что еще хуже). Положение усугублено тем, что в значительной степени потеряны кадры, которые могут сформулировать новые задачи и вдохнуть жизнь в новое оборудование, буде его закупят за границей.

Вероятно, холодная констатация этого факта и подвигла нынешние власти-от-науки на объявленное сокращение числа научных учреждений. Мне лично это говорит только о том, что власти у нас не капиталистические. О том, как планируют на 15-20 лет вперед капиталисты, знаю не понаслышке. Кто и что запланировал сейчас в нашем государстве, нам не сообщают. Почему? Не ясно. Потому – страшно. Нас учат и заставляют жить сегодняшним днем в ожидании решений свыше. Нельзя поддаваться!

Может быть, вернемся к диску? Отраженные световые вспышки по световоду попали на фотодиод (еще одно блестящее воплощение союза фундаментальной физики твердого тела и инженерной мысли, произведенное в Японии, Малайзии или Китае, но разработанное в том числе и нашими учеными) и превратились в электрические импульсы, которые начал «пережевывать» компьютер. Мы приходим к микроэлектронике, без которой невозможно представить сейчас себе ни СВЧ-печку, ни боевую ракету.

При производстве микросхем используются высококачественные объективы. Они рассчитаны с помощью теории, основы которой заложены Аббе еще в XIX веке. Это – абстрактная фундаментальная геометрическая оптика. Не далее как несколько дней тому назад мой студент А.В.Кытманов сказал, что лучше вернуться еще на два века назад и взять за основу расчета иную фундаментальную идею – принцип Ферма. Попробуем. Возможно, Антон прав.

Обложка коробочки диска тоже была скопирована. Здесь – и теория цвета, и лазеры, и красители, и… В простом цикле изготовления копии диска нашел свое воплощение целый букет достижений фундаментальных наук.

Уходит бытовая цветная фотография. Фирма Кодак сворачивает в Европе и Америке (США) свои центры по обработке пленки. Пришла цветная цифровая фотография. У вас уже есть такая камера? Как, всего 3 мегапиксела? А посмотрите книгу «Методы внеатмосферной астрономии» Е.И.Москаленко, изданную в 1984 году. С каким торжеством в ней говорится о матрицах в 0,64 мегапиксела! За этим стремительным прогрессом – не только чудеса технологии, но и фундаментальные исследования по физике и оптике твердого тела. Но где же цифровой «Фотокор» или «Зенит»? Снова «купим у японцев»? Придется переплачивать за перевозку «телушки» из-за моря! Ясно и то, что ракета, в которую надо подобную матрицу вставить, не полетит при прекращении поставок из Японии! Снова будем за каждого террориста платить десятками жизней? Ведь и так-то маловато этих жизней в нашей стране остается!

Идет война?! – Ясно! Понятно и то, что победит тот, кто зорче, кто быстрее, кто сильнее. Копящиеся в стабилизационном фонде «зеленые» от продажи нефти – не сила! Уже старательно забыли школьный курс химии: «Нефть – не топливо, а ценнейшее химическое сырье. Топить можно и ассигнациями». Достаточно точно я процитировал по памяти Д.И.Менделеева? Сила страны – в знаниях, в умении, в технологиях. Они требуют затрат, но отдача – многократно больше затрат. Это ясно понимали российские фабриканты в конце XIX века, а в XXI – забыли.

Не могу смириться с отношением власти к образованию, потому и возвращаюсь к этой теме. Когда-то в дискуссии с министерскими чиновниками, стоявшими на якобы марксистских позициях и утверждавшими, что расходы на высшую школу – это непроизводственные расходы, я «родил» фразу, что мы – университет – это производство кадров высшей квалификации. Когда я оправляюсь в Петергоф, от стариков-рабочих, идущих в 6.30 утра на рядом расположенный завод, слышу сегодня, к чему приводит непонимание этого. Не хватает инженерных кадров. Не хватает мастеров. Не хватает рабочих, умеющих прочитать чертеж. Предлагают мне плюнуть на профессорство и перейти к ним. «Даже в конторе в два раза больше получать будешь. Там грамотные нужны!» Ясно, что наступает кадровый кризис. Ясно и то, что для его ликвидации вновь вынут деньги из наших карманов. Хотя бы под предлогом борьбы с бедностью. Российским фабрикантам XIX века, большевикам XX века было ясно, что без хорошо обученных рабочих развивать производство невозможно. Созданная ими – и теми, и другими – система подготовки кадров разрушена. Зачем? Не ясно. Потому – страшно.

Так что там? О чем это я? Ах, да. Микросхема. Чип. В войне – «горячей», «холодной», партизанской победит тот, кто скорее обрабатывает информацию. Скорость распространения сигнала по чипу определяется скоростью света – совсем уж фундаментальной константой. Это значит: чем меньше чип – тем быстрее он может работать. Но фундаментальные законы оптики говорят, что при массовом производстве есть только один принципиальный путь уменьшения размеров чипа (пока что есть, завтра наверняка найдем и другой путь!) – уменьшить длину волны света, используемого в технологическом процессе. Это направление оптики развивается стремительно. Как вам понравится словосочетание «рентгеновский микроскоп»? Какие линзы или зеркала вы можете придумать для проникающего излучения? А ведь такие микроскопы уже есть! Вопрос только в том, как сделать их достаточно дешевыми и высококачественными. Мы – оптики – ждем в ближайшее время скачка в технологиях производства микросхем, базирующегося на достижениях фундаментальной дифракционной оптики. Мы не только ждем его, но и участвуем в развитии. К сожалению, пока – только создавая теоретические методы решения соответствующих задач. Воплощаются они в реальную жизнь, в технику не в нашей стране.

Нужны примеры? Возьму лишь два, не «закрытые» патентными правилами. Первый – расчет параметров «магнетронной» плазмы, используемой в производственном цикле микроэлектроники. Наиболее совершенная теория создана на кафедре оптики в лаборатории физики плазмы Ю.Б.Голубовским и И.А.Пороховой. Наличие разработанного ими полного описания формирования плазмы позволит оптимизировать соответствующие производственные процессы.

Второй пример связан тоже с плазменными технологиями. Проблемы фундаментальной физики простейшей молекулы Н2, которые разрабатывает Б.П.Лавров с учениками, позволили получить точные значения молекулярных констант, характеризующие свечение молекулы водорода. Их и иные, разработанные им совместно со студентами, новые спектроскопические методики оказывается возможным использовать при дистанционном контроле и управлении процессами создания микросхемы.

Для В.С.Егорова, профессора кафедры оптики, и меня ясно, что следующим шагом в развитии микроэлектроники после уменьшения размеров деталей чипа будет переход к использованию фемтосекундных световых импульсов. Первый из двух ученых занят разработкой фундаментальных основ процессов генерации таких импульсов и их взаимодействия с веществом, второй – распространением их в прозрачных средах. Вновь я задаю себе один и тот же вопрос: «Нужно это России или нет?» Не ясно. Будущее наших детей уже намертво связано с добычей и перегонкой на Запад, на Восток нефти и газа. Неужели и внукам уготована та же судьба?

Фундаментальные основы спектрального анализа чистых и сверхчистых веществ, используемых при создании бомбы (наконец-то вновь заговорили о том, что только благодаря быстрому ее созданию в нашей стране мы живем в России, а не в Московии, граничащей с Петербургией или Рязанией под началом пришлых губернаторов), были разработаны в лаборатории спектрального анализа кафедры оптики. Почему ее выпускники оказались нужны в Израиле, в Канаде, в США, но не в России? Не ясно.

Слишком больно задавать все эти вопросы, зная, что не получишь ясного ответа. Ясно, что надо просто делать свое дело. Пока мне везет: бесконечно талантливые сегодняшние ученики: Миша Лебедев, Маша Фроленкова, Антон Кытманов, Иван Шарков – настоящая опора в жизни. Пока есть такая молодежь, смотреть вперед не так страшно…

Но ведь страшно же!  

Ю.А.Толмачев,
профессор физического факультета

© Журнал «Санкт-Петербургский университет», 1995-2004 Дизайн и сопровождение: Сергей Ушаков