|
|
|
№ 24-25 (3683-84), 20 октября 2004 года
|
 |
|
|
|
|
Никогда не спрашивай:
«А что делать дальше?»
Разговор о дифракции и аппаратных функциях, который имел место быть около 7 часов вечера в «Чайной ложке» за «идеальной чашкой» чая, и в котором аспирантка кафедры оптики Мария Фроленкова, отвечая на вопросы корреспондента, убедила его в том, что неприлично спрашивать: что делать дальше?
Сегодня в мире большинством мужчин признано, что современная женщина – существо эмансипированное, развитое и образованное. Это уже свершившийся факт, что женщина с лёгкостью овладела многими профессиями, которые до сих пор считались мужской прерогативой. Но тем не менее... Физика до сих пор ассоциируется с именами Эйнштейна, Бора, Ландау… то есть с личностями мужеского пола. Как приходят в физику женщины?
|
 |
Мария Фроленкова (в центре) со своими однокурсниками. |
|
– Я могу говорить только о себе…
– Ну, разумеется, не будем же мы говорить о Марии Склодовской-Кюри. Только о тебе.
– Со мной настолько всё просто, что не знаю, стоит ли даже об этом говорить. Просто в школе я не любила предметы, которые надо было зубрить. Любила физику, математику, химию, где надо больше понимать, соображать. Поэтому при поступлении выбирала между физфаком, матмехом и химическим факультетом. И остановилась в конце концов на физике. Мне показалось, что это более живое дело…
– И не ошиблась, как я понимаю. Ну а оптика?
– А здесь ещё проще, даже случайнее. В конце второго курса на нашем факультете идет специализация. Обычно это как происходит? Большинство сразу не может определиться, ходят и спрашивают друг друга: «Ты на какую кафедру пойдешь?» Иногда решение приходит подсознательно. Часто выбор делается случайно, как это было со мной. Имеют значение впечатления. Мне, например, понравилось, что кафедра очень большая – целых два корпуса, в каждом по два-три этажа, очень много кабинетов. Потом я узнала, что на кафедре читается много спецкурсов. Часто на выбор предлагается по два-три спецкурса. На кафедре очень много направлений: физика газового разряда, лазеры, вещественный анализ, голография и много других. А поступают на кафедру каждый год всего около 10 человек (по учебному плану). Из них двое выбирают одно направление, трое – другое и т.д. В результате, на каждый спецкурс ходят по два-три человека. Почти индивидуальные занятия. Кроме того… И это, может быть, самое важное – потрясающий состав преподавателей. Много интересных ученых, есть прекрасные лекторы, слушать которых – одно удовольствие. Так что я ни разу за все годы обучения в бакалавриате, а затем в магистратуре, не пожалела о своем решении.
Нам всем, студентам кафедры оптики, так здесь понравилось, что мы рекламировали ее младшим курсам. И в результате в прошлом году конкурс на кафедру был два человека на место. При 150 второкурсниках и 20 кафедрах это довольно много.
– Расскажи подробнее о преподавателях вашей кафедры.
– Я могу говорить только о тех, лекции которых я слушала. Например, Валентин Семенович Егоров, который читал нам цикл лекций про лазеры. Этот человек занимается лазерами практически с момента их изобретения, то есть с 60-х годов прошлого столетия. В науке не так много людей, которые стояли у истоков какого-то научного направления и продолжают заниматься им до сих пор. У Валентина Семеновича на лекциях, если речь заходила об изобретателе или первооткрывателе какого-то процесса, оказывалось, что они либо выступали вместе на какой-нибудь конференции, либо даже были знакомы лично. Так что о лазерах мы узнали, что называется, из первых рук. Это совсем не то же самое, что читать учебник.
Или, например, спецкурс, который читал нам Валерий Михайлович Немец, о методах анализа состава вещества. Не думала, не гадала, что когда-нибудь я сама этим займусь. Курс считался у нас прикладным, не сравнить с квантовой механикой. Вот мы и думали, что если курс не фундаментальный, то он легкий, и относились к таким курсам соответственно. Я прослушала и почти все забыла. А теперь вот сама занимаюсь микроанализом и думаю: как хорошо, что я этот спецкурс когда-то прослушала.
Но, конечно, лучше всего из преподавателей я знаю своего научного руководителя – Юрия Александровича Толмачева. Сейчас он занимается проблемами дифракции света на отверстиях различной формы. Я вхожу в научную группу, вместе с которой он разрабатывает новый метод решения задач дифракции. Во многом благодаря этому человеку моя научная деятельность оказалась очень насыщенной – статьи, доклады, конференции…
На самом деле, еще очень много преподавателей и спецкурсов, которые мне запомнились. Это и «Опто-электроника» Георгия Викторовича Жувикина – курс, после которого персональный компьютер перестал для меня быть чудо-машиной, которая умеет множество полезных вещей, а стал просто аппаратом, перерабатывающим уйму цифр по вполне определенным законам. Это курс Н.А.Тимофеева «Физика газового разряда», «Атомные столкновения» А.З.Девдариани, «Нелинейная оптика» А.А.Пастора. И еще много-много других.
– А у тебя какая область исследования?
– У меня тема, можно сказать, классическая, но в то же время новая.
– Это как?
– Уже более 100 лет существует классический метод решения задач на дифракцию…
– А дифракция – это…?
– Дифракция, чтобы не залезать в дебри, это когда свет, огибая непрозрачное тело (например, камень), попадает на какую-либо плоскость, расположенную за камнем, так, что граница между тенью от камня и светом размытая. Если бы явления дифракции не существовало, то эта граница была бы абсолютно резкой. Задача заключается в том, чтобы описать это явление теоретически. Или еще такой простейший пример. Свет проходит через тонкую линзу, и мы наблюдаем такое явление: в центре – яркая сфокусированная точка, а вокруг – размытое пятнышко. Это – тоже дифракция. Так вот, описать теоретически это, казалось бы, простое явление очень сложно. Численный расчет еще можно упростить с помощью компьютера, но задача описания от этого не упрощается. Классический подход строится на том, что каждая точка отверстия, через которое проходит свет, сама становится источником световой волны. При этом для расчетов вводятся специальные функции, потом суммы этих специальных функций, далее – суммы этих сумм… Целые тетради формул. И вот на протяжении последних 100 лет другого метода решения задач дифракции не существовало.
Когда я на третьем курсе пришла на кафедру оптики, оказалось, что Юрий Александрович Толмачев, мой будущий научный руководитель, занимается как раз разработкой совершенно нового метода решения дифракционных задач. Метода, гораздо проще классического.
– И в чем он заключается?
– В основе метода – такое понятие, как аппаратная функция.
– Что это значит?
– Предположим, есть оптическая система: непрозрачный экран с небольшим отверстием (или линза) и некая плоскость за ним. И вообразим некий бесконечно короткий импульс. Это гипотетическое понятие, которое вводится специально, чтобы построить четкую математическую модель. Далее мы решаем чисто математическую задачу, к физике отношения, вроде бы, не имеющую, – строим функцию распределения бесконечно короткого импульса за экраном. Это и называется аппаратной функцией. Зная ее, мы можем посчитать распределение света для любого теперь уже реального его источника. Эта операция называется сверткой с аппаратной функцией.
Таким образом, аппаратная функция – вещь универсальная. Свертка считается гораздо проще, чем классические суммы. Этот метод очень перспективен, прост, нагляден, его легко моделировать на компьютере.
– И в чем же его перспективность?
– Он годится для решения любых оптических задач. Например, можно смоделировать процесс распространения световой волны через объектив фотоаппарата. Мы задаем желаемые характеристики фотоаппарата (например, разрешение), и рассчитываем, какие примерно должны быть параметры фотоаппарата. Фотоаппараты не самый удачный пример, зато наглядный.
В своей дипломной работе я рассчитала две оптические системы. Первая система – экран, состоящий из системы колец. Задача заключается в том, чтобы описать, как распространяется свет в этой системе. Строим аппаратную функцию, потом считаем, как реально распространяется сигнал. Получаем разные интересные свойства. Например, если подобрать определенным образом ширину колец, можно в одних точках получить яркие всплески, в других – темные. А если изменять систему колец, то эти всплески сместятся или вообще разрегулируются. Задача, казалось бы, абстрактная. Но на самом деле, умение управлять такой системой – то есть распределять свет нужным образом – имеет большой практический смысл и используется во многих приборах.
Еще интереснее было рассчитать аппаратную функцию для линзы Френеля. Это линза особой формы. Она известна уже давно, но была порядком забыта. А недавно выяснилось, что фирма Canon использует ее в своих фотоаппаратах. Чем хороша эта линза? При обычной форме линзы, чтобы получить некоторые нужные свойства, ее приходится делать очень большой и тяжелой. А во многих устройствах это неосуществимо – там требуется что-то миниатюрное. А линза Френеля позволяет получить те же параметры при меньших размерах и меньшем весе. Еще один фактор – стекло, используемое в оптике, довольно дорогостоящее. Поэтому чем размер линзы будет меньше, тем меньше потребуется затрат. И это только некоторые из преимуществ линзы Френеля.
– Юрий Александрович Толмачев был научным руководителем твоей дипломной работы?
– Да. Я ему безмерно благодарна. Я думаю, что мне повезло, как и всем студентам, которые попадают к нему. Он с каждым разговаривает очень подолгу. Предлагает очень много идей, ставит много задач. Из этого я выбираю то, что мне понятнее, ближе. Начинаю что-то считать. Потом перехожу к следующей идее. Решение ее порождает еще целый ряд задач, которые я постепенно решаю. В результате получается, что я все делаю самостоятельно и никогда не спрашиваю, что мне делать дальше!
Вообще, студентам младших курсов могу посоветовать, особенно если они дальше собираются работать в научной сфере: никогда не задавайте вопрос «А что мне делать дальше?» Среди ученых это считается неприличным. Предполагается, если ты что-то вычислил, то автоматически у тебя должны возникнуть вопросы. Поэтому что дальше? Искать на них ответы!..
Юрий Александрович интересен просто как человек. Иногда любит порассуждать, даже не обязательно на оптические темы. Просто о жизни. Я всегда больше слушаю его, чем сама говорю. Он умудренный опытом человек.
– А что сегодня вообще происходит в оптике?
– Одно из самых перспективных направлений – это лазеры. Существует огромное количество лазеров. Начиналось в 60-х годах ХХ века с простейших твердотельных и геле-неоновых лазеров. Сегодня найдено множество систем, которые способны генерировать лазерное излучение. Преимущества лазеров – узконаправленность, мощность, определенная длина волны. Когда их открыли, были удивлены, почему этого открытия не произошло раньше. Существует очень много природных систем, которые, при некоторой корректировке их параметров, могут давать подобное излучение. Сейчас лазеры используются во многих процессах. Например, для коррекции зрения. Я сама недавно на себе это испытала…
– Правда? Ты решилась на это? Я вот побаиваюсь…
– Не бойся, это почти не больно. А главное, нет таких ограничений, что целый месяц нельзя поднимать тяжести – как это было раньше, когда операции делались скальпелем…
Кроме того, сегодня лазеры используются для анализа различных веществ. Должна признаться, что знаю это только понаслышке, но существуют специальные установки, которые с помощью лазера позволяют найти какой-либо элемент, содержащийся в веществе в количестве всего нескольких атомов.
Другое перспективное направление оптики – создание квантовых компьютеров. Пока что это все очень призрачно. Суть такая. В обычном компьютере кодирование информации происходит за счет того, что физическая система находится в одном из двух состояний, например, намагниченном и размагниченном — это логические ноль и единица. Простейшая квантовая (двух-уровневая) система уже может находиться в одном из четырех возможных состояний. Если бы удалось работать с такими системами, то значительно возросла бы плотность записи информации. Наверняка можно было бы повысить и быстродействие. В принципе, все это возможно, теория не запрещает.
Очень интересны и полезны разработки в волоконной оптике. Сейчас есть такие оптоволокна, которые передают информацию со скоростью света и почти без потерь. Если это направление будет и дальше развиваться, то у нас может появиться, например, цифровое телевидение.
– У тебя в разговоре все время проскакивает, что ты все-таки больше тянешься к «жизни», чем к «сухим интегралам». Ты находишь для себя какую-нибудь отдушину?
– Да, я уже говорила об этом. У меня сейчас есть интересное живое дело. В одном научно-исследовательском институте, занимающемся изучением металлургических процессов, я провожу микроанализ различных проб. Меня это очень увлекает. Там есть растровый электронный микроскоп с системой микроанализа. В работе с ним нужны знания и по рентгеновскому излучению, и оптические знания, надо ориентироваться в спектрах атомов. Мои знания, полученные на факультете, там очень пригодились.
– Для чего используется этот прибор?
– С его помощью делается микроанализ. Например, разрабатывается некий технологический процесс, с помощью которого отделяется металл от пустой породы. На специальных установках, которые имитируют работу настоящего завода, моделируют этот процесс. Приготавливается проба. Нужно узнать строение, вещественный состав, структуру пробы, назвать размеры всех частиц. Делается специальный срез, называемый «шлиф». Моя задача проанализировать его с помощью микроанализатора. Если частички металла совсем маленькие, порядка микрона (десять в минус шестой метра), то мы даем заключение, что металл выделился, но его невозможно отделить от пустой породы. А если частички крупнее – порядка 100 микрон – то уже можно о чем-то говорить. Это самый простейший пример. Задачи, выполняемые нашим «микроскопом», могут быть гораздо сложнее. Мощь этого прибора в том, что он позволяет делать локальный анализ – на участке в 5 микрон. Многие другие методы анализа осуществимы только на более крупных участках и позволяют определить только средний состав вещества. А «микроскоп» позволяет сказать, что в этой точке, что в той и так далее.
– Я понял, что нельзя спрашивать, что делать дальше. Но по-другому не спросишь: что собираются делать дальше твои однокурсники?
– Мой выпуск состоится еще только через полгода. Я защитила диплом на полгода раньше. Официальная защита будет только в феврале.
– Хорошо, а какие планы у твоих однокурсников?
– Из тех, с кем я общаюсь, кто-то уже работает в исследовательских институтах и, возможно, там и останется. Но таких не очень много. Конечно, многие пойдут в аспирантуру, и в дальнейшем, возможно, уедут за границу. В основном же, многие ребята устроились в разные компьютерные фирмы: программистами, системными администраторами. Интересный факт. Один идет в фирму, а она как раз набирает штат. Он зовет знакомых со своего факультета, а те в свою очередь – своих. В результате чуть ли не целый факультет работает в одной фирме. Вот, например, недавно был турнир по мини-футболу среди компьютерных фирм. Оказалось, что вся команда одной из фирм – с физфака… Вот так. 
Дмитрий Фиалковский
|
