«Работа теоретика в том, чтобы самому придумать задачу, которую можно решить»

Сеидали Сеидов решил стать физиком, прочитав статью в журнале «Химия и жизнь». В интервью проекту «Молодые ученые Вышки» он рассказал об эффекте близости, вопросе квантово-классического соответствия и фансервисе для физиков.

Как я решил стать ученым

Можно сказать, случайно. Когда я учился в старших классах, папа мне выписывал разные журналы, в том числе «Химию и жизнь». Там была статья про Большой адронный коллайдер, бозон Хиггса — тогда эта тема была очень популярна. Меня это очень заинтересовало, и я решил, что буду заниматься физикой. Сдал ЕГЭ по физике и пошел в МИСИС. Поступил на кафедру физической химии, потому что у кафедры теоретической физики не было своего бакалавриата. Но диплом бакалаврский пошел писать на эту кафедру. Потом поступил там в магистратуру, аспирантуру и защитил кандидатскую диссертацию.

Что я исследую в Вышке

Я попал в Вышку по Программе привлечения российских постдоков. Пошел на нее, чтобы можно было новой физикой позаниматься. Моя тема здесь — эффект близости. Есть такие материалы — сверхпроводники. При низких температурах в них ток течет без сопротивления. Если привести этот материал в контакт с непроводником, то на границе сверхпроводимость сможет проникать внутрь несверхпроводящего металла, и там появляется тонкий сверхпроводящий слой.

Эффект близости нужен для регулирования тока. О сверхпроводнике можно думать как о трубе, в которой течет вода, у нее нет кранов. Вам надо приделать к этой трубе краники, чтобы вы могли открывать и закрывать воду. Это происходит за счет магнитного поля (оно образуется, если прикладывать магнитные металлы) — вы поворачиваете магнитик, и он запирает прохождение тока в силу некоторых эффектов.

Я теоретик и рассчитываю свойства контакта в разных вариантах: допустим, слева ферромагнит, потом сверхпроводник, потом еще один ферромагнит. Если мы будем эти ферромагниты крутить, как будет ток проходить? Вот это я и исследую.

Для чего это нужно

Для создания новых компьютеров не на кремнии, как сейчас, а на сверхпроводниках. У них есть минус — нужна сверхнизкая температура. Но это не страшный минус, потому что в промышленности это абсолютно рядовая технология. Но зато такой компьютер, предполагается, будет быстрее работать. У кремниевого частота процессора 3 ГГц, а там будет 10–15.

В какой области была моя диссертация

Квантовая оптика. Я решал задачу о том, как электромагнитная волна взаимодействует с большим количеством квантовых систем. Допустим, у вас есть атомы, которые могут поглотить либо излучить волну электрического поля. Если их много, тогда возникает так называемый коллективный эффект. То есть атомы синхронизируются. Возникает когерентное состояние. Это значит, что они все начинают вести себя одинаковым образом.

Почему мне интереснее быть теоретиком

Мне всегда нравилось, что физические теории — это сложно. Я еще в школе думал, что хочу их понимать. Еще мне всегда было интересно разбираться, как все устроено. Мне не нравилось не знать. Например, в школе я не знал, как работает компьютер. Сейчас я имею об этом представление. Я могу в общих чертах объяснить, как летают самолеты, и принцип действия атомного реактора.

Какими результатами и достижениями я горжусь

После защиты я решил отдохнуть от квантовой оптики. Искал новую тему и решил заняться вопросом квантово-классического соответствия — как из квантовой механики получается наша обычная классическая механика.

Придумал модельную задачку — посмотреть, что получится. Вообще работа теоретика состоит в том, чтобы самому придумать задачу, которую можно решить.

Оказалось, что там надо рассмотреть студенческую задачку об отражении квантовой частицы от стенки, но в необычном формализме — квантовании Вейля — Вигнера. Я думал, что это будет просто. Оказалось — нет. Есть только очень сложные методы. А мне казалось, что можно придумать что-то лучше. И я нашел относительно простое решение. Написал статью, ее опубликовали в Journal of Physics A. Это моя первая работа, которую я написал сам после защиты диссертации. Теперь надеюсь, что из нее получится вырастить что-то побольше, чтобы дальше решать задачу о квантово-классическом соответствии.

Что такое квантово-классическое соответствие

Как из квантовой механики получается классическая — вопрос в науке открытый. Есть такой известный в узких кругах парадокс: если вы решите квантовую задачу о движении спутника Сатурна Гипериона, окажется, что через 20 лет Гиперион должен размазаться по всей своей орбите. Вопрос: почему этого не происходит?

Предполагается, что дело в том, что он взаимодействует с внешней средой. Допустим, его облучает Солнце. Фотоны, которые от него прилетают, разрушают квантовое состояние, и все схлопывается в классическое состояние. Но это рассуждение качественное, то есть не описано математически. Моя идея в том, чтобы придумать такую модельную задачку и посмотреть, как квантовая волновая функция возьмет и схлопнется в точку. Об этом я сейчас и мечтаю.

О чем будет мой семинар в Вышке

Мы выиграли конкурс, и в Вышке появится научно-учебная группа «Квазиклассическая динамика». Я буду там вести семинар и руководить научной работой студентов. Квазиклассическая — значит, на стыке квантовой и классической. Считается, что квантовая механика — это более общая теория, чем классическая. На самом деле весь мир квантовый, а мы находимся в классическом мире, потому что это какое-то приближение. Если тела становятся достаточно большими, то квантовая механика должна в пределе превратиться в классическую. И я хочу показать, что это буквально происходит, найдя решение уравнений, в которых бы это случалось. Пока таких аналитических (то есть не полученных на компьютере) решений нет, есть общие соображения.

Например, известно, что теория относительности работает при больших скоростях, а при малых превращается в обычную ньютоновскую механику. Есть математическая процедура, которая называется «разложение в ряд». Она показывает, что если скорость маленькая, то теория относительности эквивалентна нашей ньютоновской механике. А как квантовая механика в пределе эквивалентна нашей ньютоновской механике — это открытый вопрос. Вот это я должен рассказывать на семинаре и изучать со студентами.

К чему я хочу прийти

Такой точки нет. Я просто иду по музею физики и рассматриваю картины на стенах. По всем областям нельзя пройти. Жизни не хватит. С другой стороны, заглянуть по чуть-чуть можно в каждую. Физика в каком-то смысле очень маленькая наука. В ней есть несколько принципов, которые работают во всех областях. Например, принцип наименьшего действия. Физическая система ведет себя так, чтобы некоторая величина, называемая действием, была как можно меньше. Он в каком-то смысле эквивалентен тому, что система стремится понизить свою энергию. Мы все не летаем на потолке, сидим на земле, потому что здесь наша энергия в гравитационном поле минимальна.

Если бы я не стал ученым

Не знаю, кем бы я стал. Когда оканчивал школу, сдал информатику на всякий случай, чтобы был план Б. Может быть, стал бы авиаконструктором. Хотя я больше хотел сам летать, чем заниматься авиаконструированием. Но это была малореалистичная фантазия.

С кем я бы хотел встретиться и поговорить

С Львом Ландау и Ричардом Фейнманом. Это люди, по книгам которых я учился первые несколько лет. Вообще Ландау вырастил советскую и впоследствии российскую школу теоретической физики. Он ее не создал, до него были Петр Капица и другие. Но его влияние было настолько велико, что как будто началась вторая серия.

Говорили, что Ландау — последний универсал в физике. Он старался заниматься всем подряд. Конечно, в профессиональной деятельности невозможно все ухватить. Но в плане общей эрудиции он говорил, что надо знать как можно больше. Тривиальное утверждение, но действительно: чем больше из разных областей ты знаешь, тем больше ты можешь применить в своей.

Фейнман занимался квантовой теорией поля и квантовой физикой и получил Нобелевскую премию за так называемые диаграммы Фейнмана. Он и сверхтекучим гелием занимался, как Ландау. Они знали друг про друга через статьи, но, по-моему, не виделись. Фейнман жил в Америке, Ландау — в Советском Союзе.

У Фейнмана есть свой стиль в физике. У всех он есть, но у него он яркий. У него и жизнь была интересная: он занимался физикой в стрип-клубах, участвовал в разработке атомной бомбы. Если кто не читал его биографию «Вы, конечно, шутите, мистер Фейнман!», очень советую.

Могут ли физические теории устареть

Могут. Например, была знаменитая теория эфира. Какое-то время это был научный мейнстрим. Но с развитием электродинамики и теории относительности выяснилось, что электромагнитная волна может распространяться в вакууме без всякого эфира.

До эфира была теория теплорода. Она объясняла, как тепло переходит от горячих тел к холодным. Считалось, что в горячих телах есть какой-то теплород, который перетекает в холодные. Оказалось, что эта теория даже корректно описывает процесс, но другие процессы не описывает. В термодинамике нашлось другое объяснение, и оказалось, что теплород не нужен.

Как устроен мой день

Ученый Сергей Бразовский, который на короткое время приезжал к нам на кафедру в МИСИС, говорил, что 12 дня — это утро теоретика. Я встаю утром теоретика, завтракаю, делаю кофе. Дальше у меня день в каком-то смысле свободен. Жесткого расписания нет, мне просто надо придумать, чем заняться. Например, работать над задачами или писать заявки на гранты и отчеты. Либо писать статьи, если у нас готов результат. Ехать встречаться со студентами, чтобы дать им ценные указания, либо со своим руководителем в Вышке, чтобы эти ценные указания получить. Но бывают дни, например, когда задача сложная и ты просто не знаешь, как двигаться дальше. Тогда я сижу и залипаю в YouTube — смотрю кулинарные каналы или какую-нибудь чушь про то, как сделать нож из саморезов. Жду, пока осенит. Или можно придумать, как эту задачу упростить, чтобы она стала решаемой.

Бывает ли у меня выгорание

Нет — из-за свободного режима работы. Бывает, не хочется работать, и я думаю: «Ладно, не буду». Знаю, что в какой-то момент очень сильно захочется. Это как голод копить — в какой-то момент вы пойдете есть. Бывает, что уже настолько скучно, что надо работать. Я знаю это по себе еще с магистратуры.

О чем говорят физики-теоретики

О чем угодно, только не о физике. Экспериментаторы очень много делают собственными руками, и им надо, чтобы все это не ломалось. Поэтому на конференциях они в кафе постоянно обсуждают, как они что-то померили, что-то собрали. А теоретики обсуждают жизнь. Это потому, что у экспериментаторов больше общего. Мне нужно найти теоретика, который занимается примерно тем же, чем и я. А экспериментатору всегда надо что-то паять.

Чем еще я увлекаюсь

Я люблю готовить — наверное, потому, что это совершенно противоположное теоретической физике занятие. Надо работать руками, результат есть сразу, и он практический, его можно съесть. А в физике все наоборот: надо думать головой, результат будет через год, и он абсолютно непрактичен.

Еще я люблю кататься на велосипеде. Обычно я на нем просто езжу на работу. Но у меня есть друг-велосипедист, который любит походы. Мы с ним однажды доехали на велосипедах из Петербурга до Твери. Честно говоря, когда едешь просто по дороге на велосипеде, там все одинаково. Не особо интересно. Но мне понравилось, что мы в палатке пожили, посмотрели по пути разные города, поселочки, магазины, достопримечательности.

Что я читаю

Мне подарили книгу Бенхамина Лабатута «Когда мы перестали понимать мир» про ученых XX века. Автор взял реальных людей и домыслил, что они думали: как будто бы он сидит у них в голове и рассказывает, что они переживали, когда занимались своей физикой и математикой. Там истории про Гейзенберга, Гротендика, Эйнштейна. У них какие-то психические расстройства, они все время болеют. Это мне не очень понравилось, но вообще книга хорошая, и там есть фансервис для физиков.

А нравится мне писатель Нил Стивенсон. У него есть, допустим, «Барочный цикл». Возможно, Лабатут им вдохновлялся, потому что Стивенсон пишет про Ньютона, Лейбница и прочих людей, как будто тоже сидит у них в голове. Он рассказывает про них истории, которых не было. Там еще магия примешана. Это тоже фансервис для физиков.

А в его книге «Анафем» физики устроили ядерную войну, всех отселили в монастырь, сказали, что там можно заниматься физикой, а во внешнем мире физикой заниматься нельзя. Там они тоже обсуждают знакомые вещи, есть теорема, которая названа придуманной фамилией. Но я-то знаю, что эта теорема принадлежит кому-то из реальных людей.

Совет начинающим физикам

Скорее всего, когда вы будете учиться в аспирантуре и магистратуре, вам будут предлагать разные сайд-проекты — поучаствовать в заявке на грант, решить задачу. Мне кажется, всегда надо соглашаться. Если этого не делать, вы закапываетесь в своей достаточно узкой задаче и не получаете физического кругозора. А еще учите классическую механику — это самое главное в физике. Читайте первый том курса теоретической физики Ландау — Лифшица. 

Мое любимое место в Москве

Я люблю всю Москву. Где бы я ни был, у меня такое чувство, будто я дома. Но самое любимое место — Камергерский переулок.