Ru | En
СПИРАЛИ АЛЕКСАНДРА БОРИСОВА
Александр Борисович Борисов, избранный членом-корреспондентом РАН в декабре 2011 года, — физик-теоретик, один из ведущих специалистов в области физики нелинейных явлений в конденсированных средах, в особенности магнитных, автор 125 научных и учебно-методических работ, трех монографий. Для его научного творчества характерно сочетание физической интуиции и использования современных математических методов. Исследователь теоретически предсказал новые двумерные и трехмерные структуры в широком классе магнетиков: «мишени», кноидальные «ежи», спиральные вихревые структуры, локализованные источники и другие. Часть полученных результатов подтверждается экспериментальными исследованиями. В последние годы им совместно с Ф.Н. Рыбаковым аналитически и с помощью оригинальных числовых методов предсказано и исследовано строение статистических и динамических трехмерных топологических структур (хопфионов) с конечной энергией, с ненулевым инвариантом Хопфа в магнетиках. Они имеют конечную энергию и представляют собой сплетение вихревых колец. Эти структуры могут найти применение в новых устройствах для считывания информации.
Александр Борисович входит в состав нескольких научных и докторских советов ИФМ, ИЭФ, УрО и РАН, преподает в вузах с 1989 года. Он — профессор кафедры теоретической физики и прикладной математики Уральского федерального университета с 1994 года, подготовил четырех кандидатов и трех докторов наук. Ученый — автор учебника «Начала нелинейной динамики» повышенной сложности для студентов старших курсов и аспирантов физических факультетов и соавтор уникальной двухтомной монографии «Нелинейные волны, солитоны и локализованные структуры в магнетиках». Работы А.Б. Борисова часто подавались как достижения ИФМ. Одна из его работ вошла в список достижений РАН и была упомянута в речи президента РАН Ю.С. Осипова.
Исследования заведующего лабораторией теории нелинейных явлений Института физики металлов УрО РАН Александра Борисовича Борисова находятся на стыке физики и математики, поэтому наш разговор начался с вопроса о взаимодействии физиков-теоретиков и математиков. Александр Борисович пояснил:
— Иногда мы с математиками выполняем совместные проекты. По программе президиума РАН вместе с математиками я курирую такое направление исследований, как фундаментальные проблемы нелинейной динамики. У проекта два руководителя: выдающийся математик академик Л.Д. Фаддеев и выдающийся физик член-корреспондент РАН Е.А. Кузнецов.
— Наверняка ваши исследования требуют сложных вычислений. Как вы считаете? Используете суперкомпьютер, привлекаете математиков или сами?
— Сами. Часть я считаю в виде формул, часть на компьютере. В лаборатории есть несколько хороших специалистов. Мой ученик и соавтор младший научный сотрудник Филипп Рыбаков нашел способ быстрого счета на ПК. Использование вычислительной техники нам очень помогает. С ее развитием в последнее время и уровень наших исследований резко поднялся. Стало возможно решать такие задачи, которые раньше в аналитическом виде с помощью формул выполнить не удавалось.
— Вы преподаете больше 20 лет. Какими качествами должен обладать студент, чтобы стать хорошим ученым? Достаточно ли для этого прилежания, упорства? Успеха добиваются отличники или это необязательно?
— Зависимость есть, но она слабо коррелирована. Главное — должен быть ген творчества. У меня первый принцип — ученик должен быть способнее меня. Обязательность, порядочность и работоспособность тоже важны. Бывает, у человека есть идеи, но он не умеет их реализовать.
— А у вас бывают моменты озарения?
— Бывают. Обычно — когда сменишь обстановку, например, на даче, в лесу. В подсознании что-то крутится, крутится, потом раз…
— Вы помните своих первых учителей? Обычно именно учитель закладывает интерес к познанию.
— Конечно. Все начинается со школы. Школа оказывает огромное влияние на формирование личности. У меня был прекрасный учитель физики Анатолий Васильевич Шистеров. Учитель математики, фронтовик, вернувшийся с Великой Отечественной с ранением, — Рубен Иванович Осипьян — умел разжечь в учениках чувство соревновательности. Я тоже пользуюсь этим приемом в преподавательской деятельности.
…Наша беседа сопровождалась просмотром слайдов со всевозможными спиралями. Как много, оказывается, объектов, конструкций, существ имеют форму спирали! На экране монитора сменяли друг друга рисунки и фотографии раковин моллюсков, тропических растений, Млечного пути, циклона, лестниц, зданий, туннелей, лабиринтов, колючей проволоки, отпечатков пальцев, узоров на коврах, химических реакций, молекул ДНК — в общем, от улитки до галактики. Были и двойные спирали — диполи под названиями «Спиральные ежи», «Страстный поцелуй», «Усы Пуаро» — так физики шутят. И, действительно, похоже.
Александр Борисович рассказывает, что спираль — это весьма сложный символ, который использовался со времен палеолита и появляется уже в додинастическом Египте, на Крите, в Микенах, Месопотамии, Индии, Китае, Японии, доколумбовой Америке, Европе, Скандинавии и Британии, найден он в Океании. У разных народов в разные времена он имел и имеет разный смысл. Это, например, вихрь, великая созидательная сила. Как расходящаяся и сходящаяся, спираль может означать рост и распространение, рождение и смерть, символизировать преемственность, являться изображением вращающегося небосвода, движения Солнца, смены времен года, вращения Земли. Как смерч, она ассоциируется с китайским «опускающимся» драконом. Спираль и смерч имеют одну и ту же символику, особенно когда они олицетворяют потоки энергии в природе. Спирали, или вихри, ассоциируются с прядением паутины жизни и «завесы иллюзий» Богини-Матери, распорядительницы судеб. Кроме того спираль имеет ту же символику, что и лабиринт. Как гром, молния и дождевые облака, она является символом плодородия. Развитие движется по спирали по закону отрицания отрицания.
Изображения спиральных форм завораживают. Я завидую студентам Борисова, имеющим преподавателя, который просто может говорить о таких сложных вещах. Но формулы, обильно окружающие иллюстрации, как бы мешают непрофессиональному восприятию, заставляют непосвященного чувствовать себя студентом, которому никогда не сдать этот трудный экзамен. А для него это практически одно и то же. Поверять алгеброй гармонию — его работа. Он видит в уравнениях галактики и галактики может представить в виде уравнений.
На самом деле все, что есть в природе, уже описано уравнениями много лет назад. Все модели известны. А какая завтра будет погода — до сих пор знаем не всегда. Потому что еще не научились решать эти уравнения. Нелинейная наука — нечто невидимое, неосязаемое, продукт творчества ума — вряд ли когда-либо будет изучена до конца. Знаменитый американский физик Ричард Фейнман сказал: «…Все это находится в уравнениях, только у нас нет еще способа вытащить это оттуда». А вот Борисов с коллегами нашли некоторые способы «вытаскивать структуры» из уравнений магнетизма. И продолжают искать.
По стечению обстоятельств научная карьера моего собеседника началась с причудливого завитка его излюбленной спирали. Когда прилежный студент учился на четвертом курсе физико-технического факультета в Уральском политехническом институте (теперь УрФУ), вышло постановление Министерства высшего и среднего специального образования СССР о возможности изучения некоторых дисциплин в других вузах и сдачи экзаменов по ним (1971 г.). Студент воспользовался этой возможностью и с разрешения декана факультета по нескольку месяцев в году слушал лекции по теории поля и физике элементарных частиц в филиале физфака МГУ в Дубне.
После лекций корифеев ядерной физики Александр увлекся теорией гравитации. Его научным руководителем стал ученик И.Е. Тамма, заведующий сектором Объединенного института ядерных исследований, великолепный ученый В.И. Огиевецкий. Вместе с учителем они провели исследование, в котором показали, что теория спонтанного нарушения афинной и конформных групп симметрии приводит к теории гравитации и гравитоны являются годстоуновскими частицами. Им удалось установить глубокую связь теории тяготения с теориями нелинейных реализаций внутренних групп симметрии — в частности, с киральной динамикой. Эта работа легла в основу кандидатской диссертации Борисова, которую он защитит в Дубне в 1978 году.
После окончания УПИ с 1973 по 1975 годы Александр работал стажером-исследователем в лаборатории теоретической физики ОИЯИ (Дубна). К тому времени он успел жениться, родился сын, условий для проживания молодой семьи в Дубне не было. И вот ему с почти готовой кандидатской диссертацией пришлось вернуться в Свердловск и начинать все сначала.
В 1975 году Александр Борисов был принят в Институт физики металлов на должность инженера. Здесь начался другой этап его жизни — следующий виток спирали. Отправной точкой стало знакомство со статьей академика В.Е. Захарова и доктора физико-математических наук А.Б. Шабата о методе интегрирования нелинейных уравнений. Борисова с коллегой, главным научным сотрудником, доктором физико-математических наук В.В. Киселевым увлекло новое направление исследований. Они стали заниматься солитонами в магнетиках.
Солитон — это любое локализованное образование, которое движется. Например, цунами — солитон на воде. В одном месте что-то изменилось и движется как целое. Александр Борисович объясняет, что солитон — пространственно локализованные частицеподобные волны, которые восстанавливают свою форму даже после взаимодействия с другими солитонами или нелинейными волнами. В нелинейной физике их роль подобна действию квазичастиц в линейной теории. Но в отличие от квазичастиц солитоны несут информацию о структуре и динамике нелинейной среды, определяют кинетические, термодинамические, магнитные, механические и другие свойства конденсированных сред в условиях значительного внешнего воздействия на систему. При сильных внешних возмущениях без предсказания и анализа солитонных состояний невозможна успешная интерпретация экспериментальных данных.
Ученые ищут двухмерные, трехмерные магнитные структуры, такие же красивые, как в живой природе. Иногда в численном эксперименте встречаются структуры, которых в живой природе нет. Исследователи теоретически предсказывают новые структуры, описывают их, исследуют, как они меняются в магнитном поле, пишут формулы, строят модели, с помощью которых находят закономерности. Ведь суть нелинейной динамики в том и состоит, чтобы найти общий поход для описания пространственных структур. Поэтому теоретики находятся в вечном поиске универсальных закономерностей, которые проявляются в общности математического описания множества разных объектов. Это своего рода попытка увидеть новый уровень единства природы за огромным количеством различных уравнений и моделей.
Т. ПЛОТНИКОВА
Фото С. НОВИКОВА
Год:
2013
Месяц:
январь
Номер выпуска:
1-2
Абсолютный номер:
1071 
