Памяти Кривченкова В. Д. Дополнено 8. 11. 09

                ПОСЛУШНАЯ КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА

                Захарьев Б.Н.,
      Лаборатория теоретической физики Объединенного института ядерных                исследований, Дубна, 141980э Московской обл., Россия, zakharev@theor.jinr.ru.


Русская и обновленная английская версии одноименной нашей книги (в соавторстве с В.М.Чабановым), отражающей новый статус теории в подходе обратной задачи, посвящены любимому учителю ВЛАДИМИРУ ДМИТРИЕВИЧУ КРИВЧЕНКОВУ.


          В 1951 г., увлеченный научно-популярной литературой и сообщениями СМИ, уделявшими тогда много внимания атомной и ядерной физике, я осуществил свою  мечту – поступил  на физфак МГУ. Но уже в  первые годы я, было заскучал от атмосферы прохладного равнодушия в среде студентов (отбор лучших по одним параметрам не гарантировал высокого качества по другим) и обучающего персонала.

 Я ждал, например, что, как описывалось в прочитанных мною мемуарных книгах, на выдающиеся лекции  любимых профессоров будут собираться увлеченные слушатели со всех факультетов и т.п. Но ничего подобного не было. Нам читали  ряд курсов преподаватели, довольно индифферентно излагавшие в основном  то  же, что было уже в школе, но только усложненное высшей математикой и пр.  Но в студенческое  время я упускал весьма существенный момент в оценке уровня наших учителей. Я ‘ожил’, когда попал в группу теоретиков-ядерщиков, в которой вел семинарские занятия В.Д Кривченков.
 Он был на редкость вдохновенный и талантливый преподаватель квантовой механики (КМ) даже по самым высоким мировым меркам. Его свежий эмоциональный стиль ведения семинарских занятий  подогрел  во мне романтику познания.
     Были, правда, еще другие живо обучавшие преподаватели физфака. Запомнился Ильин, автор будущего замечательного курса мат-анализа.  Моденов, создатель популярного задачника, требовал помнить взаимосвязи длинных цепочек теорем и чуть ли не цирковой мгновенной выдачи их при проверке. Я не уверен, правда, что это  обязательно должно было способствовать развитию творческих способностей. С энтузиазмом вел занятия Белянкин, который как-то не очень педагогично заявил, обращаясь к нашей группе: из Вас, конечно, не получится теоретиков. По-видимому, у него самого не было достаточного опыта научного поиска и широты взглядов на процессы распутывания физических лабиринтов в новых областях исследований. В то время как для раскрытия ярких и удивительных закономерностей, проясняющих суть еще неизученных объектов, кажущихся непознаваемыми, нужно всячески избегать появления комплекса неполноценности, губящего подавляющую часть потенциальных ученых.  Но самым лучшим  оказался несравненный, Кривченков, возродивший во мне тягу  к науке, не очень тогда определенную, начинавшую было угасать из-за господствовавшего стиля обучения без эмоций, не убеждающего в радостях творчества.
 К. одно время был ассистентом Л.Д. Ландау, и они часто вместе увлеченно,  с взаимным интересом и подолгу обсуждали планы проведения семинарских занятий по КМ в МГУ и выбор конкретных задач для студентов. Это были достойные подражания элементы совершенствования квантового просвещения. При этом у К. никогда не было попыток  обескуражить аудиторию, что не исключено в отношении Л.Д. на еженедельных семинарах в институте физических проблем (ИФП), открытых, но далеко не для всех заинтересованных доступных. Конечно, аудитория студенческая на физфаке и на семинарах Ландау были разного уровня подготовки, а темы семинаров Л.Д. в ИФП много шире и требовали разной тактики и стратегии управления. Хотя я полагаю, что дополнительная забота о понятности докладов была бы очень на пользу делу.

     В то время, начиная с 1951 г., на мехмате МГУ И.М. Гельфандом и Б.М. Левитаном  закладывался фундамент теории квантовой обратной задачи (ОЗ). Параллельно В.А. Марченко в Харькове написал свою версию интегральных уравнений ОЗ. Тем самым КМ начала обретать свою недостающую половину: КМ=прямая задача + ОЗ. То, что было создано западной ‘могучей кучкой’: Планк, Шредингер, Бор, Гейзенберг и др., теперь было дополнено фундаментальным отечественным вкладом, которым мы по праву можем гордиться. Для меня же лично здесь открылись такие возможности, о которых я, пожалуй, не смел и мечтать.

С тех пор одним из существенных направлений развития КМ стало устранение  ее существенного дефекта - асимметрии двух ее половин: прямой и обратной задач. О прорыве в этом направлении науки подробно написано в книгах названных в заголовке этой статьи.

А портрет В.Д.,  выдающегося российского просветителя и вдохновителя наших  исследований помещен первым в ряду реальных и виртуальных, но принципиально значимых соавторов на обложке недавнего (декабрь 2007 г.) Нью Йоркского издания нашей монографии. Теперь последняя английская версия книги стала ‘доступной’ глобально. Это верно далеко, правда, не в полной мере. Препятствует здесь господствующее в  мире еще очень несовершенное и несправедливое, авторское право, мешающее распространению информации независимо от уровня обеспеченности потенциальных читателей. Наши монографии явились продуктами  школы Кривченкова. Я благодарен ему за то, что (по выражению Ричарда Фейнмана) он «помог нам оценить красоту  нашего прекрасного мира и вместе с тем КМ, составляющей сейчас главную часть истинной культуры нашей эпохи, а также сумел   подключить немалое число своих учеников к величайшему дерзанию, на которое когда-либо пускался человеческий ум».  Тем более ценно для нас продолжение и расширение благотворного влияния школы В.Д. Почти во всех из ~ 170 университетах и научных центров, где мне довелось выступать, я чувствовал необходимость дополнить свои лекции и доклады упоминанием о В.Д.К. Поэтому анонимные опросы слушателей (>80% оценивали содержание как понятное и >80% как интересное) относятся и к качеству его обучения. Хотя в то же время некоторые преподаватели нерелятивистской квантовой теории демонстрировали досадную инертность, мешавшую свободно проникать новым ценным знаниям из научных лабораторий в аудитории, занимаемые порой ревнивыми вузовскими преподавателями, недостаточно озабоченными максимальным благоприятствованием нашим прогрессом.   

     Бесконечное(!) число точно решаемых моделей, подаренных математиками квантовой физике вдобавок к прежним (примерно десяти) существенно упростили КМ. Компьютерная же визуализация этих моделей позволила сделать еще один важный прорыв в теории. Были открыты «элементарные кирпичики волн»  (их пучности все видели, но раньше никто не понимал их фундаментальной роли). Вместе с простейшими строительными блоками потенциалов, они позволяли сдвигать отдельные уровни связанных состояний или менять их пространственную локализацию.

  Многие, ранее немыслимые решения оказалось даже возможным  получать мгновенно, без расчетов »,  образно –интуитивно, представляя себе сущность  их  качественного поведения  в многомерных пространствах моделей. Хотя физическое сообщество проявило здесь неоправданно большую инерцию в использовании бесконечного упрощения сразу представлять себе  континуумы разнообразнейших  потенциалов с их 
бесчисленными состояниями. Это замедлило устранение асимметрии развития прямой и обратной задач. Большая часть физического сообщества еще не осознала открытие универсальных фундаментальных строительных элементов:  пучностей – «атомов  волновых осцилляций» и простейших потенциальных блоков, из которых оказалось возможным создавать системы с заданными физическими свойствами, т.е. существенную часть теории квантового управления.

При этом здесь также произошло дополнительное бесконечное(!) упрощение. Оказалось, достаточно понять, как трансформировать ОДНУ волновую пучность, например, основное состояние без узлов, чтобы сдвинуть его по энергии или его локализацию по координате «х». Тогда простое повторение таких правил нужное число раз объяснило сложные деформации ЛЮБЫХ! состояний с произвольным и даже бесконечным(!) числом пучностей (как в случае непрерывного спектра) и с любыми исходными потенциалам и, как это описано в нашей последней книге. Тем самым В.Д.К., будучи основателем школы, практически явился  виртуальным  соавтором многих наших открытий. Этот его вклад  необходимо отметить для тех
многих, кто еще недостаточно разбирается в этой новой области КМ. При этом точность используемых новых моделей обеспечивала их практически неограниченную продолжительность службы найденных с их помощью результатов (НАВСЕГДА)!

Я был рад, что еще при жизни В.Д. догадался навестить его ~28.11.1993 (большое событие в моей жизни!!) на его московской квартире  в Теплом Стане, рассказать о наших открытиях в обратной задаче, отдать заслуженную дань глубокого уважения своему учителю. Несмотря на нездоровье  К., беседа с ним была содержательна и имела для меня большое значение, возможность отчитаться перед ним об основных идеях секретов квантовой интуиции, которые он помог нам раскрыть, чему мы обязаны его  педагогическим талантам. Рад был реализовать намеченный контакт (часто подобные благие намерения не осуществляются по разным досадным причинам).
 
В.Д.  дал  нам  счастье стимулированных им квантовых публикаций (7 книг, много обзоров).  Эти результаты удостоились похвал, относящихся и к самому основателю нашей школы, от лауреатов Нобелевских премий  И.Л. Гинзбурга,  Р. Глаубера,   прославившихся  за свой  вклад в квантовую теорию, от  классиков обратной  задачи Б.М. Левитана, Л.Д. Фаддеева,  П. Сабатье и др.

Почему-то я далеко не сразу понял, как в науке принципиально  важна ясность изложения. И, пожалуй, только сейчас подумал, что на занятиях с К. проблема понимания при решении задач просто не была сколько-нибудь острой, что само по себе является прекрасным свидетельством высоких требований к качеству подготовки преподавателя к занятиям. Это должно стать нормой для любых форм обмена информацией. А на самом деле, пока скорее является фактом исключительным, хотя почти очевидна необходимость внедрения в практику непременных требований, например, ко всем физикам вообще. Как ни трудно этого добиться и как бы ни был велик соблазн обойтись без этих лишних забот, в конце концов, это окупится для всех новыми радостями творческого существования. Я не помню, чтобы со сдачей экзамена по КМ у меня были какие-то проблемы, хотя экзамены на физфаке были нередко по многим другим предметам подлинным  мучением. Обычно не были сколько-нибудь четко очерчены  границы того, что нужно было знать. Как это отличалось от теор-минимума Ландау. Когда я шел на какой-либо его экзамен, то не представлял себе, что такое у меня могут спросить, что я не знал бы. Это благодаря заботливо установленным строгим границам: только соответствующий том Ландау и Лифшица, да еще с рядом зачеркнутых  параграфов. Последние не представляли с точки зрения Ландау особой ценности для обеспечения сдающего минимумом необходимых знаний для начинающего физика. Хотя, может показаться парадоксальным, что семинары самого Ландау, как правило, были для меня совершенно непонятны. Говорят, Л.Д. беседовал перед семинаром с докладчиком, а на семинаре, уже владея необходимой информацией, мог задавать вопросы, «хаотически» перескакивая с одной части  докладываемой работы на другую. Это происходило без видимой для большинства присутствующих логики, что дополнительно сбивало слушателей, а, возможно, и самого выступающего. Может быть, это было нужно для подчеркивания разницы в научных уровнях руководителя и его учеников, а также остальных участников семинара или просто от такой увлеченности Л.Д. сутью предмета обсуждения, что нужды аудитории отходили на задний план. Мне это не представляется оправданным.  В обычной же научной практике не самых выдающихся физиков нередко за неясным изложением вопроса маскируется непонимание физической сути докладываемых результатов.

В процессе работы над этой статьей я вдруг осознал еще, что мощное влияние на меня К. шло не только непосредственно, но и через мою квантовую окружающую среду, которую сформировал для нас В.Д. Некоторые из самых эффективных  и качественных субъектов моего информационного окружения перечислены ниже  (но даже те, кто не очень мне нравился, и которых я не буду называть, стали лучше от благотворного воздействия К.).
         

Спасибо В.Д. Кривченкову за то, что он выпестовал из своих учеников важную часть моей научной среды: (на фото слева – направо) С.С. Герштейн, Л.И. Пономарев, Б.З. с В.Б. Беляевым, С.Н. Соколов, В.А. Загребнов, В.Б. Приезжев.

 Это влияние осуществлялось через многократные отдельные наши самостоятельные взаимодействия  в течение десятилетий и приводило к дополнительному коллективному эффекту усиления нашего качественного роста.

Как замечательный пример выдающегося квантового специалиста и ученика В.Д. хотелось бы выделить Л.И.Пономарева и отметить несколько версий его популярных  книг, последняя из которых «Под знаком кванта», Физматлит, Москва, вышла из печати в 2006 г. (по-моему, это были самые лучшие издания по истории КМ). Возвышенная напряженность творческого процесса большой когорты авторов выявленных законов микромира так умно и эмоционально изложена, что может служить мировым образцом  презентации  принципиальных деталей научного прогресса.  Здесь каждому можно поучиться с любовью относиться к изучению и описанию чужих открытий, черпать в них творческую радость. Иначе не стоит выходить (например, к студентам) с рассказами о науке. Без внимания к этой стороне образования, мы теряем бесчисленных  потенциальных исследователей высшего класса. Лектор, не увлеченный глубоко предметом, мешает слушателям развить в себе будущих ученых.

   Я не могу удержаться и не привести несколько строк из названной книги Пономарева "…понять главное: квантовая физика – не просто еще одна из бесчисленных ныне наук. Это именно та наука, которая стала основой технотронной эры, привела к пересмотру философии знания , повлияла на политику целых государств. По праву науку о квантах      можно сравнить лишь с такими взлетами мысли, как система Коперника законы Ньютона, открытия Фарадея и Максвелла. Все они стали теперь достоянием    общечеловеческой культуры и каждому современнику необходимо иметь о них хотя бы простейшие представления.         
Но дело даже не в пользе и необходимости : квантовая физика – это интересно. Интересно в самом точном смысле этого слова, и столь же увлекательно.  Именно внутренняя логика и красота учения о квантах  стали побудительной причиной появления этой книги".



Надо суметь внушить слушателям убеждение, что нет выше доступного гомо сапиенс счастья,   чем превращать  неведомое прежде в очевидное теперь (в чем состоит сама сущность открытий). Те, кто был лишен этой радости, (пропускать такое по невнимательности или даже из чувства ревности к чужим успехам как бы выталкиваются из настоящей науки). Даже столь привлекательный для многих путь административного роста - это совершенно неполноценный суррогат истинно идеальной цели.
  Другое мое требование  к научным сообщениям состоит в том, чтобы раскрыть, почему новые результаты  удивительны (такое условие не так просто выполнить, и не
нравится некоторым  моим коллегам).  Те же, кто был подпорчен извращенно спокойным  отношением к  чужим и своим неосуществленным  открытиям, не научились получать высокого эмоционального удовлетворения от собственных научных находок. Что, правда,  требовало необходимых дополнительный затрат. Они стали больше уделять внимание достижению высот в дефектной системе ценностей. Оттуда  они часто стараются бороться с яркими находками других, прикрывая эти нападки тем, что притягательная сила критикуемых работ свидетельствует о «нескромности» авторов. Такие требования сухого изложения, без эмоций,
нарушают один из основных принципов стимуляции ученых (их права на самооценку, как одних из наиболее информированных субъектов научного процесса). Это, правда, удобно чиновникам от науки, чтобы на общем сером фоне можно было чисто волевым путем расставлять
авторитеты (уровни престижности)  по собственным ненаучным или сомнительным  критериям.  Уж не с этим еще связано было появление идей закрывать тысячами научные
учреждения, что отчасти удалось осуществить подобным организаторам в пользу
переоборудрования построек НИИ под игорные дома, офисы для расплодившихся как саранча чиновничества, грабителей народа и т.п.

Эту статью в юбилейный сборник посвященную человеку,  играющему  существенную роль в развитии КМ,  было бы логично завершить сообщением о двух из последних событий, которое произвели на нас особое впечатление.

Пользуясь нашей новой квантовой азбукой, развитой для одноканальных систем,  удалось выявлять суть физики некоторых процессов, происходящих в сложных системах сильно связанных уравнений Шредингера. Качественная их суть кажется надежно скрытой в "черных ящиках" персональных компьютеров при численном решении соответствующих задач. Теперь мы решились на более смелые  шаги для раскрытия секретов, казалось бы, настолько сильно запутанного клубка многоканальных связей (потенциальные матрицы взаимодействий вместо скалярных сил), что к ним не подступались в течение около ста лет. Никто о такой возможности не догадывался. И при этом открылись столь простые квантовые правила, казалось бы, противоречащие  всему нашему прошлому опыту. Была обнаружена «сенсационная» находка: ПРИТЯГИВАЮЩИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ БАРЬЕРЫ И ОТТАЛКИВАЮЩИЕ ЯМЫ (через последние волны должны туннелировать, как раньше мы понимали проникновение сквозь барьеры). До сих пор даже мысли не возникало задуматься о таком  "перевороте" наших представлений. Здесь нам помог более адекватный язык: управления  изгибами парциальных квантовых каналовых компонент волновой функции под действием потенциальных матричных элементов. В одноканальном случае было выяснено, что потенциальное отталкивание воздействует на волну, отгибая ее В СТОРОНУ ОТ ОСИ координат «х», а притяжение дает изгиб К ОСИ «х».  В случае связи каналов оказалось, что аналогичное воздействие зависит от относительных знаков связанных парциальных волн и при разнице в знаках дает названную инверсию (в одноканальном случае имеется лишь одна единственная компонента, когда разница в знаках функции в одной и той же точке невозможна. Здесь удачно сочетается простота выявленного универсального  правила, легкость решения, казалось бы явного «парадокса», и фундаментальность обогащения представления о притяжении и отталкивании.
    Среди наиболее интересных новых гипотез, можно назвать открытие неожиданной возможности спаривания частиц в запрещенных спектральных зонах периодических структур,  где отдельные частицы в принципе не могут существовать. Правда, именно это обстоятельство препятствует разрыву пары в  спектральных лакунах, увеличивая  на порядки(!?) ее энергию связи – важнейшего параметра для основных свойств сверхпроводимости и сверхтекучести. Ведь вместе с разрывом пары необходимо забросить отдельные частицы за границы зоны, где запрещено их существование. А это  приводит к особой устойчивости пар.
  Эти примеры - лишнее подтверждение того, что дело отцов – основателей квантовой механики и их замечательного последователя Владимира Дмитриевича Кривченкова и его школы продолжает жить и развиваться.
 Я только что перелистал снова книгу Л.И.Пономарева "Под знаком кванта" и подумал, что нужно дать лишнюю возможность читателям познакомиться с набором особенно понравившихся мне эпиграфов, собранных автором:

Вы верите. Что науки могли бы возникнуть и стать  великими, если бы до этого не было магов, алхимиков, астрологов и колдунов, которые жаждали тайных  и запретных сил? Фридрих Ницше.
Глубокие идеи похожи на чистые воды, прозрачность которых затемнена их же глубиной.   Гельвеций.
 Закройте дверь перед всеми ошибками, и истина не сможет войти
-Рабиндранат Тагор

Наука – это способность увидеть то,      что никто другой не увидел, и думать о том, что другим не пришло в голову Альберт Сент-Дьерди.

Истина сама по себе имеет значение без каких-либо вопросов о прямой пользе. Менделеев.

Вера, не просветленная разумом. Недостойна человека. Пьер Абеляр.
Кто научился размышлять, тому трудно веровать. Л.Толстой
 Стремление к истине ценнее , дороже уверенного обладания ею. Лессинг.

Тому, кто не постиг добра, всякая иная наука приносит лишь вред.- Мишель Монтень.
Наука в развращенном человеке есть лютое оружие делать зло. Просвещение возвышает одну  добродетельную душу Денис Фонвизин

«Стремление к истине  - единственное занятие, достойное героя» – Джордано Бруно.
«Умирают только за то,  ради чего стоит жить» -  Экзюпери.
Занятия наукой питают юность и приносят усладу старости, украшают в счастье, служат убежищем и  утешением в несчастье. Цицерон