«Если человеку хочется понять, как устроен мир — ему нужно заниматься физикой»

В 2020 году в Питерской Вышке открылась базовая кафедра Физико-технического института им. Иоффе. Ее сотрудники умеют объяснять сложные вещи простым языком и интересуются не только наукой. Заместитель заведующего базовой кафедрой член-корреспондент РАН Михаил Михайлович Глазов рассказывает в интервью для портала, почему интересно изучать полупроводники, чем физикам нравится «Теория большого взрыва» и сложно ли защитить докторскую в 30 лет.

Из архива Михаила Глазова

— Когда вы заинтересовались физикой?

Математикой и физикой я начал интересоваться с детства. Родители давали мне научно-популярные книги — например, «Занимательную физику» Якова Исидоровича Перельмана. Эти книги подтолкнули меня к размышлениям об устройстве самых простых вещей, которые нас окружают. Я понял, что природа и техника подчиняются порой сложным, но вполне определенным законам. И что это можно и нужно изучать.

Когда я учился в обычной общеобразовательной школе, я стал ходить на олимпиады. Затем мне предложили попробовать поступить в лицей «Физико-техническая школа» [далее — ФТШ] при Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе [далее — ФТИ]. В тот момент я ходил в кружок по математике и решил посоветоваться о поступлении с преподавателями. Мне сказали: «Если вас от физики не тошнит, можете пробовать». И я поступил в лицей, хотя это было непросто.

Думаю, что интерес именно к физике у меня начал формироваться после поступления в лицей. Тогда я начал понимать, что хочу ею заниматься как наукой. В этом желании меня поддержали ФТШ и мой учитель физики в школе, а теперь и ее директор, Михаил Георгиевич Иванов.

— Как дальше строилась ваша научная карьера?

— В старших классах в ФТШ у нас была обязательная научная практика, и мы работали в научных лабораториях. В моем случае это была одна из лабораторий ФТИ, тогда там занимались ростом наноструктур. В лаборатории я довольно быстро понял, что хочу заниматься не экспериментальной, а теоретической физикой.

После школы я поступил на физико-технический факультет Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Я учился на кафедре физики конденсированных сред и одновременно с этим сдал неформальный экзамен по теоретическому минимуму. Его предлагали сдавать молодым людям, которые хотели заниматься теоретической физикой. В результате я попал в один из теоретических секторов ФТИ — Сектор теории квантовых когерентных явлений в твердом теле. С тех пор я в нем работаю. После Политеха я поступил в аспирантуру ФТИ, защитил кандидатскую, а затем и докторскую диссертации.

— Почему, на ваш взгляд, физика — это увлекательная наука?

— Здесь мне сразу хочется спросить в ответ: «А как может быть иначе?» Я думаю, для меня интерес к физике заключается в двух вещах.

На мой взгляд, физика — главная естественная наука, потому что она изучает фундаментальные процессы, которые происходят во вселенной, на Земле и даже в наших организмах. Если человеку хочется понять, как устроен мир, — ему нужно заниматься физикой.

Физика — это экспериментальная наука. Большинство задач, которые перед собой ставят ученые, так или иначе связаны с экспериментом и практикой. Но в физике также есть место для абстрактного мышления, анализа и построения теоретической модели. Такая модель не описывает все детали явления, но она ухватывает основные его черты и позволяет построить эскиз того, что происходит на самом деле. Эта возможность для меня очень важна — она позволяет увидеть общую картину происходящего.

— Расскажите о ваших научных интересах. Что именно вы изучаете?

— Я заканчивал кафедру физики конденсированных сред, когда учился в бакалавриате и магистратуре Политеха. Конденсированные среды — это почти все, что нас окружает: стол, чай в кружке, кристаллы самые разные — даже тот, что находится в процессоре компьютера. Круг моих интересов — это теория конденсированного состояния, если говорить конкретнее — теория полупроводников. Среди разных материалов и систем выделяют два класса объектов с разными свойствами. Это металлы — например, золото или железо, которые хорошо проводят электрический ток. Есть и другие — их называют изоляторами и диэлектриками. Они ток не проводят.

Между этими двумя предельными случаями проводимости и непроводимости есть широкий набор материалов и сред. Как правило, они кристаллические. Их называют полупроводниками: при определенных условиях они проводят ток, а при других — ведут себя как изоляторы.

Изучать эти системы с теоретической точки зрения для меня — самое интересное.

Исследования в области физики полупроводников и полупроводниковых наноструктур — то есть систем которые обладают масштабами нанометра — имеют отражение на практике. Наши смартфоны и планшеты работают на полупроводниках, и именно из полупроводников создаются транзисторы, которые позволяют обрабатывать информацию в компьютерах.

Я занимаюсь еще одной фундаментальной областью — спиновой физикой в полупроводниках. Многие элементарные частицы — в частности электроны — обладают спином. Это слово произошло от английского слова «вращение». Если объяснять на простом языке, то электрон — это облачко, которое еще и вращается в ту или иную сторону из-за его спинового движения. Это релятивистский эффект, он описывается теорией относительности, созданной Эйнштейном. Спиновое движение связано и с тем, как движется сам электрон в кристалле, поэтому можно изучать релятивистские эффекты в твердых телах, это очень увлекательно. Кроме того, в последние годы есть интерес к тому, чтобы попробовать использовать спин электрона для обработки информации — спин в одну сторону единица, в другую сторону ноль. Так может появиться возможность создавать более быстрые компьютеры, которые обрабатывают единицу и ноль одновременно.

— Сложно ли стать доктором наук в 30 лет? Какие советы вы можете дать студентам, которые хотят такую же яркую карьеру?

— Конечно, в какой-то мере сложно. Я не ставил перед собой цель защитить докторскую диссертацию в 30 лет, это получилось само собой. Я много работал, а еще мне помогали мои коллеги и учителя. Они давали мне востребованные и актуальные задачи, которые я дальше мог развивать самостоятельно.

Занятия теоретической физикой, с одной стороны, требуют усидчивости. Нужно писать формулы или делать расчеты на компьютере. Однако другая ее важная часть — это размышления и попытки понять то явление, которое хочется описать или изучать. Такая работа требует не меньших усилий, чем техническая часть.

Мне повезло, что, когда я еще был студентом, мой научный руководитель Евгений Львович Ивченко дал мне задачу, которая была связана со спиновой физикой. Эта задача оказалась очень востребована. Потом у меня завязались контакты с другими учеными, в том числе физиками-экспериментаторами. Некоторые задачи, которые возникли в результате обсуждения и с теоретиками, и с экспериментаторами, оказались очень актуальными. Я смог их решить и относительно рано защитить докторскую диссертацию. Впрочем, это не предел, и есть физики, которые защищались в более молодом возрасте.

— Почему так здорово быть исследователем? Как вам кажется, какие преимущества у этой профессии?

— Мне кажется, занятие наукой позволяет человеку чувствовать себя по-настоящему свободным.

Наука помогает искать ответы на вопросы, которые волнуют ученого в первую очередь, а также позволяет понять, как устроена природа. Не важно какой областью науки вы занимаетесь: мы все пытаемся узнать что-то о нашем мире.

Еще один плюс науки — это интернациональность. Она дает возможность общаться с разными людьми и узнавать мир и культуру. Для меня это очень важно. Есть и то, что называется научным туризмом — поездки, сотрудничества и конференции. Можно попробовать найти интересное для себя мероприятие, которое проходит в каком-нибудь необычном месте, чтобы, с одной стороны, привлечь интерес зарубежных коллег к своей работе, а с другой — чтобы расширить свой кругозор и культурный опыт. Это увлекательная часть работы, но не стоит на ней зацикливаться. В первую очередь важно качество научных работ. Чтобы куда-то ехать, нужно, чтобы было что представлять.

— Любите ли вы работать со студентами? Расскажите о вашем опыте.

— Я начал преподавать еще в студенческие годы — вел занятия для школьников в кружках ФТШ. В аспирантуре я вел занятия уже для студентов — сначала это были семинары по высшей математике, а потом еще и по физике и тем областям, которыми занимаюсь.

Я понял, что преподавание — это тоже важная часть научной работы. Студенты владеют достаточными математическими знаниями, но все-таки не столь квалифицированы, чтобы сразу понять все детали современных научных исследований. Поэтому материал для них нужно прорабатывать и немного упрощать. Это дает возможность взглянуть на научные вопросы с новой стороны и лучше понять то, чем я сам занимаюсь. Кроме того, со студентами нужно общаться, рассказывать им, как развивается наука в последние годы. В этом смысле подготовка к занятиям еще и помогает мне лучше понять, какое место я и мои исследования занимают в мировой науке.

Мне нравится работать со студентами. Я стараюсь получать от них обратную связь, стремлюсь понять, что им интересно, а что — нет. Еще в преподавании есть прагматическая составляющая. Несмотря на то что теоретическая физика — это наука довольно индивидуальная и многие вещи можно сделать самому, все равно захочется работать с кем-то. Один из вариантов — это работа со студентами и аспирантами. На занятиях можно заметить способных учеников и привлечь их к работе в лаборатории, где они смогут начать свои научные карьеры.

— Вы являетесь членом Комиссии по популяризации науки Российской академии наук. Чем вы занимаетесь в рамках этой должности?

— В целом комиссия занимается продвижением науки в широкие массы. Популярное научное знание сейчас востребовано в обществе. Но при этом существует очень много информации по разным областям знаний и обычному человеку сложно разобраться, что из этого является научным знанием, а что нет. Нам важно, чтобы человек вне зависимости от рода занятий имел доступ к достоверному научному знанию и понимал, что происходит в мире.

Комиссия поддерживает популяризаторов, которые пишут хорошие материалы. Пока что эта поддержка скорее информационная. Например, в прошлом году мы проводили отбор лучших работ по популяризации науки. Мы с членами комиссии рассмотрели много материалов и отобрали те, в которых материал изложен понятно, научно и в полной мере. Это позволяет поставить своего рода «знак качества», который поможет дальше продвигать работу. Я надеюсь, что моя деятельность в комиссии продолжится и дальше.

— Сложно ли популяризировать физику? Кажется, что в этой науке много терминологии и законов, которые сложно понять тем, кто не погружен в исследования.

— Я не занимаюсь популяризацией физики как таковой и за свою жизнь прочитал лишь пару научно-популярных лекций. Подготовиться к ним куда тяжелее, чем к обычным лекциям и выступлениям на конференциях и симпозиумах.

Есть люди, которые преподносят материал очень хорошо. Это требует таланта: нужно суметь распознать, что из твоей области работы может быть интересно другим.

В физике многих интересует космология, об этом рассказывают многие специалисты. Книги про космос тоже легко и интересно читать.

В области полупроводников тоже можно найти вещи, которые могут заинтересовать широкую аудиторию, но сделать это, как мне кажется, сложнее. Хотя бы потому что гораздо меньше людей не из науки интересует эта область.

— Можете ли вы посоветовать две-три научно-популярных книги по физике для тех, кто не очень хорошо ее понимает?

— Для школьного уровня я бы советовал книги И. Я. Перельмана. Я уже упоминал его «Занимательную физику», есть и другие работы из этой серии — например, про геометрию и математику. Несмотря на то что они были написаны в прошлом веке, они хорошо читаются и вполне актуальны.

Очень интересны книги Стивена Хокинга про вселенную и историю времени, про самые фундаментальные вещи в физике. Тем, кому нравится тема космоса, можно почитать научно-популярную книгу астрофизика Сергея Борисовича Попова «Суперобъекты: звезды размером с город». В ней он увлекательно рассказывает про нейтронные звезды.

Также рекомендую почитать серию «Библиотечка «Квант». В ней есть книги «Знакомство с полупроводниками» и «Барьеры» Михаила Ефимовича Левинштейна и Григория Соломоновича Симина. Они будут полезны тем, кто хочет познакомиться с темой полупроводников.

— Какую художественную литературу вам нравится читать?

— Я очень люблю читать. Чтение — это основной вид отдыха для меня. С удовольствием берусь за классическую прозу, а также короткие рассказы русских и зарубежных писателей. Люблю произведения Уильяма Фолкнера, недавно с удовольствием снова прочел «Севастопольские рассказы» Льва Толстого.

Иногда я читаю детективы, в основном зарубежные. Они помогают мне расслабиться и в то же время позволяют поразмышлять над сюжетной загадкой. Из классических детективов я люблю книги Артура Конан-Дойла, Агаты Кристи, Жоржа Сименона. Из современных — произведения Элизабет Джордж. Детективы я стараюсь читать на английском или французском языке. Это помогает прочувствовать устройство языка и понять не только его научную терминологию, но житейскую.

— Любят ли физики сериал «Теория большого взрыва»?

— Целиком я этот сериал не смотрел. Видел несколько эпизодов, кое-что мне показали друзья и коллеги. Многие мои коллеги любят этот сериал за хороший юмор и за моменты, в которых проскакивают научные вещи, которые физики понимают и знают.

Благодаря сериалу зрители могут узнать больше о недавних открытиях науки, заинтересоваться некоторыми вещами, почитать что-то про них в Интернете и обогатить свои знания о физике. Так что хорошо и здорово, что такой сериал популярен!

— Что вы посоветуете тем, кто хочет заниматься физикой?

— Прежде всего, важно находить интересные для себя задачи: ведь когда дело интересно тебе самому, им можно увлечь других. Во-вторых, не надо не бояться того, что нужно много и усердно работать. Занятие наукой поглощает почти все свободное время, потому что приходится постоянно размышлять об изучаемом эффекте. Третье — нужно стараться доносить до коллег имеющиеся научные результаты на семинарах, конференциях, в научных публикациях. Всегда есть неуверенность в своем труде: кажется, что предложенная модель неверна или не применима к изучаемой ситуации... Однако общение с коллегами очень помогает. Иногда важно поделиться своими предварительными результатами и посмотреть, какая будет обратная связь. Это позволяет избегать ошибок и часто открывает перспективы для исследований.