Лауреат премии Лобачевского: «Многие революционные идеи сначала считали посредственными»

2 Декабря 2017

Прочитано: 717 раз

Автор материала: Егор Никитин
Первого декабря в Казани вручили медали и премию им. Н.И. Лобачевского. Одним из лауреатов премии стал доцент кафедры теоретической и прикладной механики и математики КНИТУ-КАИ Альфэрид Мухамедов, который на протяжении последних 15 лет занимается решением одной из сложнейших математических задач современности — теории турбулентного движения.

Корреспонденты ИА «Татар-информ» побеседовали с ученым и узнали, почему его теорию будет крайне сложно проверить на практике, но ее результаты могут в очередной раз изменить наш мир. 

Очень приятно, что в такой знаменательный для науки день вы решили ответить на наши вопросы. Скажите, в чем ценность премии им. Н.И. Лобачевского для вас как для ученого и человека, живущего наукой? 

А.М.: Если судить по тому, какие ученые награждались премией Лобачевского, то это действительно очень весомый конкурс. Но когда я принимал в нем участие, то у меня не было каких-то особенных намерений. Разве что, имея теорию, над которой я работал, мне хотелось посмотреть, как к ней отнесутся на мировом уровне. В своей работе я усматриваю некую параллель с самим Лобачевским и его открытием. Лобачевский был казанцем, и я казанец. Эти параллели были для меня приятны, но и я хотел проявить себя. С этого все и началось — я хотел проявить себя на международной (научной — прим. Т-и) арене. Ведь сам Лобачевский известен тем, что перевернул парадигму (признанные ранее научные установки — прим. Т-и). В чем-то у меня то же самое. Часть моей работы — это геометрия, часть — механика, конкретно турбулентность. И здесь главная проблема такая же, как у Лобачевского, — изменить парадигму. Это трудно и очень некомфортно. Но ученый должен быть смелым. Но это сложное понятие — смелость. В данном случае я ощущал, что нужно не просто выйти в серьезных научных журналах, но и отстоять эту новую парадигму. Мы ведь мало что можем сами, многое познаем из книг. А сейчас нужно сделать что-то другое, пойти глубже этих книг. И все это вместе привело меня к решению принять участие в таком престижном конкурсе. 

То есть изначально вам нужно было научное признание и вы не стремитесь к получению каких-то конкретных наград? 

А.М.: Можно сказать и так. Когда идут публикации в крупных международных (научных - прим. Т-и) журналах, нужно сделать так, чтобы они не остались незамеченными. В истории науки много известных случаев, когда многие открытия оставались незамеченными, и только сейчас к ним приходит признание. Многие вещи, которые со временем оказываются революционными, изначально во многих случаях оставались «среди прочих». Поэтому я не хотел, чтобы мои наработки были в числе прочих. 

Когда вы начали заниматься своим исследованием? 

А.М.: Это началось примерно 15 лет назад. Я занимался геометрией, а в КАИ занимаются механикой жидкости. И здесь произошло соединение механики жидкости и той геометрии, которая здесь не использовалась. Мой рецензент мне говорил, что турбулентность — это могила всех теорий. Это придавало мне смелость — раз это могила, то если я потерплю неудачу, то не будет ничего страшного, многие через это проходили. Не нужно беспокоиться, что сейчас не получается все, придет время и получится. Вот примерно так у меня и получалось. Но моя главная проблема была именно в парадигме. И здесь я хотел бы сказать о некоторых людях, без которых мое продвижение было бы невозможно. Один из них — академик Кутателадзе, он работал в одном из новосибирских институтов РАН. В одной из своих статей общенаучного содержания он высказался о сложности математического описания турбулентности. Он говорил, что все современные теории неадекватны, то есть у них нет полного совпадения с реальными опытами. Допустим, есть турбулентное образование, в нем находятся частицы. Они возникают спонтанно, проходят свою краткую жизнь и бесследно размываются в общем потоке. Это называется «эффект потери индивидуальности». Как описать уравнением такой эффект? Поэтому я сразу знал, что нужно отказаться от привычной кинетики и классической гидромеханики, они не описывают этот эффект. 


То есть в своей работе вы описываете турбулентное движение частиц через математические модели? 

А.М.: Да, я уточню. Можно все характеристики брать из эксперимента, но тогда зачем нужна теория? А ведь теория — это самый дешевый эксперимент. Так вот, если теория неоднократно подтверждается, то многие задачи можно решать таким способом. Но теория турбулентности  в этом отношении особенная, ведь без эксперимента она не в состоянии ничего сделать. Нет  того математического аппарата, который придал бы соединению эксперимента и этой теории качество, когда математик уже может предсказывать и потом идти с конкретным указанием. До этого возможности классических представлений в турбулентности были крайне ограничены. Поэтому теоретики пытались создать нужные, правильные модели, но они работали в старой парадигме, поэтому не было адекватности. Но необходимость в этой теории крайне высока. И здесь я мог бы сказать так: крайне необходима теория, описывающая развитую турбулентность. Подходы к ней можно взять и с классических моделей. Когда начинается развитая турбулентность появляется неадекватность. Я это слышал в том числе и от наших преподавателей в КАИ, с которыми я на конференциях выступал.

Поясните, пожалуйста, что такое неадекватность?

А.М.: Неадекватность – это когда расчет показывает одно, а реальный опыт показывает чуть-чуть другое. И уточнение не получается. То есть идет рассогласование. Можно, конечно, все взять из эксперимента. Тогда будет, так сказать, полное согласие. Но тогда нет теории, которая, опираясь на несколько исходных положений, могла бы дальше работать самостоятельно. И уже по ее предсказаниям можно было бы проверить совпадение с практикой. Но совпадать не будет.

Предыдущая теория, на которой основываются ваши исследования, не в состоянии до конца описать все происходящее?

А.М.: В настоящий момент в теории турбулентности несколько теорий и они друг друга не подтверждают. В других областях есть теории, во многом сходящиеся друг с другом, а в теории турбулентности нет. У феномена турбулентности нет математического определения. А простое наблюдение показывает, что вот это спокойное течение, а это бурлящее – турбулентность. Как следствие существует много разных вариантов, описаний. Я в своей работе даю точное определение турбулентности. По моим работам точно можно сказать, вот это развитая турбулентность, а остальное можно определить классическим методом.

Как ваша теория может быть применена на практике?

А.М.: Я – теоретик, и я шел к экспериментаторам. Обсуждали с экспериментаторами возможности проверить мою теорию. Это было у нас на наших семинарах в КАИ. Но при обсуждении выяснялось, что сама теория пока еще слишком сложная, чтобы ее можно было применить даже к простым моделям. Она показывает, как надо начать экспериментальную работу. И эта работа должна быть очень серьезной. Нужна такая аппаратура, создание надежных графиков на которой требует определенных лет работы. Это не касается меня как теоретика. Это касается экспериментаторов. Сначала такие экспериментаторы должны возникнуть. Возможно, и в соседних областях. Тогда я мог бы прийти к ним и начать обсуждать, оправдываются ли мои предположения в эксперименте. Если теория оправдается, то появится и прикладной характер работы. Туда вовлекается много представителей научного сообщества, и в результате этой огромной работы появится конкретное применение моей теории. Сколько лет это займет, я даже прогнозировать не могу, но начнут появляться самые неожиданные конкретные применения. Мало кто думал, что электродинамика Максвелла найдет какие-то применения. Так и говорили: до этого далеко. А сейчас все эти уравнения оправдались многократно. Все наши телефоны и техника работают на них. Прошло несколько столетий, и в теорию включились наука, техника, промышленность, целый фронт был работы. Я так вижу свою теорию.

Получается, нет необходимых аппаратов, чтобы проверить вашу теорию?

А.М.: Аппараты, возможно, есть. Во-первых, я не являюсь экспериментатором и об этом не знаю. Во-вторых, сейчас пока не нужно проверять всё. Надо проверить базовые установки. Но это открывает большую область работы. И здесь я не могу даже указывать, с чего начать. Может получиться так, что найдется какой-то удачный пример, с которого всё стартует. Например, открыли графен, за него дали Нобелевскую премию. Казалось бы, построили тонкую графеновую плёночку, прокатали по бумаге. И вдруг это оказалось столь полезным для работы теоретиков и практиков. Это просто удивительно, настолько простой вариант экспериментирования оказался достойным Нобелевской премии. И здесь я тоже не могу предполагать. Я могу говорить только о том, что хотелось бы проверить базовые положения.

Ваша теория может быть использована для улучшения аэродинамики летательных аппаратов, например?

А.М.: Безусловно. Много экспериментов мы получаем и без всякой математики. Но когда речь идет об эффективности и оптимизации, вот здесь и нужна математика. Она не может работать на пустом месте. Но вот оптимизировать, довести дело до очень серьезных улучшений – вот здесь она незаменима. Математика придет и сделает все крайне экономичным, все эффекты будут доведены до своего логического завершения. Например, мы имеем самолет. При разгоне у него растет сопротивление окружающего воздуха. В будущем наши наработки позволят сделать решетку, которая, условно говоря, по мере роста скорости самолета будет делать это трение все меньше и меньше. Но это потом. В моем случае немножко переставлен порядок вещей - нужно перевернуть парадигму, как у Лобачевского. Он ведь очень круто взялся за работу, поэтому многие воспринимали его открытие скорее как пародию, чем реальный результат. Прошло небольшое время, и зарубежные ученые  вполне легко подошли к неевклидовой геометрии. То есть Лобачевский опередил свое время, поэтому его и не поняли. Он слишком концентрировано подошел к делу, и результат этой концентрации был непонятен его современникам. Другие ученые, в частности Гаусс, говорили, что испугались быть непонятыми. Лобачевский же оказался смелым, не побоялся этой некомфортной ситуации, когда ты меняешь парадигму.

Объясните, что вы имеете в виду под изменением парадигмы? Вы как-то принципиально меняете представление о турбулентном движении?

А.М.: Да.


Объясните нашим читателям, в чем суть данного изменения?

А.М.: Сплошная среда с давних времен описывается полевыми конфигурациями. Поле скоростей, поле давления и так далее. То есть в каждой точке есть конкретный вектор скорости. Но такое описание хорошо подходит для спокойного течения. И в нем автоматически доказывается теорема существования и единственности. Задали параметры, и далее все предопределено. И это плохо, ведь эффект потери индивидуальности с этим не совместим. Значит, необходимо что-то поменять, например полевую парадигму. Нужно описывать движение жидкости не полем, а чем-то другим. Вот я и воспользовался тем, что там есть два уровня. Уровень соединенной турбулентности и пульсации. Для последней не было места в старой теории. Вот я и предложил не полевую, а траекторную модель. Ведь если мы будем запускать в турбулентный поток мелкие частицы, например капнем чернилами, то мы увидим, как она моментально разлетится и через некоторое время весь поток окажется окрашенным. Как получается, что маленькая капля, расширяясь, заполнит весь поток? Вот и получается, что если мы применяем уравнение Ньютона, мы не можем объяснить это явление. В спокойном течении оно работает. А в турбулентном все моментально разрывается. И для описания того, как частица жидкости разлетается по всему объему турбулентного потока, следует перейти от полевого описания к траекторному.                                                          

Проблема была в том, чтобы согласовать два этих уровня в едином объекте. Поэтому второй уровень мне пришлось смоделировать. В этом мне помогло то, что Институт физической прочности в Томске как раз занимается мезомеханикой. В масштабах мезоскопического разрешения зарождается турбулентная неустойчивость и фрилаксация. И эти сложные механизмы надо было как-то описать. Траекторный способ позволил мне это сделать.

То есть в настоящий момент теория является завершенной? Или она и дальше дорабатывается вами?

А.М.: Основные положения, доведенные до аксиом, уже выписаны. И я хочу, чтобы лаборатории проверили базовые положения. Если базовые положения будут установлены, мы уже сможем экспериментировать дальше. Свой отрезок пути я прошел, я сделал свой вклад в науку. Она ведь общая, не является чьей-либо собственностью. Я понимаю, что есть люди, в чем-то разбирающиеся лучше меня, которые смогут совершить дальнейшие действия. Я лишь вбрасываю идею, которую следует развивать.

Вы не пытаетесь предсказать дальнейший ход вещей, развитие науки в этом направлении?

А.М.: Нет, не пытаюсь. Потому что многие эффекты, уже известные до этого, они немного расходятся со здравым смыслом, но эксперименты доказывают правильность утверждений. Поэтому если моя теория будет проверена, возможно, и не мной, то дальнейшее ее развитие потребует новых исследований и мыслей. Как знать, может быть, их вклад будет больше или меньше, но здесь я уже не берусь прогнозировать.


Комментарии








© 2017 «События»
Сетевое издание «События» зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи,
информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 18 апреля 2014 г. Свидетельство
о регистрации Эл № ФС77-57762 Создано при поддержке Республиканского агентства по печати и массовым
коммуникациям РТ. Настоящий ресурс может содержать материалы 16+