Нобелевская премия за дырки и вихри

За что могли дать премию по физике в год открытия гравитационных волн? Ну конечно же, за открытия, которые были сделаны еще 30–40 лет назад! Только не подумайте, что мы здесь высказываем недовольство: чтобы оценить значимость этой работы, надо понимать в ней хоть что-нибудь, а мы в редакции «Сноба» этим похвастаться не можем. Ну разве что совсем-совсем чуть-чуть.

Если вы возьмете тонкий слой, например, воды, то он может течь ровно-ровно в одну сторону, а может как-то растекаться и стекаться, как автомобили на Ярославском шоссе (оно, как мы знаем, местами то сужается, то расширяется, и автомобили движутся соответственно). Чисто теоретически можно предположить, что в каком-то широком месте обезумевшие автомобилисты начнут вообще ездить по кругу. Собственно, и жидкость в тонком слое может по каким-то причинам образовать водоворот. Число водоворотов — в отличие, к примеру, от скорости и плотности потока — может быть только целым: один водоворот, два, пять, но никак не половинка водоворота. Если теперь назвать наши водовороты «вихрями», то это и есть та самая загадочная штука, которую учли теоретики, разрабатывавшие поведение материи в этих самых тонких слоях.

В названии темы Нобелевской премии — за «топологические фазовые переходы» — есть слово «топологический». Топология — это то, что отличает жидкость без водоворота от жидкости с одним водоворотом. Или еще вот как: топология отличает шарик (без дырок) от бублика (с одной дыркой) и восьмерки (с двумя дырками). Число вихрей, как и число дырок в бубликах, непременно должно быть целым, и никак не получится плавно изменить это число, скажем, от двух до трех.

Вся математика такая — начинается с каких-то детских игрушек вроде бубликов и водоворотов и тут же обрушивается в пучину непостижимой сложности. Мы в эту пучину не пойдем и вас не приглашаем. Зато мы упомянем, для примера, про тонкий слой электронов между двумя полупроводниками. В нем наблюдается одна штука, которая называется «квантовый эффект Холла»: электрическая проводимость такого слоя меняется в зависимости от внешних факторов не плавно, а скачками. Ровно так, как будто бы это была не проводимость, а число дырок в бублике. Или число вихрей.

Вот примерно все это, и гораздо больше этого, и вошло в теорию, за которую сегодня дали Нобелевскую премию.

Эту премию, как мы знаем, могут разделить между собой максимум трое ученых. И, собственно, претендентов оказалось как раз трое. Во-первых, это Холдейн, который применил топологический подход к магнитным свойствам материалов. Во-вторых, Таулесс и Костерлиц, в честь которых назван фазовый переход из состояния, в котором вихри (водовороты) связаны попарно, к состоянию, когда они движутся как попало.

Только вот переход этот полностью называется так: БКТ-переход. И назван он в честь Березинского, Таулесса и Костерлица.

И вот тут мы подходим к тому аспекту нынешней физической премии, который не должен бы оставить равнодушным наших соотечественников. Потому что Вадим Львович Березинский — тот, кто начал рисовать на промокашках эти самые вихри еще в начале 1970-х, — премию не получил. И не потому, что он русский, а русских зажимают (вообще-то он еврей). А потому, что умер тридцать шесть лет назад.

Вадим Львович Березинский моложе 80-летнего Таулесса, который легко дожил до своей Нобелевки. Но Березинский умер в возрасте 45 лет. И перед тем, как умереть, он не то чтобы купался в славе. Дело в том, что Вадим Львович Березинский действительно был евреем, а в СССР это было как-то неприлично. К тому же он был из той особой породы непробивных евреев, которым физика конденсированных сред милее суетных земных амбиций. Окончил физфак МГУ, в аспирантуру пришлось поступать в МИФИ, а потом работать угадайте где? Правильно, в текстильном институте. Нельзя же доверять непонятному еврею стратегические тайны советской физики, он же того и гляди уехать может.

После текстильного института было еще девять лет в НИИ «Теплоприбор» — за такими названиями в СССР обычно скрывалось нечто жутко стратегическое, а за жутко стратегическим — никчемные шарашки, где отмечались в табеле ровно в восемь утра, а после этого делали кто что хочет. Но Вадиму Березинскому было все равно, где работать. Вся стратегически важная физика была у него в голове, и никаких полковников гэбухи не хватило бы, чтобы удержать эту физику в секрете от таких, как Березинский.

Он успел довольно много наделать там, в «Теплоприборе». Беда в том, что революционные прорывы в теоретической физике требуют большой затраты сил. А жизнь инженера, работающего в совковом «ящике», не вполне позволяла эти силы восстанавливать. В ИТФ им. Ландау Березинский перешел только за три года до смерти, уже больным. В 1980 году он скончался.

А в 2016-м теория, во многом выросшая из его расчетов, удостоилась Нобелевской премии. Вот, кстати, сто восемьдесят пятая причина, почему в России сильно меньше нобелевских лауреатов, чем в США: наши как-то не доживают.

Итак, мы поздравляем всех ныне живущих нобелиатов, и в их числе — Дункана Холдейна, Майкла Костерлица и Дэвида Таулесса. О том, в чем состоит их открытие, можно прочитать сложную статью здесь, и статью попроще — вот здесь. Хотя должен вас предупредить, что статья попроще даже еще менее понятна, чем сложная (там к непонятной физике добавляется еще и вопрос «Зачем это все нам?!»)

А о жизни Вадима Львовича Березинского, я надеюсь, в ближайшее время появится какая-нибудь интересная статья. Не исключаю, что весьма тенденциозная и очерняющая определенный период нашей славной истории — весь этот беспросветный мрак 1970-х, который я, к несчастью, еще помню. Не пропустите эту статью, наверняка будет познавательно.

P. S.

А вот как участник проекта «Сноб» Алексей Цвелик объясняет ту сложную физику, за которую сегодня дали Нобелевскую премию:

Нобелевская премия по физике присуждена трем теоретикам: Дэвиду Таулессу, Данкану Халдейну и Майклу Костерлицу. Активно работающим в настоящее время остается только Халдейн, который продолжает собирать на свои доклады толпы народу, хотя понимать его по большей части тяжеловато.

Самым известным результатом Костерлица и Таулесса является предсказание ими особого рода фазового перехода, носящего их имена, а также имя Березинского, пришедшего к тем же идеям независимо. Эти результаты были получены в 70х годах.

Понятие «фазы» является одним из фундаментальнейших понятий физики. Оно сводится к тому, что вещества одного и того же состава, могут принимать весьма разные формы в зависимости от внешних обстоятельств (температуры и давления). Например, вода может принимать форму твердого тела (лед), жидкости и газа (водяной пар). Граница между фазами может быть резкой, как можно убедиться, глядя на кипение воды в чайнике. Читать дальше >>