Почему время течет из прошлого в будущее и может ли оно двигаться в обратную сторону? Существует ли темная материя и что служит ее носителем? Что общего у квантовой физики с нейронаукой? Можно ли создать искусственный интеллект и расширить память? Как мотивировать самых талантливых молодых ученых остаться работать на родине? Об этом мы беседуем с членом-корреспондентом РАН Тагиром Абдул-Хамидовичем Аушевым, заведующим лабораторией физики высоких энергий Московского физико-технического института.
― Тагир Абдул-Хамидович, расскажите, пожалуйста, чем занимается руководимая вами лаборатория физики высоких энергий МФТИ?
― В свое время журналисты постарались и очень много рассказали про Большой адронный коллайдер (БАК) и про то, какие замечательные эффекты могут происходить с черными дырами. Когда-то был поднят хайп вокруг темы с поглощением Земли, но благодаря этому интересу многие люди узнали, что такое физика элементарных частиц. Моя лаборатория как раз этим и занимается. Она участвует в эксперименте CMS на БАК в Швейцарии. Суть всех исследований, по большому счету, ― это желание понять, как этот мир был создан, по каким законам он существует. Одна из наиболее интересных, красивых задач ― это изучение СP-нарушения.
― Что это такое?
― Это нарушение зарядово-пространственной симметрии. Если сказать простым языком, есть несколько симметрий: зарядовая, пространственная и временная. Долгое время считалось, что все они абсолютно строгие и не нарушаются ни в каких процессах.
Но с середины прошлого века начали обнаруживать, что это не так. Есть процессы, которые их нарушают, ― слабые процессы. И вот то, что изучается сейчас на ускорителях, это в том числе как раз процессы, нарушающие эти симметрии.
Следствием этого становятся несколько интересных вещей. Во-первых, это подтверждение того, что стрелка времени действительно имеет выделенное направление из прошлого в будущее. Это не только наше субъективное ощущение, но и физическая реальность. Процессы действительно в разных направлениях текут по-разному. А во-вторых, на заре зарождения нашей Вселенной благодаря этим процессам возникла небольшая асимметрия между материей и антиматерией, в результате чего материя с антиматерией аннигилировали, и этот дисбаланс создал всю нашу Вселенную, в которой сейчас доминирует материя и практически нет антиматерии.
― То есть этот дисбаланс был необходим для того, чтобы существовала наша материя?
― Благодаря этому дисбалансу наша материя как раз и сохранилась. Если мы уходим в некую философию, то все законы физики слегка нарушаются, и именно благодаря этим нарушениям вся красота нашего мира и существует.
― В то время как мы стремимся, казалось бы, к тому, чтобы у нас все было правильно, логично и последовательно. Но выясняется, что без этих нарушений нас бы не существовало, мы бы просто не смогли с вами даже сейчас и поговорить на эту тему.
― Именно так. Любые законы требуют небольшой деструктивной силы, которая будет развивать их и все наше мироздание.
― Наверняка понимание таких вещей несколько облегчает вам жизнь, и какие-то несогласования вы воспринимаете с бо́льшим оптимизмом, чем человек, который этого не понимает.
― Возможно. Я вообще считаю, что физика ― это такая наука, которая помогает человеку, с одной стороны, систематизировать свое представление об окружающем мире, с другой — действительно правильно воспринимать существующие погрешности. Но здесь, наверное, важно сказать, что я физик-экспериментатор. Экспериментаторы всегда работают с измерениями с какими-то погрешностями. Любую информацию, которую мы имеем, мы сопровождаем той точностью (или погрешностью), с которой эта информация получена. Поэтому мы понимаем, что имеем некое представление, а не точность.
― Что представляет собой ваша лаборатория, кто в ней работает?
― В нашей области науки мы не ставим эксперименты в какой-то локальной лаборатории. Физика вообще бывает разная. Наша физика заключается в том, что мы 10–15 лет готовим эксперимент, строится ускоритель, детектор. В частности, я много лет работал и продолжаю работать в Японии (в рамках Международной лаборатории физики элементарных частиц НИУ ВШЭ. — Примеч. ред.), где мы с коллегами создали одну из основных установок детектора Belle II. Потом, когда детектор создан, запускается эксперимент, и дальше ты осуществляешь работу по его поддержанию, приезжаешь на смены и собираешь данные ― непрерывно в течение 10, 15, 20 лет. Ученые их анализируют. Сейчас у нас стадия, когда наши сотрудники, студенты, аспиранты изучают данные, постоянно поступающие с Большого адронного коллайдера, находят новые частицы, новые процессы, публикуют статьи. Это важная и престижная задача.
― Были ли какие-то результаты, которые вас удивили?
― В принципе, любые результаты непредсказуемы. Тот же бозон Хиггса. Конечно, все понимали, что он должен существовать, но никто не знал, в каком именно месте он находится.
Есть менее громкие исследования, которые, может быть, не на слуху, но тоже важны. Мы смотрим различные комбинации частиц, разные процессы и периодически обнаруживаем какие-то новые явления или частицы. Недавно такая работа была сделана и в прошлом году опубликована нашим аспирантом. Был обнаружен возбужденный барион ― новая частица, дополнительный кусочек пазла, который дает нам больше понимания того, как работает сильное взаимодействие, удерживающее ядра стабильными.
― А о темной материи вы узнали что-нибудь новое?
― Одна из задач БАК ― как раз поиск темной материи. Есть теории, предсказывающие ее существование. Но пока ни нашей лабораторией, ни другими каких-то подтверждений этих теорий найдено не было. Сейчас уже обсуждается создание более мощного ускорителя, еще более крупного, для того чтобы на более высоких энергиях попытаться найти частицы темной материи. Это еще более амбициозный проект, еще более дорогой и масштабный. Если он будет реализован, значит, нас ждут новая физика, новый эксперимент, новые открытия. Будет интересно.
― Как вы думаете, нам удастся когда-нибудь понять, узнать, как устроено все?
― Это философский вопрос. Ответа на него, очевидно, нет.
― Почему?
― Мы — часть этого мира, поэтому познать его целиком не получится. Но я не философ, я физик. Стремлюсь узнать что-то новое. Мы занимаемся тем, что пытаемся понять, как же устроен этот мир. И, мне кажется, прелесть этого мира заключается в том, что этот процесс познания бесконечен.
― Как получилось, что вы, специалист по ядерной физике, вдруг увлеклись процессами, происходящими в мозге?
― Сколько себя помню, я всегда интересовался нейронауками. Я понимал, что мозг ― это такая же огромная задача, если не больше, как и физика элементарных частиц. И я всегда думал, что если когда-то я займусь еще чем-то, то это будет изучение мозга.
Но скажу честно ― у меня так и не дошли до этого руки просто потому, что это огромная наука. Для того чтобы заниматься изучением мозга, конечно, нужно базовое образование именно в этой области. Надо очень много времени и усилий потратить на то, чтобы реально заниматься этим как ученый. Поэтому, к сожалению, я вряд ли подберусь к этим задачам как ученый, но с точки зрения организации этих исследований свой вклад сделать могу.
В 2015 г., когда я стал проректором МФТИ по науке и стратегическому развитию, встал вопрос, как стратегически развивать Физтех. В свое время он был создан под сверхзадачу атомного проекта, которая была успешно решена еще много лет назад. Сейчас Физтех развивается в разных направлениях науки. Но был вопрос: а что сегодня могло бы стать для Физтеха сверхзадачей? Я решил, что изучение мозга могло бы оказаться такой сверхзадачей.
― Но это ведь не стало сверхзадачей для Физтеха?
― Нет, не стало. Когда я ушел с позиции проректора, я решил, что в какой-то части я попытаюсь эту идею реализовать теми силами, которые у меня есть. Нашел спонсоров, поддержавших эту идею. В первую очередь ― исследования наиболее талантливых, наиболее сильных молодых ученых. Родилась идея грантового финансирования. Было запущено несколько задач, которые мы хотели решить.
― Как вы находите талантливых молодых ученых?
― Мы начали с базового ― с аспирантов. Надо понимать, что аспиранты ― это важнейшая движущая сила науки, у них есть четкая задача: защитить диссертацию. Это должен быть их первый научный труд. Они наиболее мотивированы, наиболее энергичны и амбициозны. Мы посмотрели, как же организована эта история. У нас аспиранты сначала поступают в аспирантуру фактически на символическую стипендию. После чего есть какие-то инструменты, гранты, которые они могут выиграть. Их, соответственно, оценивает экспертная комиссия: какое исследование, насколько сильный аспирант и т.д. Но если мы задумаемся, то получается, что мы в принципе отбираем из оставшихся. Если аспирант выбирает между позицией в аспирантуре с почти нулевыми деньгами в надежде выиграть что-то для поддержания жизни и своих исследований, и позицией за границей, где он, проходя серьезный отбор, идет в аспирантуру на уже готовые деньги, то очевидно, что сильный аспирант выберет второе. А у нас получается, что мы берем тех, которые не уехали туда, а потом выбираем, кому из них дать стипендию.
Мы решили перевернуть эту историю и сделать грант, на который подает не сам аспирант, а ведущий ученый. Он говорит, какую задачу хотел бы дать своему потенциальному аспиранту. А потом уже сам ведущий ученый под выигранный грант в течение года ищет себе аспиранта. Эта схема оказалась очень эффективной. Кстати, в феврале-марте 2023 года стартует третья очередь конкурса.
― И сколько у вас таких ученых, которые выбирают себе аспирантов?
― В первый год у нас было 11 грантов, во второй год 15. В среднем у нас конкурс ― пять-шесть ученых на один грант. То есть в каждом конкурсе участвовали порядка 60–80 ученых. Это довольно высокий конкурс.
― Каким образом вы производите отбор?
― Когда аспирант подает на какой-нибудь грант, внешнему эксперту сложно оценить его перспективность. Но ее может оценить профессор, который его к себе берет. И это еще одна особенность гранта ― мы не оцениваем аспиранта, мы оцениваем ученого. А это сделать уже проще, потому что у ведущего ученого есть заслуги, репутационный уровень. Мы привлекаем ученых-экспертов со всего мира, рассылаем им заявки. Они оценивают уровень ведущего ученого и научную тему, над которой будет работать его будущий аспирант.
― Не приходилось ли вам разочаровываться в результате?
― Вы знаете, нет. Сейчас у нас закончился первый год, результаты были представлены аспирантами в октябре. И все работы оказались настолько сильными, настолько интересными, что это еще раз убедило нас в верности выбранного формата. Мне кажется, такой формат мог бы быть рассмотрен, адаптирован и использован уже на государственном уровне.
― Расскажите, что это за работы.
― Это все фундаментальные исследования, то есть исследования, посвященные изучению того, как функционирует мозг, какие процессы в нем происходят, какая у него структура, какова архитектура мозга, какие сигналы можно считывать с помощью внешних устройств и т.д.
Эти фундаментальные законы, которые мы обнаруживаем и исследуем, могут быть применены в совершенно разных областях. Есть исследования, которые посвящены проблеме нейродегенеративных заболеваний ― изучению причин этих болезней и, соответственно, способам их лечения. Есть проект о механизмах запоминания, заложенных в нашем мозге, соответственно, это имеет прикладное применение в сфере образования, понимания того, как человек усваивает информацию.
― И того, как можно расширить память?
― В том числе. Одно из направлений ― развитие понимания того, что есть люди с разными типами памяти. И когда решаются какие-то серьезные проблемы, необходимо правильно комбинировать людей в группы, в коллективы, в команды, чтобы они друг друга дополняли, в том числе и по типу усваивания информации.
Еще одно направление связано с так называемым искусственным интеллектом, или машинным обучением (machine learning). Эти принципы были заложены в 1960-е гг., и они фактически имеют очень простые базовые функции. Но, как мы понимаем, наш мозг гораздо более эффективно справляется с задачами распознавания, запоминания, осуществления выводов, чем любые нейронные сети. Это означает, что, скорее всего, та архитектура, которая имеется в человеческом мозге, более сложная, чем то, что мы используем в нейронных сетях, но мы ее еще не до конца понимаем. Понимание этой архитектуры, процессов, которые в мозге происходят с точки зрения того, каким образом организована система анализа информации и принятия решений, могло бы иметь прямое прикладное применение в нейросетях будущего.
― Насколько это опасно ― знание о том, как устроен человеческий мозг? Ведь тогда можно создать машинную аналогию, которая однажды решит, что слабый и физически несовершенный человек больше не нужен.
― Вы правы: одновременно с изучением мозга и созданием новых типов нейронных сетей, конечно же, нужно продумывать инструменты их контроля, как это и делается с нынешними нейронными сетями. Если сети станут более умными, то и инструменты контроля тоже должны усложняться и учитывать их новые возможности.
― Тагир Абдул-Хамидович, вы часто употребляете слово «идея», и ваш центр, который занимается грантовыми исследованиями, тоже называется «Идея». Это неслучайно?
― Да, неслучайно. Дело в том, что в предпринимательском сегменте часто звучит такая фраза: «Идея ничего не стоит, имеет значение ее реализация».
― А вы с этим не согласны?
― У меня как-то был доклад на конференции, посвященный регуляторике. Я начал свой доклад с простой фразы: «У меня есть идея!»
― Все проснулись?
― Да, полусонный зал как будто очнулся. Я начал доклад таким образом, чтобы показать, что на самом деле идея имеет ценность, и очень высокую, не зря слово «эврика» осталось в истории на тысячелетия.
― Даже появились производные ― «эвристика», «эвристичность».
― Конечно, поэтому мне кажется, что важность идеи недооценена, и одна из причин, почему это так, связана с тем, что идея очень простая по своей сути, до нее надо просто додуматься, а после того, как она озвучена, ее авторство фактически теряется. Любой человек, который услышит идею, становится ее обладателем. Ее сложно защитить, нельзя запатентовать.
Этот подход, как мне кажется, неправильный. Современные технологии, думаю, могут защитить авторство идеи, но для этого нужно создавать механизмы, которые бы стимулировали человека делиться идеями. Многие идеи очень долго хранятся на полках, просто потому что люди, к которым они пришли, не могут их реализовать. Вот если мы придумаем механизм, когда автор идеи получает не только моральное удовлетворение от того, что он автор, но еще и материальные дивиденды от дальнейшей реализации, наш технический прогресс начнет двигаться гораздо быстрее.
― Именно это вы делаете в своем центре «Идея»?
― Во всяком случае, мы стараемся.
― Знаю, что вы еще проводите школы молодых ученых. Расскажите об этом.
― Есть несколько форматов научной организации ― конференции, семинары, воркшопы, научные школы. Мы начали именно с организации научной школы, поскольку она вовлекает все тех же аспирантов и ведущих ученых. Ее формат заключается в том, что в каком-нибудь месте собираются ведущие ученые и студенты (аспиранты) и первые рассказывают вторым о наиболее современных исследованиях в их области науки. Участников отбираем по конкурсу. В течение недели аспиранты слушают лекции, придумывают научные проекты, которые они выполняют вместе с нашими кураторами. И на выходе у нас несколько десятков студентов, с одной стороны, узнавших о наиболее передовых достижениях науки, а с другой ― создавших конкретные научные проекты, которые они потом в течение года могут доводить до публикации.
― Почему именно нейронауки стали вашим приоритетом?
― Потому что нейронауки ― одно из наиболее перспективных научных направлений. При этом, я считаю, изучение мозга очень сильно недооценено в России, и финансирование именно этого направления у нас недостаточное. Во всем мире программы изучения мозга были запущены еще лет десять назад на национальном уровне. Это программа Brain в Америке, есть также европейская, китайская, японская, бразильская программы. Все крупные страны запускают национальные программы изучения мозга, а в России такая программа отсутствует, и это, на мой взгляд, существенное упущение. Мозгом надо заниматься, и заниматься очень серьезно, потому что основные прорывы в XXI в. будут сделаны именно в этой области.
― А ведь мозг ― самая большая загадка мироздания, и если мы продвинемся в понимании работы мозга, то поймем не только самих себя, но и весь мир. Вы с этим согласны?
― Согласен с вами абсолютно. Так и есть. Недаром говорят, что мозг ― это микрокосм, и по сложности он действительно сопоставим со всем мирозданием, как бы пафосно это ни звучало.
