Узбекистан, Ташкент – АН Podrobno.uz. Председатель Общества физики Узбекистана, профессор Даврон Матрасулов в своей авторской статье проводит критический анализ состояния физики в Узбекистане, без купюр рассказывая о причинах застоя, а также предлагая свое видение путей выхода из сложившейся ситуации.
По его словам, первая причина застоя, – это существующая административно-командная система в вузах. Современный вуз Узбекистана организован по аналогии с военными подразделениями: строгая субординация, приказы издаются сверху, обсуждению не подлежат, самодеятельность, творческий подход, всякий вид самостоятельности кафедры от деканата, деканата от ректората, ректората от Минвуза строго запрещены.
"Другая серьезная проблема – чрезвычайная загруженность профессоров, доцентов и других преподавателей учебными нагрузками и абсолютно ненужной бумажной волокитой, в силу чего у них практически не остается времени для научной работы", – пишет автор.
Предлагаем вам ознакомиться с полным текстом статьи Даврона Матрасулова.
Куда пришла современная физика - двигатель прогресса и инноваций в мире, и почему в Узбекистане этот двигатель не работает?
От квантового компьютера до квантовых технологий, от физики сложных систем до моделирования эпидемий, землетрясений и финансово-экономических кризисов, от застоя в отечественной физике к прорывному росту.
Сегодня
наука, точнее имплементация научных результатов, стали важным фактором не
только для обеспечения конкурентоспособности экономики, но и одним из ключевых
факторов устойчивого развития в развитых странах, а также в значительной части
развивающихся стран. Особое, и даже наиболее важное, место в данном контексте
занимает физика, или, как принято ее называть, чтобы отметить ее
междисциплинарный характер, физические науки. Действительно, современная физика
является фундаментальной основой и ключевой дисциплиной для подавляющего
большинства современных технологий, таких как электроника (включая
наноэлектронику), ИКТ, космическая- и авиационная промышленности,
автомобилестроение, энергетика (включая альтернативную энергетику), нано- и
квантовые технологии, медицинские технологии, наномедицина и др.
Если в первой половине 20-го века появилось всего несколько научных направлений на основе физики, таких как биофизика, геофизика и физика атмосферы, то в конце 20-го – начале 21-го веков, появилось более 10 новых междисциплинарных направлений науки, в основе которых лежит физика, что показывает насколько междисциплинарной стала современная физика. К таким новым направлениям, прежде всего, относятся медицинская физика, эконофизика, социофизика, нейрофизика, психофизика, квантовая информатика, квантовая биология, квантовые технологии и др. Ожидается, что благодаря дальнейшему развитию физики, в ближайшие 15-20 лет произойдет серьезный прорыв в области ИКТ, медицины, энергетики и в миниатюризации электронных устройств.
Наиболее новым, но перспективным и бурно развивающимся среди этих направлений является так называемая квантовая наука, практической имплементацией которой являются квантовые технологии. Последнее означает принципиально новый вид технологий, основанный на функционализации квантовых явлений. Материалы, в которых возможна подобная функционализация, называются «квантовыми материалами». К последним, прежде всего, относится графен – материал с толщиной в один атом, а также углеродные нанотрубки, топологические диэлектрики, квантовые нити Майораны, топологические сверхпроводники и др. Поскольку квантовые явления происходят в очень малых (нано- и суб-нанометры) масштабах, а также за короткие (миллиардные доли секунды и меньше) промежутки времени, то устройства на основе таких технологий имеют в сотни и, даже, в тысячи раз бóльшую миниатюризацию и быстроту, чем те устройства, которые мы сейчас используем.
К настоящему времени современные квантовые технологии в плане практических применений в основном сосредоточены на ИКТ (квантовые компьютеры, квантовые коммуникации и квантовая криптография), на метрологии (квантовая метрология), на разработке высокочувствительных квантовых сенсоров, квантовых уcтройствах для конверсии энергии (квантовые термоэлектрики, квантовые фотовольтаические устройства, и т.д.), а также устройствах создания квантовых изображений (quantum imaging). Наиболее перспективное направление с точки зрения имплементации квантовых технологий – это ИКТ на основе квантовой науки. Данное направление получило название квантовой информатики. Ввиду чрезвычайной важности данного направления для развития мировой цивилизации в среднесрочной перспективе имеет смысл подробно остановиться на его проблемах и перспективах.
На сегодняшний день информационно-коммуникационные технологии стали важнейшей частью быта, всецело охватив нашу повседневную жизнь. В этом свете возникает ряд серьезных научно-технологических задач для совершенствования устройств ИКТ, требующих своего решения. Первая – существенное увеличение быстродействия компьютеров и электронных устройств на их основе. Вторая – их максимальная компактность. Наконец, третья, наиболее важная среди прочих – защита информации.
Несмотря на то, что за последние годы в этих направлениях сделан огромный рывок, ученые всей планеты уверены: в недалеком будущем нас ожидают еще более революционные достижения. Произойти это должно благодаря созданию ИКТ на основе совершенно новых принципов – фундаментальных законов квантовой физики. Их применение поможет создать квантовую информатику, которая объединит принципиально иные виды компьютеров, компьютерных сетей и криптографии. Они позволят в сотни тысяч раз увеличить быстродействие электронных устройств, тогда как размеры последних будут уменьшаться примерно от 100 до 1000 раз, достигнув пределов миниатюризации. Активный рост квантовой информатики пришелся на минувшую декаду, но возникновение базовых идей в этой области восходит к началу 1980-х годов.
В 1982-м году известный американский физик, лауреат Нобелевской премии, Ричард Фейнман предложил совершенно новый принцип работы компьютерного процессора и его логического элемента, основанного на использовании двухуровневых квантовых систем. Как известно, в традиционных (классических) компьютерах запись одной единицы информации – один бит – осуществляется с помощью чисел 0 и 1. Придуманная же Фейнманом единица информации получила название «кьюбит» (qbit, из английского словосочетания «quantum bit»). С точки зрения миниатюризации такая технология означала следующее: если на классическом компьютере для записи бита с использованием интегральных микросхем требуется около 100 млрд атомов, то на идеальном квантовом компьютере для этого нужен всего один атом! При этом быстродействие такого устройства по сравнению с обычным увеличится в миллионы раз.
Имея подобное, непомерно большое быстродействие, по сравнению с классическими компьютерами, квантовый компьютер откроет путь к решению сложнейших задач современной физики, биологии, медицины, машинного обучения и других областей, связанных с искусственным интеллектом. Для сравнения возможностей классического и квантового компьютеров можно привести следующий пример: На факторизацию (разложение на множители) 300-значное число обычным (классическим) компьютером уйдет несколько десятков тысяч лет, тогда как квантовый компьютер тратит на такую операцию всего несколько минут. Отсюда следует одна из жутко опасных возможностей данного устройства – для квантового компьютера практически не существует защита компьютерных сетей, которые он не смог бы взломать, то есть любую защиту классических компьютерных сетей квантовый компьютер может взломать за считанные секунды
Узнав про невероятные возможности квантового компьютера, возникает естественный вопрос: когда такие компьютеры войдут в обиход? Благодаря существенному прогрессу, достигнутому за минувшие годы в области разработки квантовых материалов и квантовой атомной оптики, решение подобной задачи стало вполне реальным. На сегодня обсуждается уже около десяти способных на это «кандидатов» – нано-структур и квантовых материалов, которые могут генерировать запутанные квантовые состояния, пригодные для создания кьюбитов и логических элементов квантового процессора. К настоящему времени в лабораторных условиях удалось осуществить функционирование квантового компьютера с использованием ряда из них.
Поэтому следующим этапом научно-практических исследований, выполняемых в настоящее время учеными, является достижение максимальной стабильности работы подобных устройств, а также снижение их себестоимости, открывающее дорогу их коммерциализации в недалеком будущем. Именно через решение этой задачи станет возможным создание полноценного квантового компьютера. Сейчас такие гиганты ИТ-индустрии, как Apple, Microsoft, GOOGLE и другие вкладывают крупные многомиллиардные инвестиции в научно-практические изыскания в этой сфере. Кроме того, успех невозможен без открытия новых принципов в квантовой физике, создания передовых квантовых материалов и методов манипулирования физическими явлениями на квантовом уровне. Именно за открытия, позволяющие достичь подобной цели, были присуждены Нобелевские премии по физике в 2012 (Сарж Арош и Дэвид Вайленд) и 2016 годах (Дэвид Таулесс, Данкан Холдейн и Джон Костерлиц).
Другой раздел квантовой информатики – криптография, которая подразумевает защиту компьютерных сетей и информации на основе законов квантовой физики. При этом она позволяет обеспечивать безопасность не путем замены традиционных электронных устройств, а путем внедрения принципиально нового способа передачи данных между ними. Он основан на использовании так называемых запутанных состояний, благодаря чему существует бесконечное множество способов кодирования. Технология подобной криптографии, которая зародилась как наука еще в 1984 году, опирается на принципиальную неопределенность поведения квантовой системы. Потому важнейшей ее чертой является тот факт, что компьютеры и сети, использующие этот способ, не поддаются никакому взлому. Строгое теоретическое обоснование их секретности – главное преимущество таких протоколов перед классическими. Более того, любая попытка взлома приводит к искажению получаемой информации. Перехватчик может предпринимать все допустимые законами природы действия, и все равно у него не будет возможности узнать секретный ключ, оставшись при этом незамеченным. При попытке вмешательства он неизбежно внесет ошибку, в результате чего может быть обнаружен по дополнительным помехам. Защита абсолютная.
Главными научно-технологическими проблемами на пути развития квантовой криптографии являются передача информации таким способом (квантовая коммуникация) на большие дистанции и обеспечение устойчивости этого процесса. Примечательно отметить, что к настоящему времени достигнутый в квантовой коммуникации рекорд принадлежит Китаю и составляет около 2000 километров, соединяя Пекин с Шанхаем. За последние 3-4 года уже возникли небольшие сети квантовых коммуникаций. Главными потребителями подобных сетей, особенно в Швейцарии, конечно, являются банки. Очевидно, что новая модель информационной безопасности может обеспечить подлинный прорыв в защите информации. Это особенно важно с учетом роста числа случаев различных хакерских атак, приводящих к критическим последствиям в разных странах. Если квантовые коммуникации и квантовая криптография находятся на пороге массового внедрения, то другое направление – квантовые компьютеры – пока еще остаются за стенками научных лабораторий. По самым оптимистичным прогнозам, создание полноценного квантового компьютера – реальная задача ближайших 10-15 лет. Неуклонно растет также объем общемировых инвестиций в профильные исследования в квантовую информатику со стороны государственных и частных фондов, которые уже превысили 40 миллиардов долларов.
Другие направления квантовых технологий, такие как квантовые сенсоры, квантовые изображения и квантовые термоэлектрики также способны осуществить революцию в метрологии, медицине и ресурсосбережении. Например, в случае квантовых термоэлектриков речь идет о создании миниатюрных возобновляемых источников энергии с огромным коэффициентом полезного действия (по сравнению с ныне существующими термоэлектриками и солнечными ячейками).
Еще одним бурно развивающим направлением современной физики, которое возникло в конце девяностых годов прошлого столетия, является физика сложных систем, или, как ее еще называют, наука о сложных системах (complex system sciences). Как мы знаем, на протяжении столетий главной задачей современной физики (за исключением той части физики, которая называется космологией) была проблема создания передовых материалов, позволяющих развивать существующие и создавать новые технологии. Такая задача стояла перед всеми направлениями физики, будь это оптика или ядерная физика, атомная физика и физика конденсированных сред, физика элементарных частиц или радиационная физика и т.д. Однако, начиная с середины девяностых годов, начали появляться исследования, целью которых было моделирование различных сложных систем и явлений биологии, социальных явлений, экономики и финансов и даже политических процессов с использованием методов физики. Точнее, таких ее разделов как статистическая физика и нелинейная динамика. Так, уже к концу девяностых – началу двухтысячных возникли такие направления как эконофизика, социофизика, нейро- и психофизика, и т.д.
Долгое время математическая статистика была одним их главных инструментов для описания экономических и социальных явлений. Однако, ввиду того факта, что она изучает сложные системы без учета взаимодействия их индивидуальных составляющих, ее возможности всегда были ограничены, а результаты на ее основе – далеки от реалистичности.
Подобный недостаток привел к тому, что, начиная еще с 40-х годов прошлого столетия, ученые начали применять другой подход - теорию игр к моделированию экономических процессов. Первая книга по данной проблеме была опубликована знаменитым математиком и физиком Джоном фон Нейманом. Позже, знаменитый математик из Принстонского университета, Джон Нэш применил теорию игр к проблеме управления в экономике, за что был удостоен Нобелевской премии по экономике.
Однако, подобно математической статистике, теория игр также исследует сложные системы без рассмотрения поведения и взаимодействия ее индивидуальных составляющих.
Поэтому появление таких предметов как психофизика, нейродинамика, эконофизика и социофизика является естественным следствием недостаточной эффективности математической статистики, теории игр и других чисто математических подходов при изучении сложных биологических, социальных и экономических систем.
Следует отметить, что идея применения методов физики к общественным и социальным системам не является новой. Еще в конце 19-го века ряд таких великих физиков, как Фарадей, Больцман, Лиувиль и др. пытались рассматривать поведение людей, толпы и общественных систем по аналогии с поведением атомов и молекул газов. Однако им не удалось довести подобные идея до уровня практических применений и их результатов. К возможности применения методов и законов статистической физики вернулись лишь в начале 80-х годов прошлого столетия. Так, французский физик Серж Галам, который был приглашенным докладчиком на одной из наших конференций, проведенных в Самарканде, опубликовал свою статью под названием «Социофизика: Новый подход к изучению коллективного социологического поведения», где он сделал первый шаг к моделированию и объяснению механизмов возникновения критических явлений в обществе.
В настоящее время он считается основателем социофизики. Позже, начиная с конца 90-х годов прошлого столетия, данное направления начало стремительно развиваться, и было опубликовано несколько сотен научных работ по применению социофизики к широкому спектру процессов в обществе – от распространения слухов в обществе до моделирования войн и конфликтов (включая также террористические атаки). Таким образом, социофизику можно назвать «физикой общества», которая в недалеком будущем должна сделать возможным наиболее точное и научно-обоснованное прогнозирование и организацию общественно-политических процессов. В настоящее время к проблемам, изучаемым в рамках социофизики, относятся проблемы поведения толпы во время экстремальных ситуаций (пожары, теракты и т.д.), моделирование транспортных потоков и пешеходных движений в крупных городах, распространение слухов в обществе, проблема социального расслоения общества, политические выборы, возникновение войн и политических кризисов в обществе и т.д. Так, в организованной в 2013 году Обществом Физики Узбекистана международной конференции ведущими учеными в данной области были представлены доклады на такие темы, как моделирование выборов, политических конфликтов, распространение эпидемий и даже коррупции в обществе.
Другой быстро развивающейся областью физики сложных систем является эконофизика. Введенный впервые в середине девяностых годов прошлого столетия американским физиком Юджином Стенли (Eugene Stanly, он же, наряду со мной, являлся со-организатором вышеупомянутой конференции по сложным системам, проведенной в Самарканде) данный термин к настоящему времени превратился в название отдельной области науки. Так, сейчас в мире существует несколько специальных научных журналов по эконофизике, изданы несколько десятков монографий, каждый год организуется более десятка международных конференций.
Главной задачей эконофизики является изучение финансово-экономических структур, объектов и явлений с применением методов статистической физики, нелинейной динамики, теории катастроф и др.
Важнейшей проблемой эконофизики, как и социофизики, является изучение перехода «порядок-хаос» и наоборот по аналогии с фазовыми переходами в статистической физике и термодинамике. При этом, очевидно, что подобные переходы играют не менее решающую роль в обществе, чем в физике.
Основной целью подобных исследований является содействие устойчивому развитию путем максимально точного прогнозирования финансово-экономических систем, предсказания финансовых рисков, крахов и кризисных ситуаций.
Следует отметить, что еще в 2005 и 2006 гг. в ряде опубликованных работ по эконофизике были прогнозы близкого глобального финансового-экономического кризиса. Который наступил в 2008 г. Примечательным является тот факт, что сегодня значительная часть сотрудников различных финансовых учреждений, бирж, инвесткомпаний и других финансово-экономических структур являются физиками, имеющими ученую степень. Более того, за последние 10 лет их число неуклонно растет, особенно после глобального финансово-экономического кризиса 2008 г.
Так, например, примерно треть сотрудников рейтингового агентства Wall Street Analytics являются физиками. Почти 20% сотрудников всех крупных банков США имеют ученую степень по физике или по математике, и их доля также неуклонно растет в последние годы. Подобную тенденцию можно также наблюдать и в ряде крупных стран Европы, таких как Германия, Италия, Великобритания, Франция и Швейцария. При этом главной задачей подобных специалистов является наиболее точная оценка рисков капиталовложений, инвестиций, кредитных политик и других финансовых операций. Таким образом, современная экономическая наука требует максимально междисциплинарного, инновационного и наукоемкого подхода, без которого невозможно ни прогнозировать экономические системы, не спланировать организацию финансовых структур.
В чем же заключается отличие эконофизики от классической экономики?
Как известно, классическая экономика построена на очень сильных предположениях, которые быстро становятся аксиомами: Физики же подходят к различным аксиомам и моделям с определенной долей скепсиса. Если эксперимент не согласуется с предложенной моделью, то ее необходимо либо исправить, либо вообще отбросить, какой бы красивой и математически совершенной она ни была. Подобный подход совершенно не используется в классической экономике, где все модели утвердились в качестве непререкаемых истин. Причиной такой инертности в отношении прогресса, по мнению многих эконофизиков, является существующая система подготовки экономистов. По их мнению, студентов учат лишь слепо использовать полученные знания, не задумываясь о смысле того, что они делают.
Ярким примером этого служит модель опционного ценообразования Блэка–Скоулза, согласно которой изменение цены происходит по гауссовскому распределению и резкое увеличение цены имеет пренебрежимо малую вероятность. Бездумное использование модели Блэка–Скоулза и привело в 1987 году к «черному понедельнику», когда падение индекса Доу–Джонса составило 23%.
По убеждению большинства ученых, работающих в области эконофизики, а также по мнению тесно сотрудничающих с ними экономистов, глобальных экономических кризисов можно в будущем избежать, если эффективно использовать физические подходы к моделированию экономических процессов, изменив при этом систему мышления экономистов и систему их подготовки. Впервые такое утверждение было сделано еще в 2008 году в знаменитой статье не менее знаменитого французского физика Жан-Филиппа Бушо. Статья называлась «Экономике нужна научная революция» и была опубликована в журнале Nature. К сожалению, данное направление физики так и не проникло в науку нашей страны, ни в физическую, ни в экономическую. Для отечественных экономистов краем науки является эконометрика (и то, с недавних пор), которая в развитых странах давно считается устаревшим направлением.
Следует отметить, что интерес к применению физики сложных систем к финансово-экономическим, социальным и общественно-политическим дисциплинам бурно растет год за годом. Так, каждый год создаются десятки научных центров по сложным системам, организовываются несколько десятков конференций, семинаров и симпозиумов. Так, с 2008 по 2020 гг. Обществом физики также был проведен ряд таких конференций в Ташкенте, Самарканде, Бухаре и Хиве.
Весьма интересной, и очень существенной с практической точки зрения многих сложных систем является некая универсальность в их поведении, среди которых наиболее важными является так называемое явление самоорганизованной критичности и фракталы.
Связываясь еще в начале марта 2020 года со многими коллегами из Европы, США и Японии, я узнал, что многие из них, особенно те, которые являются экспертами по физике сложных систем и математической физики, активно работают над моделированием эпидемии COVID-19 (динамике, эволюции, управляемости и т.д.). При этом многие агентства по финансировании научных исследований в этих странах уже объявили специальные грантовые программы для исследования различных аспектов эпидемии, свойств данного вируса и т.д.
Примечательно, что в архиве электронных препринтов (arxiv.org) количество статей (опубликованных физиками, мат.физиками и смежными экспертами по различным аспектам COVID-19) за последний год перевалило за 2500, то есть физики и математики опубликовали более 2500 научных статей по моделированию эпидемии короновируса. Ни одна научная проблема в истории науки еще не приводила к такому количеству статей за такой короткий период в начальной стадии своего исследования.
Наблюдая за эволюцией пандемической ситуации как глобально в мире, так и в отдельно взятых странах, можно прийти к заключению о том, что данная пандемия развивается по сценарию так называемой само-организованной критичности (СОК), которая очень часто вызывает лавинообразную эволюцию событий.
Для того чтобы была понятна сущность данного явления, необходимо объяснить его краткую «биографию» в плане практических применений. В 1987 году в журнале Physical Review Letters американские физики Бак, Танг и Визинфельд (Bak, Tang and Wisiendfeld) опубликовали статью под названием «Self-organized criticality: An explanation of 1/f-noise”. В данной работе, на примере простейшей модели песчаной кучки, было продемонстрировано весьма универсальное и фундаментальное свойство сложных систем, которое получило название саморганизованной критичности. Когда в песчаную кучку непрерывно добавляются песчинки, при достижении кучкой некоторого критического размера будет происходить ее небольшое обрушение в виде лавины.
Авторы показали, что распределение таких лавин (событий) по размеру подчиняется степенному закону и, если такое распределение не меняется со временем, то будет происходить глобальная лавина. Позже ряд авторов показали, что поведение самоорганизованной критичности присуще ряду сложных процессов в природе, таким как снежные лавины, землетрясения, образование ландшафтов, лесные пожары, образование дождя, распространение эпидемий, и др. Более того, как было установлено в дальнейших исследованиях, подобное явление лежит в основе сложных явлений в обществе, таких как финансовый крахи рынков, военные конфликты, распространение слухов в обществе, и т.д. Ряд биологических явлений и патологий в организме, таких как эпилепсия, аффект и поражение органов при раке также могут проявить поведение самоорганизованной критичности. Особенно понятным возникновения лавинообразного развития процессов становится, когда сложную систему можно разделить на (хотя бы условно) кластеры, и исследовать статистику «лавин» по кластерам. Тогда компьютерное моделирование СОК и эволюцию сложной системы можно выполнить с помощью так называемых клеточных автоматов.
Очень интересные практические применения СОК в общественно-социальных системах, включая распространении эпидемий, обсуждалось ведущими экспертами на вышеупомянутой международной конференции, проведенной в 2013 году.
Наиболее ожидаемый сценарий при наличии самоорганизованной критичности (СОК) - это лавинообразное развитие того или иного события (процесса). Особенно это присуще определенному типу эпидемий (пандемий). Очевидно, что происходящая ныне пандемия COVID-19 также происходит по сценарию саморганизованной критичности, проявляя лавинообразное развитие при распространении инфекции (конечно, при этом нарушение условий возникновения СОК путем введения карантинных мер упреждает возможность подобного поведения эпидемии). Для эффективного прогнозирования эволюции эпидемии COVID-19 в нашей стране можно было бы, например, исследовать статистику охвата инфекцией отдельных районов (еще лучше махаллей, кварталов или даже семей).
Очевидно, что в случае эпидемий, роль добавляемых «песчинок» отводится инфицированным людям (один инфицированный человек – одна песчинка). Количество инфицированных людей в махалле (квартале) будет соответствовать размеру лавины. При этом, если распределение количества инфицированных людей по махаллям будет по степенному закону, то можно ожидать лавинообразный охват эпидемией районов, областей или страны. Тогда эффективным способом упреждения такого сценария будет препятствие степенному распределению «лавин». Конечно, одним из условий возникновения самоорганизованной критичности является наличие взаимодействия между всеми (или большинством) частей кучки песка. Думаю, сейчас имеется достаточно статистических данных, чтобы прогнозировать возможность самоорганизованной критичности, лавинообразного распространения эпидемии COVID-19 в нашей стране.
Для грубой оценки, достаточно взять статистику по районам. Можно также спрогнозировать возможность повторной эпидемии и ее эволюцию. К сожалению, в нашей стране нет эпидемиологической науки, то есть эпидемиология как наука вообще отсутствует. В этом можно легко убедиться, поискав научные статьи из Узбекистана в базе данных Web of Science или SCOPUS. Cледует отметить, что, благодаря своевременным и эффективным мерам, принятым руководством нашей стране, Узбекистан выходит из пандемического периода с минимальными (по сравнению с даже очень развитыми странами) ущербами. Однако, к сожалению, здесь отсутствует участие науки и ученых, ввиду отсутствия у нас эпидемиологической науки, особенно, вышеупомянутых междисциплинарных наук.
Здесь даже не знают и не использует даже такие широко применяемые математические модели эпидемий как SIR (модификации SIRD, SIER).
Другое прорывное направление современной физики, которое может обеспечить революцию в ряде отраслей, связано с использованием так называемых больших данных (big data). В свете бурного развития ИКТ за последние пару десятилетий сейчас накопился огромный массив данных по различным направлениям науки, технологий, медицине, природным стихиям, климату, различных секторов экономики и даже персональные данные многих пользователей социальных сетей и интернета. Обработка подобного массива с целью, например, моделирования эволюции той или иной отрасли, путем привлечения методов физики сложных систем позволяет сделать сверхточные прогнозы развития многих процессов не только в природе, но и в обществе, экономике и финансов. Более того, сейчас ученые-физики работают над созданием «виртуальных клонов» человека путем записывания информации о его поведении, привычках и других черт.
При этом, чем больше такой информации, тем клон ближе к оригиналу. Например, если известен большой объем информации об умершем человеке, то можно воспроизвести его виртуальный клон. Главная проблема на пути к совершенствованию такой технологии является невозможность хранения и быстрой обработки очень большого массива данных. Сейчас к решению данной проблемы привлекают различные методы, такие как параллельные вычисления (parallel computing), машинное обучение, нейронные сети, которые еще называются глубоким обучением (deep learning). Однако, эти методы не смогут полностью решать данную проблему из-за ограниченности возможностей современных компьютеров (включая суперкомпьютеров) работать с очень большими массивами. Поэтому большая надежда на пути к решению проблемы больших данных сейчас возлагается на вышеупомянутый квантовый компьютер, точнее на квантовую информатику. Ученые уже сейчас работают над (задолго до их появления!) разработкой алгоритмов и программного обеспечения для таких компьютеров. Возникла даже новая область, которая называется квантовое машинное обучение, частью которой являются квантовые нейронные сети.
Узнав про такие достижения и перспективы в современной физике, невольно возникает вопрос: а как развито данное направление науки в Узбекистане? Может ли отечественная физика внести свой достойный вклад в вышеупомянутый прорыв современных технологий? Может ли у нас появиться хотя бы часть вышеупомянутых передовых технологий?
К сожалению, ответ на эти вопросы отрицательный. Элементарный анализ показывает, что в плане фундаментальной физической науки мы отстаем от развитых стран примерно на 20-25 лет, в плане прикладных научных исследований и инноваций – на 25-30 лет. Причиной этого является застойное состояние, которое сформировалось в отечественной физике за последние 20-25 лет. Как известно, в советское время крупные научные идеи генерировались в Центре очень крупными учеными. Выполнение научных исследований на основе таких идей поручались различным НИИ и Лабораториям из союзных республик, в том числе и из Узбекистана, которые неплохо справлялись с такой задачей, имея достаточно большое количество очень грамотных ученых и инженеров. Другими словами, определение приоритетов в науке и технологиях, а также генерация научных идей на их основе были прерогативой крупных ученых из центра, а качественное выполнения фундаментальных и прикладных научных исследований в их рамках – задачами академического сообщества союзных республик.
В результате такого фактора, а также в силу того, что поддержка науки перестала быть приоритетом государственной политики в первой половине 90-х годов, ученые-физики не смогли адаптироваться к условиям новой реальности. А это, в свою очередь, вызвало отток более-менее конкурентоспособных ученых, а также постепенную деградацию сообщества физиков и самой физической науки, что в последующем привело к устойчивому застою в науке, в том числе и в физике. Однако, начиная с 2017 года, развитие науки и образования вновь стали приоритетами государственной политики. Более того, сейчас Руководство страны готово поддержать развитие науки как путем эффективного реформирования систем, так и значительным увеличение финансирования. Несмотря на это, академическое сообщество и чиновники, отвечающие за науку и образование у нас, проявляют сильную инертность в данном плане, то есть они просто не хотят реформироваться.
Наиболее острой и фундаментальной среди всех проблем, которые нужно решать для выхода физической науки (да и всей науки в целом) из застоя, является проблема кадров. Процесс подготовки научных кадров по физике включает в себе подготовку бакалавров, магистров и PhD. Главным вузом по подготовке научных кадров по физике является Национальный Университет Узбекистана (НУУ), где на физическом факультете более 1300 студентов (включая студентов магистратуры). На 6 кафедрах факультета (для сравнения, в начале 2000-х количество кафедр было 11) работают 18 профессоров (из них 4 академика), 39 кандидатов наук и PhD. На факультете обучаются 26 докторантов. Для сравнения: на физическом факультета университета Дюссельдорфа, Германия, с которым у меня имеется многолетнее сотрудничество, количество профессоров по физике – 21, но количество докторантов - больше 100.
По своему назначению, сущности и статусу, данный факультет должен быть флагманом в области подготовки научных кадров по физике. На деле же он весьма далек быть способным отвечать таким требованиям. Научная производительность кафедр в плане публикации научных статей очень низкая – в среднем около двух публикаций в год (в журналах из базы данных SCOPUS), и те публикуются одним или двумя сотрудниками из каждой кафедры. Факультет не проводил ни одной международной конференции (за исключением той, которая была инициирована и финансирована Кабинетом Министров в 2016 году) за последние 15 лет. Никто из представителей профессорско-преподавательского состава не участвовал в престижных международных научных конференциях в качестве приглашенного докладчика. Также практически отсутствует международное научное сотрудничество, международные научные проекты и гранты.
Больше половины представителей профессорско-преподавательского состава не имеют h-индекса. Названия и тематические направления кафедр были определены более 50 лет тому назад, и сейчас являются сильно устаревшими. Факультет фактически не имеет современного научного оборудования. Уровень студентов и научных работ факультета постепенно деградирует за последнее 5-6 лет. Вышеупомянутые передовые направления современной физики не то что отсутствуют как в плане преподавания, так и в плане науки, но сотрудники факультета даже понятия не имеют о существовании этих направлений, подобно тому, как племя зулусов не слышали о гаджетах и смартфонах. Всякое упоминание о необходимости развития передовых направлений физики просто раздражает подавляющее большинство ученых, особенно тех из них, которым за 60 лет. В других вузах страны, где есть физика как направление обучения, ситуация еще хуже.
Имея такую «статистику» невозможно даже мечтать ни о подготовке конкурентоспособных научных кадров, ни о научных результатах высокого уровня. Все это означает необходимость проведения кардинальных реформ данного факультета (а также всех подобных факультетов физики других вузов при условии успеха такой реформы). Инертность факультета настолько ярко выражена, что там нет никакого стремления налаживать новые передовые направления физики. Отсутствует даже такое весьма востребованное для нашей страны направление физики, как медицинская физика, которая существует во всех университетах развитых и развивающихся стран вот уже более 30 лет. Не имея данное направления в секторе высшего образования, невозможно даже и мечтать о появлении высокотехнологической медицины и медицинской промышленности в стране.
Здесь необходимо анализировать фундаментальные причины, из-за которых вузовская наука, включая физику, находится в застойном состоянии. Первая причина - это существующая административно-командная система в вузах. Современный вуз Узбекистана организован по аналогии с военными подразделениями: строгая субординация, приказы издаются сверху, обсуждению не подлежат, самодеятельность, творческий подход, всякий вид самостоятельности кафедры от деканата, деканата от ректората, ректората от МинВуза строго запрещены.
Другая серьезная проблема – чрезвычайная загруженность профессоров, доцентов и других преподавателей учебными нагрузками и абсолютно ненужной бумажной волокитой, в силу чего у них практически не остается времени для научной работы. Следующие чисто бюрократические проблемы, установленные МинВУЗом, сводят на нет не только возможность, но и желания заниматься наукой профессорско-преподавательского состава:
Нагрузка доцента - 900 часов в год
Бумажная волокита. Профессор, доцент или старший преподаватель должен подготовить несколько папок бумаг, которые содержат программу по предмету, тексты лекций, тесты, разные задания, календарный план и т.д.
Каждая кафедра должны содержать более 20 папок с разными обязательными документами, которые регулярно должны быть обновлены
Отсутствие необходимых для проведения научных исследований приборов и оборудования, то есть научно-технической базы
Обязательное каждые 3 года повышение квалификации профессорско-преподавательского состава (где их квалификацию будут "повышать" такие же по уровню или еще ниже "трейнеры").
Думаю, более нелепых требований невозможно даже и придумать. Ощущение такое, что "авторы" таких требований либо придумали их специально, чтобы развалить вузовскую науку, либо они понятия не имеют о том, что такое наука и условия для научных исследований. Например, в университетах Германии преподавательская нагрузка для профессора – около 300 часов (9 часов в неделю, 36 учебных недель в году) против 800-900 часов Узбекистане. Примерно такая же ситуация во всех других странах Европы.
Из-за таких проблем, на подавляющем большинстве кафедр заведующими являются не крупные ученые (каковых у нас в стране и так мизерное количество), а ученые второго звена, чаще всего кандидаты наук и PhD. Заведующий кафедрой в современном вузе Узбекистана – это некий аналог звуча в школе. А ведь он должен быть локомотивом своего научного направления как минимум в стране. Почти во всех странах наука в основном делается на кафедрах. Кафедры создаются вокруг одного, в редких случаях, двух профессоров, и эти профессора являются неким центром притяжения талантливой молодежи, и создают вокруг себя группу студентов магистратуры, PhD студентов и постдокторантов.
У всех этих ребят мотивация заниматься наукой появляется в результате взаимодействия с руководителем кафедры, профессором, т.е., студент, молодой ученый ставит перед собой цель – я должен стать таким, как он, имея в виду профессора. Проще говоря, мотивацию обуславливает несколько факторов. Первым из них является харизма профессора, т.е., он может вовлечь, заразить студента заниматься той или иной областью науки путем подачи информации, материалов об этой области в хорошо воспринимаемом виде, т.е. позитиве. Другими словами, студент всегда смотрит на этого ученого, его публикации, выступления на конференциях. Таким образом, у профессора должна быть так называемая академическая харизма. В вузах нашей страны ничего этого нет, в силу ряда фундаментальных факторов, которые создают крайне нездоровую для занятия наукой и привлечения туда молодежи атмосферы.
Все это говорит о том, что Министерство высшего и среднего специального образования не имеет никакой стратегии развития вузовской науки и выходе ее из застоя. Более того, элементарный анализ показывает отсутствие у данного ведомства понятия о том, что такое современная наука и конкурентоспособный ученый. Множеством бюрократических приказов и указаний оно только усугубляет и без того нездоровую и сложную атмосферу в вузах, не оставляя практически никаких возможностей для занятия наукой на конкурентоспособном уровне. Именно такое застойное состояние вузовской науки было раскритиковано Президентом страны на видео-селекторном совещании, посвященном стоящими перед высшими учебными заведениями, научными организациями, отраслями и регионами приоритетными задачами в области развития науки и инноваций, состоявшемся 3 декабря 2020 года.
За период своей научной карьеры я посещал более 50 университетов в различных развитых странах и ни во одном из них не увидел такую нездоровую атмосферу (для занятия наукой) и административно-командную систему как в наших вузах.
Другая, очень серьезная проблема, которая также тесно связана с вышеупомянутыми проблемами, точнее является одним из факторов, обуславливающих эти проблемы – крайне низкий уровень преподавания физики в школах и дефицит физиков-преподавателей. Сейчас в стране примерно половина школьных преподавателей-физиков имеют образование по физике, то есть дефицит учителей физики примерно 50%. Очевидно, одним из ключевых факторов для решения данной проблемы является увеличение квоты во всех вузах по направлению «физика». На сегодняшний день отдельные факультеты физики имеют всего три университета: НУУз, СамГУ и Нукусский Гос.университет. Поэтому следует открыть отдельные факультеты и увеличить квоты по данной специальности и в других областных гос.университетах.
В плане улучшения качества учебников необходимо провести работу в тесном сотрудничестве с Министерством народного образования и Обществом Физики Узбекистана (ОФУ). Конечно, свою негативную роль в образовании застоя в вузовской науке, а также в появлении армии неконкурентоспособных ученых играет и Высшая Аттестационная Комиссия, которая своими крайне неграмотными бюрократическими требованиями (подгонка всех авторефератов под один шаблон, требование акта о внедрении результатов диссертации, крайне низкий уровень экспертизы, устарелый перечень специальностей и т.д.), способствует процессу генерации низкопробных PhD и докторов наук. Как я неоднократно отмечал в своих предыдущих выступлениях, без понимания фундаментальных причин застоя, без проведения кардинальных реформ, позволяющих устранять данные причины, никакого прогресса в науке и образовании нельзя достичь. Будет только имитация реформ, пиар-акции, направленные на создание видимости прогресса. Проще говоря, будет обман народа чиновниками, ответственными за науку и образование.
Хотя вышеизложенный критический анализ сделан для физики, его можно отнести и к другим научным направлениям в вузах. В высших учебных заведениях страны инертность является не только чертой профессорско-преподавательского состава, но и студентов, докторантов, а также молодых сотрудников пост-докторального уровня. Их абсолютно не интересуют ни передовые направления физики, ни новейшие технологии современности на основе таких направлений.
Я наблюдал это на очень простом примере международных конференций, организованных Обществом Физики Узбекистана. За периоды с 2008 по 2019 годы в Ташкенте, Самарканде, Бухаре и Хиве было проведено более 20 подобных конференций, на которых приглашенными лекторами были выдающиеся ученые современности. При этом почти все конференции имели междисциплинарный характер, то есть относились к стыку физики с математикой, ИКТ, биологией, сейсмологией, эпидемиологией, экономикой и финансов. Несмотря на широкое рекламирование всех подобных мероприятий, участие в них отечественных ученых, особенно молодых ученых, было намного пассивнее, чем таковых из зарубежных стран.
Подобная инертность, конечно свидетельствует о крайне нездоровом менталитете как представителей отечественного академического сообщества, так и студентов. Наблюдая такой менталитет, невольно вспоминаешь один мультфильм про попугая Кешу, где один жирный кот, услышав про Таити, говорит: «Не нужно нам никакое Таити. Нас и здесь неплохо кормят». Другими словами, подобный менталитет можно называть менталитетом жирного кота из мультфильма. Никакого желания развиваться, никакого желания реформироваться, приобщаться к передовым достижениям и никакой воли оздоровить у себя такой менталитет. Только пиар и имитация перемен.
Похоже, что элита академического сообщества, чиновники, ответственные за науку и образование, никогда не задавались вопросом, куда мы придем через 10, 15 и 20 лет, если будем держаться такого подхода к проблемам науки и образования? Не превратимся ли в мало развитую страну (least developed country), наподобие некоторых стран Африканского континента и юго-восточной Азии?
Тогда как ученые-физики развитых стран работают над созданием квантового компьютера, налаживанием квантовых коммуникаций и квантовых сетей, созданием гибких и сверхтонких электронных устройств, а также наномедицинскими технологиями, у нас все еще в приоритете остаются физика твердотельных полупроводников и микроэлектроника. Явным примером этого является Институт полупроводников и микроэлектроники при Национальном Университете Узбекистана. Посмотрев сайт данного «института», а также поискав научные «достижения» его ключевых сотрудников (публикации, h-индекс, и т.д.) обнаружил, что это «институт-невидимка», то есть, институт без достижений, без будущего, и никем неузнаваемый и не воспринимаемый институт.
Таких провальных «проектов» в составе МинВУЗа достаточно много, чтобы иметь отрицательное мнение о будущем вузовской науки. Смотря на этот институт и другие провальные проекты вроде него, где в качестве приоритетной цели выбраны давно устаревшие и потерявшие свою актуальность направления, невольно вспоминается одна поучительная история. Во второй половине прошлого столетия, незадолго до того, как транзисторы начали заменять радиоэлектронные лампы, одна из развивающихся стран, решив совершить прорыв в своей экономике, начала строить крупнейший в мире завод по выпуску радиоэлектронных ламп, вложив в это крупные средства (сравнимые со значительной частью ВВП страны). Однако, к тому времени как строительство завода было завершено, транзисторы повсеместно начали заменять радиоэлектронные лампы и необходимость в продукции завода просто отпала.
Единственное, чего добились авторы данного «проекта», было то, что крупные средства были «спущены на ветер». Чтобы не оказаться в таком положении, нужно правильно выбирать приоритеты для научных исследований. Удивляет тот факт, что, имея хорошо развитую химию и физику полимеров в лице Института химии и физики полимеров АН РУз, где, среди прочих, нормально развивается направление под названием электропроводящие полимеры, которые составляют основу передовой отрасли современных технологий под названием «органическая электроника» приоритетом выбирается давно устаревшая физика твердотельных полупроводников. Уже сейчас значительная часть твердотельных электронных устройств заменена на органические, которые обладают большой гибкостью, компактностью, легким весом, экологической безопасностью и, самое главное, очень низкой себестоимостью.
Примерами органических электронных устройств являются, например, органические ЛЭД, органические транзисторы, органические дисплеи, и т.д. Наиболее перспективными устройствами в данном плане являются так называемые органические и гибридные солнечные ячейки, которые, с учетом климатических возможностей нашей страны (в среднем более 300 солнечных дней в году), весьма востребованными для нее. Насколько я знаю, вышеупомянутый Институт химии и физики полимеров имеет достаточную кадровую базу для налаживания прикладных исследований в области органической электроники, а также необходимый научный багаж.
И конечно, нельзя не отметить, что экспертиза и финансирование научных проектов по фундаментальным исследованиям находится на крайне низком уровне, что также служит одним из серьезных факторов, тормозящих развитие фундаментальной науки в стране. Прошедший недавно отбор и экспертиза в Министерстве инновационного развития показали полное отсутствие понимания данным ведомством. Когда экспертизу проекта проводят совершенно некомпетентные по тематике данного проекта «эксперты», и принимается решение на основе «рекомендации» таких экспертов, то это уже элемент коррупции и неэффективная трата средств государства. Почти во всех проектах специалист по направлению А проводил экспертизу по направлению В, по которому он совершенно некомпетентен. Поэтому, как я утверждал в предыдущих выступлениях, необходимо отделить финансирование фундаментальных проектов от Министерства инновационного развития и создать Национальный Фонд поддержки фундаментальных исследований. Только таким способом можно добиться наличия конкурентоспособности у фундаментальных исследований и эффективной траты средств, выделяемых на науку.
Руководство страны перед ее интеллектуалами поставило весьма амбициозную задачу – добиться в Узбекистане третьего ренессанса. Ясно, что флагманом на пути к такой цели должно быть академическое сообщество страны. С учетом вышеизложенного и предыдущих анализов состояния науки и образования в Узбекистане, возникает естественный вопрос: Как можно прийти к третьему ренессансу, имея академическое сообщество, где:
Инертность является наиболее яркой ее характеристикой;
Нет никакого желания меняться в лучшую сторону;
Слово «конкурентоспособность» раздражает подавляющее большинство данного сообщества;
Элита погружена во внутреннюю грызню и «академическое рейдерство» вместо того, чтобы стать движущей силой реформ;
Продвижение и поддержка талантливой молодежи не является приоритетом для старших членов сообщества (особенно в вузах);
Всякое новшество, стремление привлечь новые передовые направления науки принимается «в штыки» старшими коллегами;
На критику реагируют агрессией.
И, самой главное, в этом сообществе нет осознания того, как и 5 лет назад, что мы начали жить в новом Узбекистане, в стране больших амбиций и прорывного роста.
Пытаясь содействовать проникновению передовых направлений физики в отечественное академическое сообщество, вызвать интерес у студентов, докторантов и молодых ученых к таким направлениям и, тем самым, привлечь их к занятию по таким новым направлениям, а также с целью создания уникальной площадки для налаживания сотрудничества отечественных ученых, особенно молодых, с ведущими учеными-физиками мира, Общество Физики Узбекистана регулярно проводит международные научные конференции, симпозиумы и коллоквиумы по самым передовым направлениям современной физики, приглашая туда выдающихся физиков из более, чем 30 стран мира. Сейчас данная деятельность Общества вышла за пределы Узбекистана и Общество начало проводить конференцию под названием Dynamics Days Central Asia в разных городах Центральной Азии. Так, в прошлом году, в онлайн режиме данная конференция прошла в Астане. В следующем году планируется провести ее в Душанбе.
Проявляют также заинтересованность Азербайджан и Грузия. Она также получила признание европейской академии наук и искусства. К сожалению, отечественное сообщество физиков, особенно его пожилая часть, так и не научилась использовать такую площадку, что, в очередной раз, свидетельствует об его инертности и отсталости. Недавно Общество начало проводить онлайн коллоквиумы и семинары по таким передовым направлениям физики как квантовая наука и квантовые технологии, физика сложных систем, а также машинное обучение и его применение в физике. Также сейчас, привлечением почетных членов (которые являются ведущими учеными в мировом масштабе) в качестве консультантов, Общество начало разрабатывать дорожную карту развития физики в Узбекистане с учетом опыта развитых стран. Мы уверены, что если мы неустанно будем стремиться к выходу из застоя, не оглядываясь на нездоровую часть академического сообщества, игнорируя препятствия, чинимые инертными коллегами, идти прямо к цели достижения конкурентоспособного уровня в физике и привлекая к физической науке все больше молодых, сильно мотивированных и талантливых ребят, то обязательно достигнем того уровня, который нам позволит говорить о третьем ренессансе через физику. Именно такой подход выбрало Общество Физики Узбекистана на пути к преодолению застоя в физике.
Комментарии отсутствуют