В конце минувшего года, согласно ежегодной традиции, в Королевском замке в Варшаве чествовали лауреатов премии Фонда во имя польской науки, которую в научной среде называют «польской Нобелевкой». Среди ученых, чьи достижения и заслуги перед польской и европейской наукой были отмечены этой высокой наградой, - собеседник Польского Радио Юзеф Спалек из Института физики Ягеллонского университета. Профессор Спалек получил премию в категории «физико-математические и технические науки».
Профессор Юзеф Спалек.
- Господин профессор, Вы руководите лабораторией теории конденсированной материи и нанофизики. Чем именно занимается этот научный коллектив?
Юзеф Спалек: «Все мы знаем еще со школы, что есть атомы. А когда атомы собираются в очень специфическую структуру, между этими атомами проявляется квантовое взаимодействие. И дело не том, что они собираются, а создают новое качество. В философии физика есть такое понятие как «эмергентность». Речь идет о том, что в этом сосредоточении атомов имеют место являния, которые не наблюдаются у отдельных атомов. Вот такая специфика... Это очень похоже на человеческое общество. Когда люди собираются в группы, они ведут себя иначе, чем каждый индивидуально. Ведь это поразительно, когда толпа начинает скандировать или хлопать в филармонии и все подстраиваются под определенный ритм. Именно это и называется новым качеством. Каждый хлопает индивидуально, но вдруг это перерождается в организованную овацию. Также и каждый атом является индивидуумом, но собравшись вместе они начинают проявлять себя как единый организм».
- Вы являетесь автором оригинальной модели t-J, которая в мировой научной литературе используется для описания высокотемпературной сверхпроводимости. Именно за формулирование этой модели Вы получили премию Фонда во имя польской науки. Но модель появилась чуть ли не 40 лет назад...
Юзеф Спалек: «Это было в самом начале моей карьеры. И как ни странно, это была моя первая работа в тематике коррелированных электронов, коррелированных частиц. Сразу после защиты кандидатской диссертации я задумался над дальнейшим направлением своей научной деятельности. Ведь после вуза или аспирантуры каждый становится самоучкой и должен выбрать область, которая его увлечет больше всего. Меня интересовала сверхтекучесть Ландау, этот эффект корреляции. Он показался мне очень важным. Кроме того, отдельные частицы уже изучены нашими предшественниками. Ведь уравнение Максвелла или Шредингера невозможно вывести дважды. И когда мой научный руководитель занялся моделью Хаббарда, я как молодой амбициозный кандидат наук сказал: «я тоже хочу!». И оказалось, что я придумал некий «трюк», показывающий то, как эти частицы воздействуют друг на друга, а не только то, какие состояния они представляют. Как мы говорим, чтобы «модель стала динамичной». Ну, и придумал эту модель.Скажу вам еще одну вещь. В 1975 году я поехал на стажировку в Лондон и встретился с самим Джоном Хаббардом – гуру в области конденсированной материи. Этот человек изменил мою жизнь. Он сказал мне: «Мой мальчик, то, что ты говоришь на не очень хорошем английском, имеет смысл!».
- А можете ли Вы объяснить людям, далеким от физики, что представляет собой модель t-J?
Юзеф Спалек: «Дело выглядит таким образом: все знают, что электроны отталкиваются, а разнозаряженные частицы, такие, например, как протон и электрон, притягиваются. Но на квантовом языке такое описание весьма размытое с определенной точки зрения. Потому что эти структуры имеют еще, я бы сказал, спины - «маленькие магнитики», которые упорядочиваются. Но как воздействуют эти спины? Речь шла не о воздествии зарядов, а именно спинов. И мне удалось получить это воздействие между спинами. Почему это было нетривиальным? Потому что ранее считалось, - это еще Гейзенберг ввел в обиход, - что спины могут воздействовать, когда они «замороженные» кружат в атомах. А я определил, что они могут бегать по структуре, и несмотря на это, эти маленькие магнитики будут коррелированы. А это значит, что мы ставим вопрос не только о явлении магнетизма, но и о корреляции с точки зрения заряженности. То есть, о том, как они воздействуют друг на друга. И оказалось, что они притягиваются, несмотря на то, что электроны отталкиваются! Это притяжение влияет на создание пар – говорю здесь о парах Купера. Такие пары могут уже «плыть» себе без сопротивления. И это уже сверхпроводимость».
- То есть, Ваша модель описывает это явление... Известно, что физики-теоретики не любят таких вопросов, и тем не менее, скажите, пожалуста, чему служат исследования, знания в области конденсированной материи, корреляции между электронами? Как они могут пригодиться?
Юзеф Спалек: «Сверхпроводимость – это невероятно интересное явление, поскольку это одно из так называемых идеальных явлений в физике, очень редких. Например, прохождение электрического тока без сопротивления. Если бы у нас был сверхпроводник в комнатной или более высокой температуре, то Польша автоматически, не строя никаких сооружений, только создавая кабели из этих материалов может получить 30-35 процентов энергии бесплатно. К сожалению, пока мы имеем сверхпроводимость в 150 кельвинов, то есть при минус 120 градусах. Сейчас этот барьер преодолен – это уже 200 кельвинов. Нужно предолеть следующие барьеры и тогда может произойти кардинальная технологическая революция, ведущая к идеальным условиям для создания квантовых компьютеров».