АНТОЛОГИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ХАОСА
4-9 августа 2003 года в новосибирском Академгородке пройдет
организованная учеными ИЯФ международная конференция
"Динамический хаос в классической и квантовой физике",
посвященная 75-летию академика Бориса Валериановича Чирикова.
Д. Федорцев,
"НВС"
В июне текущего года мировая научная общественность отметила
75-летие со дня рождения заведующего теоретическим отделом
Института ядерной физики СО РАН, академика
Б. Чирикова — основателя физической теории динамического хаоса. Это новое,
активно развивающееся направление науки, рожденное на стыке
классической и квантовой механики, статистической физики, общей
теории нелинейных динамических систем, эргодичности и информации.
Важнейшее значение теории динамического хаоса состоит в том, что
она объясняет механику и условия возникновения статистических
законов в природе и дает им исчерпывающее детерминистическое
описание.
О будущей конференции и непосредственно самом ее «предмете»,
беседуем с одним из организаторов конференции — ведущим научным
сотрудником ИЯФ, д.ф-м.н. Владимиром Дмитриевым. В ходе беседы к
ней присоединяются ученый секретарь конференции, старший научный
сотрудник, к.ф-м.н. Олег Жиров и работающий в настоящее время в
Мексике бывший сотрудник ИЯФ д.ф-м.н. Феликс Израйлев. И разговор
неожиданно (так и просится сказать — хаотически) приобретает
форму мини-«круглого стола».
— Что такое хаос, в общих чертах знакомо всем. А хаос как
физическое понятие — можно его как-то кратко сформулировать?
— Попробуем. Возьмем, к примеру, обычное динамическое уравнение,
в котором нет случайных параметров. Казалось бы — если это
детерминированное уравнение, значит и решение его должно быть
соответственным. Но, оказывается, это отнюдь не всегда так, и при
определенных условиях поведение системы для решения уравнений
выглядит совершенно хаотически, или, проще сказать — случайно.
Несмотря на то, что все задано уравнением с учетом неслучайных
факторов, результат оказывается при каких-то условиях абсолютно
неожиданным. Наглядный пример — предсказание погоды.
Теоретически она предсказуема, а практически нет. То есть мы
можем с уверенностью сказать, какова она будет на протяжении,
скажем, минуты, но чем больше отрезок времени…
— Тем меньше уверенности.
— Словом, вступают в силу те самые хаотические факторы, и
система становится практически непредсказуемой. Причем, какое-то
малейшее возмущение может со временем привести к огромным
последствиям. И увы — все эти маленькие возмущения нельзя
предвидеть и нельзя заранее просчитать. Здесь можно дать другой
наглядный пример. Если, скажем, велосипедист едет по краю
обрыва, то попавший под колесо маленький камешек (возмущение),
может иметь большие последствия.
— Для велосипедиста. Здесь, мне кажется, уместнее привести в
пример камешек, который вызывает лавину.
— Совершенно верно. Важно то, что наличие хаоса означает крайне
неустойчивую систему, в любой момент времени, в любом месте.
Можно добавить, что все уравнения, описывающие реальные процессы
обладают таким свойством. Поэтому хаос присущ нашей жизни
изначально, в самом широком смысле. И одна из важнейших проблем
состоит в том, чтобы предсказать, при каких условиях система
ведет себя регулярно, а при каких нерегулярно, иначе говоря
нелинейно, или — хаотически.
— Что касается намеченной конференции — это первая, или
подобные уже проводились?
— Подобных конференций по хаосу прошло уже немало, хотя и не
совсем таких.
— Но, насколько я слышал, до сих пор все они проходили за
границей. А нынешняя конференция — первая, организованная ИЯФом,
и проводимая у нас в городке?
— Да, это первая в Академгородке, и более того, первая у нас в
стране такая конференция. Но мы хотим чтобы она у нас стала
регулярной, проводимой, по крайней мере, раз в 2-3 года. Одна из
последних подобного рода конференций состоялась летом 1998 года в
Тулузе (Франция) и посвящалась она, кстати, 70-летнему юбилею
академика Б. Чирикова. Однако, к слову следует заметить, что
сейчас за рубежом мало кто уже помнит о вкладе наших ученых и
персонально Б. Чирикова в развитие теории хаоса. Мы хотим это
положение исправить, и в частности, с помощью этих конференций,
где большинство участников — иностранцы.
— Что-то уже можно сказать о докладах на предстоящей
конференции? Кто будет выступать, о чем?
— Пока можно сказать о наших институтских — в первую очередь,
это доклады по ускорительной тематике, о движении частиц в
ускорителе. Поскольку когда частицы там движутся, на них тоже
воздействуют нелинейные силы и возникают те самые эффекты,
которые приводят к неприятным для нас последствиям. Пучок частиц
попросту «разбухает» — возникает хаос, которого следует
избегать. Поэтому, с практической точки зрения, это очень важные
исследования.
— В смысле возможного практического применения — ведь нечто
подобное происходит и в ТОКАМАКах, где необходимо удерживать так
называемый «плазменный шнур» в десятки миллионов градусов?
— В общем да. Однако все то, о чем мы до сих пор
говорили — явления, описываемые уравнениями классической механики. А новое,
бурно развивающееся в наши дни направление, это хаос квантовых
систем. Начинались эти исследования у нас в институте в середине
70-х годов, у их истоков — Б. Чириков и его ученики. И уже на
рубеже 80-х ими были открыты совершенно неожиданные свойства
квантового хаоса, потребовавшие пересмотра принципа соответствия
в применении к системам с хаотическим поведением в классическом
пределе. Выяснилось, что соответствие между поведением
классической и квантовой систем принципиально зависит от
интервала времени, на котором производится сравнение.
— Извините дилетанта, который, что называется,
«слышал звон» — не об этом ли шла речь в знаменитой работе Б. Чирикова 1979 года,
памятной среди физиков как «Библия хаоса»?
— Нет, в этой статье излагаются основы теории динамического
хаоса как раз в классических системах и ее
приложения — Б. Чириков занимался параллельно многими вещами…
— Последнее время в околонаучной периодике часто упоминается о
неких квантовых компьютерах с чуть ли не фантастическими
возможностями. Имеет это какое-то отношение к вашей работе?
— Самое прямое. Квантовые компьютеры — это одно из новейших
направлений квантовой физики. Там система должна быть строго
детерминирована, ибо любые хаотические явления ведут к потере
точности в квантовых вычислениях. Поэтому мы сейчас изучаем
проявления квантового хаоса в связи с этой тематикой. Встает
вопрос — можно ли действительно реализовать эти компьютеры, и
если да, то до какой степени точности можно дойти, есть ли
принципиальные фундаментальные ограничения, или вопрос упирается
только в технологию?
— Эти компьютеры уже существуют или все это пока, как говорится,
«на кончике пера»?
— Строго говоря, скорее, последнее. Они реализуются пока в самом
зачаточном виде — 1-3 бита уже реализованы экспериментально, в
ионных ловушках. Речь пока идет о технологических наработках,
возможностях увеличить количество квантовых битов, в которых
можно записывать информацию до разумного числа. Сейчас в мире
рекордное количество — 7 реально реализованных битов. Однако
пока они лишь записывают информацию, производить же вычисления с
ними еще нельзя. То есть пока все это действительно — «на
кончике пера». Хотя возможности тут очень многообещающие. Тем
более, что финансирование этого направления в мире намного
превышает реальную отдачу, которую возможно получить в ближайшие
годы.
— Поистине идеальный пример финансирования фундаментальных
исследований! Вероятно, все-таки, «игра стоит свеч»?
— Определенно еще судить рано, пока речь — о возможностях. Одна
из причин бума теории квантовых компьютеров состоит в том, что
многие вычисления, которые в обычных алгоритмах требуют
экспоненциально больших отрезков времени, здесь реализуются за
время, которое является лишь степенью от сложности вычисляемого
процесса. Фактически это означает, что те вычисления, которые
невозможно произвести на классических компьютерах, на их
квантовых «собратьях» можно получить за вполне конечное время.
— Они работают гораздо быстрее?
— Точнее, они основаны на иных принципах. Здесь имеет место
эффективное параллельное вычисление, то есть большое число
операций ведется параллельно и за счет этого результативность
возрастает по экспоненте. Заметим, что еще одной из побудительных
причин бума квантовых компьютеров служит то, что есть задача
шифрования.
— Так, с щедрым финансированием ясно — военные разработки.
— Отчасти это так… То есть время, требуемое для расшифровки
кода на обычных машинах может быть пропорциональным экспоненте от
длины кода, тогда как квантовые «мозги» позволяют решить
аналогичную задачу за время пропорциональное только степени от
длины этого кода, что, понятно, значительно быстрее. Но,
подчеркнем, все это пока дело будущего, хотя уже и обозримого.
Несомненно одно, что развитие этого направления — дело
чрезвычайно многообещающее.
стр. 5
|
